二甲醚燃料的燃烧性能研究罗东晓1、2杨艳丽2（1.广州市煤气公司，广东广州510060；2.华南理工大学天然气利用研究中心，广东广州510640）摘要：将二甲醚用作替代能源，是我国抑制高油价影响的重要措施之一。制取二甲醚的工艺主要有二步法和一步法，其中，对煤深加工并采用二步法制取DME是我国较为现实、合理的工艺路线。二甲醚因为本身含氧的缘故，具有燃烧效率高的特点，通过对其燃烧机理进行研究分析发现，同等热量条件下，与天然气、液化石油气等其它燃气相比较，二甲醚燃烧效率提高3.0～5.0％左右，而由于其十六烷值较高，特性与柴油相近的原因，可作为理想的柴油发动机洁净燃料，排放性能优越，因此，推广应用前景十分广阔。而需要注意的是，由于二甲醚具有富氧燃烧特性，燃烧温度较高，必须关注其氮氧化物的排放情况。关键词：二甲醚；燃烧机理；富氧燃烧；二步法工艺；一步法；替代；低排放；氮氧化物；能源。1、引言实施替代能源战略是我国抑制高油价影响的重要国策。二甲醚作为一种优质、现实的替代能源，产业发展前景十分广阔，从战略的高度，全面、系统、深入地研究二甲醚生产及其利用技术，符合我国能源发展方向，对于我国经济发展、环境保护与生态平衡具有重要意义。2、二甲醚特性二甲醚分子式为C2H6O，分子量46.07，常压下是一种无色气体，具有与液化石油气（LPG）相似的特性，二甲醚与其它燃料特性比较如下表1。表1：二甲醚与其它燃料特性比较理化性质二甲醚(DME)进口液化石油气（C3∶C4＝40％∶60％）进口液化天然气（澳大利亚LNG）分子量62.075218.3液相低位热值MJ/kg（kcal/kg）28.845.9750.06气相低位热值MJ/m3（kcal/m3）46.07109.2440.22液体密度kg/m3668520465气体密度kg/m32.062.380.82十六烷值>55<10<10理论空气量m3/m314.2827.6810.64爆炸极限（体积分数％）3.5～17.01.7～8.94.5～14.5沸点℃-25-35-162理论燃烧温度℃225020602045氧含量％34.8--20℃时的蒸气压MPa0.500.80超临界状态3、二甲醚的制取与生产物耗二甲醚（DME）可以用天然气和煤作为原料来生产。中国煤炭储藏量十分丰富,通过对煤深加工办法得到DME是合理途径。目前国内外DME的生产工艺主要有三种。（1）二步法以煤炭为原料，先制甲醇，再由甲醇脱水得到DME，该工艺在国内外均已十分成熟。按目前的工艺条件，一般是2.5吨煤炭（劣质煤）可以合成1吨DME。a)先由煤氧吹气化以后得到合成气，其主要组分是CO+H2；b)CO+2H2→CH3OH（甲醇生产）c)CO2+3H2→CH3OH+H2O（甲醇生产）d)CO+H2O→CO2+H2e)2CH3OH→CH3OCH3+H2O（二甲醚生产）（2）一步法据报道，一步法工艺已在美国、日本、丹麦等国开发成功，并进入中试阶段，预期不久将可建设工业化装置。目前，该工艺正在趋于成熟，通过相应的催化剂，在浆态床反应器中直接由合成气转换成二甲醚。一步法的关键点在于催化剂的特性，目前多采用双功能催化剂，这种催化剂一般由2类催化剂物理混合而成，其中一类为合成甲醇催化剂，另一类为甲醇脱水催化剂。一步法制DME的反应可分为以下几个步骤：a)CO+H2→CH3OH(-ΔH=90.7kJ/mol)(1)b)2CH3OH→CH3OCH3+H2O(-ΔH=23.5kJ/mol)(2)c)CO+H2O→CO2+H2(-ΔH=41.2kJ/mol)(3)总反应式为：3CO+3H2→CH3OCH3+CO2(-ΔH=246.1kJ/mol)二步法虽然转化率方面不如一步法，但生产工艺成熟，装置适应性广，后处理简单。一步法生产DME主要用作燃料，如生产高纯度DME，还需进一步分离提纯。从技术发展趋势看，一步法具有流程短、设备效率高、操作压力低和CO单程转化率高等特点，设备投资、操作费用及生产成本都较两步法大幅度降低。因此，经济上更加合理，市场上更具竞争力，总体上来说更具技术优势。虽然它是近年才发展起来的新工艺，但却是目前世界上开发大型装置的重点技术与方向。（3）CO2加氢直接合成二甲醚法该工艺作为合成DME的一种新路径正处于探索阶段。CO2是地球上最丰富的碳资源，由它引起的温室效应已给人类生态平衡带来了巨大的损失。因此，以CO2为原料合成各种化学品来实现CO2的循环利用已引起各国重视。CO2加氢直接合成DME就是在这种大背景下，提出的DME的一种新制取方法。是世界经济可持续发展的重要战略方向，具有...
