二甲醚在柴油机上的应用现状和经济分析综述.docx
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二甲醚在柴油机上的应用现状和经济分析综述
毕业论文
课题名称
二甲醚在柴油机上的应用现状和经济
分院/专业
分析
机械工程学院/汽车检测与维修
班级
汽维1121
学号
1101083204
学生姓名
曹满林
指导教师：
庞宏磊
2014年5月26日
摘要
由于石油不断开采，燃料逐渐匮乏，从而导致燃料的价格不断飙升，二甲醚在这一背景下进入了人们的视线，作为代用燃料，二甲醚的出现一定程度上解决了能源紧缺的问题，它不仅弥补了代用燃料不足的缺点，而且缓解了燃料燃烧产生的气体导致环境逐渐恶劣的状况。
本文论述了二甲醚的自身特性和发展二甲醚燃料的必要性，以及二甲醚作为柴油机代用燃料的优缺点。
并论述了二甲醚在代用燃料上的替代性能、二甲醚在燃料市场上所占据的主导地位和二甲醚在环境保护上的优势，以及现今二甲醚燃料应用状况和经济分析等内容。
指出了今后二甲醚作为代用燃料的潜在发展性、经济性和优越性。
关键词：
二甲醚，代用燃料，经济性
Abstract
Twoetherintoday'soilexploitationinfuelpricessoaringbackgroundandstudents,inthecontinuousresearch,peoplefoundtheparticularityofthisenergytwoether.Asanalternativefuel,dimethylethertwopartiallysolvedtheshortageofenergysources,partchangedthealternativefuelofshortcomings,partalleviatefuelcombustionintheenvironmentworseningsituation.Notonlyisthefuelperformance,butalsoinenvironmentalprotectionisspecial,withauniquepositionasanalternativefuelinthefuelmarketoccupied.Twoetherasacleanenergyeconomyofrenewable,playsanindispensablecontributiontosustainabledevelopment.Thispaperexpoundsthenecessityofthedevelopmentoftwofuelandtwoetherastheadvantagesanddisadvantagesofalternativefuelfordieselengine,analysisandpresenttwoetherfuelapplicationsituationandeconomic.ThenexttwoDMEasalternativefuelpotentialdevelopment,theeconomicsuperiority.
Keywords:
Twoalternativefuel;dimethylether;economy
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目录
1绪论1
1.1本课题的目的和意义1
1.1.1本课题的目的1
1.1.2本课题的意义1
1.2本课题现有技术情况1
2.1代用燃料的发展2
2.1.1代用燃料的发展2
2.1.2二甲醚3
2.2二甲醚的生产技术发展和国内外技术生产现状4
2.2.1二甲醚的生产技术发展4
2.2.2国内外技术生产现状5
3二甲醚在柴油机上的应用7
3.1二甲醚的应用现状7
3.2二甲醚应用在柴油机上的必然趋势9
3.3二甲醚和柴油相比的优势10
3.4二甲醚在柴油汽车上的应用11
4二甲醚在代用燃料的经济分析12
4.1二甲醚直接或掺混用作民用燃料12
4.1.1替代性能分析12
4.1.2替代市场分析13
4.2替代柴油用作汽车燃料14
4.2.1替代性能分析14
4.2.2替代市场分析14
4.3替代柴油的经济分析15
总结16
谢辞17
1绪论
1.1本课题的目的和意义
1.1.1本课题的目的
二甲醚作为现代工艺中的代用燃料，其出现的目的在于解决现如今石油的不断开采导致的匮乏和短缺对问题，二甲醚的出现可以部分上解决现如今燃料的紧缺问题，并且作为一种新能源和环保燃料，在环境上也起到了很大作用，很好的解决了现在燃料然绕导致的大量环境污染。
