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用二甲醚配制人工煤气的应用研究
更新日期:2014-08-05  作者:本站  来源:燃气安全网  点击量:1813次  

针对我国自然条件和“富煤、少油、有气”的能源资源特色,在后石油时代我国可以开发利用煤炭资源,生产煤制甲醇和二甲醚作为石油替代品[1]。近年来,二甲醚的生产和技术备受关注。

二甲醚是一种用途广泛的化工产品,广泛应用于燃料、农药、医药、制冷和精细化工等领域,可以生产冷冻剂、溶剂、萃取剂和气雾剂,也可用于制造硫酸二甲醚、醋酸甲酯和乙烯等化工产品及作为车用燃料[2]。近年由于石油资源紧张,国内外开始研究利用二甲醚替代柴油作为汽车发动机燃料,替代LPG作为城市燃气。本文试验研究利用二甲醚替代LPG与焦炉煤气、水煤气或天然气改质气掺混后作为城市燃气应用。

1 二甲醚的基本性质

二甲醚(Dimethyl Ether,DME)分子式为CH3-O-CH3[3],易燃,无色,有轻微醚香味,毒性很低。与柴油相比,二甲醚的十六烷值高27%,其燃烧性能比柴油更好,发动机爆发力大,机械性能好。与液化天然气相比,二甲醚的理论空气量、烟气量比液化天然气分别低38%、37%,而二甲醚的理论燃烧温度、混合热值又比液化天然气分别高8.7%、7.4%[4]。由于含氧量(质量分数)达35%,其低热值是LPG的61%,是柴油的68%,是汽油的67%[5]。它的物理特性与LPG相似,在0.5MPa压力下呈液态,爆炸下限比LPG高,危险性比LPG小,燃烧性质优于LPG[6]。DME在常温常压下呈气态,在常压下的沸点为-24.9℃。

二甲醚的生产方法最早是由高压甲醇生产中的副产品精馏后制得,随后二甲醚的工业生产技术很快发展到甲醇脱水或合成气直接合成工艺。近年来,二甲醚的需求量增长较大,各国又相继开发造价低、操作条件好、无污染的新工艺,主要包括二步法和一步法。

制造二甲醚的原料是由天然气转化或煤气化所生成的合成气,合成气成分以氢气和一氧化碳为主。二步法是由合成气先在反应器内于固体催化剂条件下合成甲醇,然后再脱水制取二甲醚。一步法是指合成气一次合成二甲醚,合成气进入催化合成反应器,在反应器内同时完成变换反应以及甲醇合成与甲醇脱水两个反应,产物为甲醇与二甲醚的混合物。混合物经蒸馏装置分离得二甲醚,余下的甲醇返回合成反应器。

2 经济性分析

二甲醚的生产成本取决于二甲醚制造工艺和生产规模。我国学者有关研究表明,采用煤以浆态床一步法大规模制取二甲醚,成本约1200~1400元/[7]。二甲醚在城镇燃气中主要替代的是LPG,从经济性的角度考虑,在热值相等的条件下可计算不同的原油价格对应的二甲醚生产的保本成本,结果表明,目前LPG、柴油市场价格一般为4000~5000元/t。单纯从低热值来看,1.6t的二甲醚与1.0t的LPG的低热值相当,1.5t的二甲醚与1.0t的柴油的低热值相当。因此理论上二甲醚的价格控制在2667~3125元/t,就能与LPG、柴油相竞争。在目前的原料价格下,二甲醚对LPG和柴油的替代在经济上完全可行,何况石油及其产品的价格近年来有不断上升趋势。

3 用二甲醚配制人工煤气

① 配制人工煤气程序

二甲醚作为城镇燃气的供气方式可以有二甲醚混LPG供气,二甲醚混空气供气和二甲醚配制人工煤气等几种。本文主要研究二甲醚与其他原料气掺混作为城镇燃气供应。利用焦炉煤气、水煤气与二甲醚,或者焦炉煤气、天然气改质气与二甲醚,按照一定的体积比例充入储气罐充分混合,配制成所需要的人工煤气。

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