是燃料经济上和环境上不可缺少的一种新型产物。
1.1.2本课题的意义
部分上解决了现如今资源短缺的问题，虽然只是一小部分的可代替，但是就发展前景和可塑性是无可估量的，对于环境的保护和维持也起到很大的作用，很大程度上减少了污染的排放。
在人类可持续发展上，二甲醚的出现起到了无可比拟的作用，是人类经济发展和燃料发展史上一个质的飞跃。
1.2本课题现有技术情况
二甲醚的生产主要有两种生产技术，一个是脱水甲醇制成二甲醚，一个是把合成气合成制成二甲醚。
脱水甲醇制成二甲醚又可以有两种制成二甲醚的方法，一个是将甲醇液态化进行脱水甲醇制成二甲醚，一个是将甲醇气化进行脱水甲醇制成二甲醚的。
将甲醇液化进行脱水甲醇制成二甲醚最原始的方法是使用硫酸来催化的，这种方法不仅反应的所需温度比较低，而且甲醇转化成二甲醚的转化率也比较高。
但是这种方法也存在着严重的弊端。
一个问题是因为这种方法会使得制成二甲醚的装置会损坏腐蚀，一个是这种方法会是严重的环境产生污染，并且这种方法操作起来很复杂，需要的条件很多。
所以说这种方法已经在国内外都停止使用了。
将甲醇气化制成二甲醚这种方法需要的反应的温度比较高，但是转化率和生产的成本都是相近的。
将合成气直接合成制成二甲醚的工艺是将所需要的两个反应进行统一进行而生产制成二甲醚的，比起脱水甲醇这种方法需要的流程简便，并且投资的需求少，转化生成二甲醚的转化也比较好。
据有关报道说过，一步法合成二甲醚成本比甲醇脱水法低将近25%。
并且值得高兴的是我国众多名校也投利于这项研究。
现如今的技术生产大多数是以两步法来完成生产制成二甲醚的，但是一步法合成二甲醚成本会降低，合成效率也高，所以说合成气一步法工艺是未来生产二甲醚的发展方向。
2代用燃料的发展和二甲醚的生产技术发展
2.1代用燃料的发展
2.1.1代用燃料的发展
代用燃料，顾名思义，当前经济发展的形式下随着科技的发展和进步的必然产物，可替代传统燃料的新型能源燃料和动力牵引。
随着我国经济的迅速发展和汽车的数量的飞速增加，现如今人们将面临能源需求和环境保护的巨大压力，为了可持续发展，人们努力创新，寻找新型的能源和环保的能源，代用燃料就自然而然的出现在了人们的眼前。
常见的代用燃料如大家所通晓的液化石油和天然气，这两种能源，具有低排放的特点是较为理想的代用燃料。
二甲醚，广受开发和青睐的新能源，在代用燃料上起到很大的作用。
生物柴油，从农作物等动物脂肪中提取的可再生能源。
为了中国的可持续发展，为了确保国家的能源安全，减轻对石油的需求压力，我过对于代用燃料进行了极为大力的开发和研究。
如今像对天然气的大规模的开发是使用，现如今的天然气可谓是进入了家家户户，所以天然气在代用燃料上还是起到了巨大作用的。
不过现如今由于天然气不断开发和使用也会随之不断减少，所以说二甲醚的出现很大程度上缓解了一方面的压力，但是另一方面二甲醚的生产主要来自于天然气，所以二甲醚的出现也增加了天然气的压力，所以说从新型能源开发的角度去想，找到合理的有效的开发生产二甲醚的问题才是重中之重。
代用燃料不断的在发展中，现如今的替代燃料也很多，例如像天然气、乙醇、液化气，以及电池都是作为代用燃料的最为让人熟知的代用燃料，而一种新型的清洁能源，一种很特别的代用燃料就是二甲醚，这种新型燃料在能源短缺的背景下蕴育而生，经过有关科学人士不断的研究和探索，新型能源二甲醚在这一背景下表现了非常好的经济性和其代用燃料的性能。
相信二甲醚的出现可以让代用燃料的发展上升到新的一个高度，可以在发展前景上有着很大的进步和替代燃料的发展上有着质的飞跃。
2.1.2二甲醚
DME-二甲醚：
（C2H6O），是一种具有惰性但是无色且极易燃烧的气体。
二甲醚具有优良的混溶性，能和众多有机溶剂混溶。
二甲醚是一种非常容易溶于在有机溶剂里的，只要少许进行相关一些实验，就可以让二甲醚与任意的水比混合了。
二甲醚是易燃气体，在空气中混合形成爆炸的混和物。
接触到热，火星、氧化剂等可燃物时容易然绕产生爆炸。
二甲醚的熔点-138.5℃，气体燃烧热28.8MJ/Kg，沸点-24.9℃，蒸发热（-20℃），410KJ/Kg。
临界温度127℃，自然温度235℃，液体温度（20℃），0.67Kg/L爆炸极限。
二甲醚在常温、常压下为无色、无味、无臭气体，在压力下为液体，性能与液化石油气（LPG）相似，不同温度下的蒸汽压见下表
表1二甲醚的温度和蒸气压
温度
（℃）
-23.7
-10
0
10
20
30
40
蒸气压（Mpa）
0.101
0.174
0.254
0.359
0.495
0.662
0.880
二甲醚的化学性质：
1、二甲醚具有甲基化反应性能。
与一氧化碳反应生成乙酸或乙酸甲酯，与二氧化碳反应生成甲氧基乙酸，与氰化氢反应生成乙腈。
可氯化成各种氯化衍生物，与空气混合能形成爆炸性混合物。
2、稳定性：
稳定。
3、禁配物：
强氧化剂、卤素、硫、硫化物。
4、避免接触的条件：
接触空气和光照。
5、聚合危害：
不聚合，不产生聚合危害。
二甲醚具有急性毒性，所以为了保护人身健康不受到伤害，必须注意不得吸入二甲醚，防止吸入产生器官麻醉甚至呼吸器官失效等。
2.2二甲醚的生产技术发展和国内外技术生产现状
2.2.1二甲醚的生产技术发展
二甲醚的生产主要有两种生产技术，一个是脱水甲醇制成二甲醚，一个是把合成气合成制成二甲醚。
脱水甲醇制成二甲醚又可以有两种制成二甲醚的方法，一个是将甲醇液态化进行脱水甲醇制成二甲醚，一个是将甲醇气化进行脱水甲醇制成二甲醚的。
将甲醇液化进行脱水甲醇制成二甲醚最原始的方法是使用硫酸来催化的，这种方法不仅反应的所需温度比较低，而且甲醇转化成二甲醚的转化率也比较高。
但是这种方法也存在着严重的弊端。
一个问题是因为这种方法会使得制成二甲醚的装置会损坏腐蚀，一个是这种方法会是严重的环境产生污染，并且这种方法操作起来很复杂，需要的条件很多。
所以说这种方法已经在国内外都停止使用了。
将甲醇气化制成二甲醚这种方法需要的反应的温度比较高，但是转化率和生产的成本都是相近的。
将合成气直接合成制成二甲醚的工艺是将所需要的两个反应进行统一进行而生产制成二甲醚的，比起脱水甲醇这种方法需要的流程简便，并且投资的需求少，转化生成二甲醚的转化也比较好。
据有关报道说过，一步法合成二甲醚成本比甲醇脱水法低将近25%。
并且值得高兴的是我国众多名校也投利于这项研究。
现如今的技术生产大多数是以两步法来完成生产制成二甲醚的，但是一步法合成二甲醚成本会降低，合成效率也高，所以说合成气一步法工艺是未来生产二甲醚的发展方向。
Directsynthesisgasintotwoethermethanolsynthesisandmethanoldehydrationisthetwoinareactormadeofethertwocomplete.Themethodisdividedintotwokinds,gas-solidphaseandthree-phasebedmethod.Andmethanoldehydrationcomparedtowords,one-stepprocesslessenergyconsumption,investment,lower,andone-wayconversionrateisalsohigh.Accordingtothereportsoftwoetherone-stepsynthesisprocess,theproductioncostislowerthanthemethanolandwaternearly25%.ForeigntechnologycompaniesareAmericaairproductsandchemicalscompany,DenmarkTopsoe（Topspe）,etc..Thedomesticresearchhasneverbeenstopped,thedomesticuniversitysuchasTsinghuaUniversity,ZhejiangUniversity,SouthwestChemicalResearchInstitute,LanzhouInstitutejointlydevelopedastepintothetwoetherhaspassedtechnicalappraisalofSinopeccorp..直接合成气转化为二甲醚，杭州大学采用自制的二甲醚催化剂，利用合成氨厂现有的半水煤气，在一定反应温度、压力和空速下气相合成二甲醚。
杭州大学采用自制的二甲醚催化剂，利用合成氨厂现有的半水煤气，在一定反应温度、压力和空速下气相合成二甲醚。
我国的一些大学已经都制成了二甲醚生产所需要的催化剂厂了，像现有的半水煤气，在一定的反应温度两个醚合成，压力和空间气相速度。
两步法制成二甲醚的技术，不管是气相法还是液相法，国内技术已经较为的成熟了，并且在安全上也是相当可靠的，对于国内还是有能力建设大型的装置来生产的。
由于国内的合成气一步法开发已经较为成熟了，并且现如今已经建立了一定的生产装置。
但是对于国内的二甲醚装置的建设，国内技术尚带实践验证和不断的技术突破，需要不断的实践和实验总结，方可正式的付诸于真正的扩展开发。
两步法制成二甲醚的技术，不管是气相法还是液相法，国内技术已经较为的成熟了，并且在安全上也是相当可靠的，对于国内还是有能力建设大型的装置来生产的。
由于国内的合成气一步法开发已经较为成熟了，并且现如今已经建立了一定的生产装置。
但是对于国内的二甲醚装置的建设，国内技术尚带实践验证和不断的技术突破，需要不断的实践和实验总结，方可正式的付诸于真正的扩展开发Twostepmethodintothetwoethertechnology,whetherthegasphaseorliquidphasemethod,thetechnologyhasbeenmoremature,andthesafetyisreliable,thedevicestillhastheabilitytoconstructlarge-scaledomesticproduction.Thesynthesisgasone-stepdevelopmentChinahasbeenmoremature,andnowhasestablishedaproductiondeviceforcertain.Butforthetwoetherdevicedomesticconstruction,thedomestictechnologyisstillwithpracticeandcontinuoustechnologicalbreakthrough,needtopracticeandexperimentconstantly,canbeformallyputintodevelopingreal.两个步骤的方法分为两个以太网技术，无论是在气相或液相法，技术已经比较成熟，并且安全可靠，该装置还具有建设国内大规模生产的能力。
合成气一步发展中国已经比较成熟，现在已经建立了一定的生产装置。
但对于二甲醚装置国内建设，国内的技术还具有的实践和不断的技术突破，需要不断实践和实验，可以正式投入真正的开发。
2.2.2国内外技术生产现状
对于国内而言，生产技术的不够先进，科技的程度还不够，对二甲醚的制成技术还不够成熟，由于国内生产二甲醚大多数以两步法合成制成二甲醚为止，以及合成气合成制成二甲醚的技术不够成熟等众多原因，影响了国内的技术生产，促使了二甲醚的生产成本较国外会高一些。
对于国内的技术而言，现在大多数以甲醇气相脱水技术来生产制成二甲醚，面对于合成气直接合成制成二甲醚成本接近高出四分之一，所以与国外相比的话，国内的技术还不够成熟，导致了二甲醚的生产成本的提高。
确实在科技上国内的技术和国外相比是有一定的差距的，不过作为不断发展中的国内技术，相信国内技术可以在很快的时间得到较为大的提高，国内的技术一旦能够得到提高，那么在国内二甲醚的生产的成本和二甲醚生产的装置可以得到很大的改善，可以得到不断的发展。
相信近几年里国内的技术可以能够较为的成熟，能够将二甲醚广泛的应用在各个领域，能够将二甲醚的特性发挥出来，让二甲醚的替代性能和经济性能能够得到提高。
虽说甲醇气相法的生产成本较高，但是由于国内这类生产二甲醚的技术相当成熟可靠，所以制成二甲醚的安全性得到了很好的保证，转化率也得到的很大的提升。
所以对于直接合成合成气制成二甲醚的话不能操之过急，要在不断的反复的实践和实验中找出合成气合成制成二甲醚最佳和最省的生产技术方法。
国外的生产成本情况：
根据国外相关资料报道，按照1998年美国的情况，在美国海湾地区建设的1套2370kt/a的大型DME装置的投资估算情况如表2表所示（为了显示原材料在成本中所占的比重，将在中东地区建设同一装置的投资及成本也列入表以作比较）。
（表2）用包含了甲醇脱水的技术来成产制成二甲醚。
直接合成合成气的一部方法采用天然气作为起始的燃料。
对于甲醇脱水技术来说，如果我们不考虑建设甲醇生产的装置来作为外购原料。
。
那么在国外建设相同的装置需要很高的价格。
当甲醇价格是168美元每吨的时候，产品的成本大概在267美元每吨。
比配套建设甲醇装置的产品成本高近50美元。
从（表2）中的数据可以看出，天然气价格对产品的成本影响非常巨大。
在一些地方天然气价格较为便宜的中东地方，只需要0.14元/m³，采用相同的甲醇脱水工艺建造相同规模的装置的话产品成本比天然气价格高的美国海湾地区低110美元每吨采用合成气一步法工艺，产品成本降低约112美元每吨降幅均在百分之五十左右。
表2美国及中东DME生产技术装置的投资估算比较
项目/百万美元
美国海湾
中东
甲醇气相脱水技术
空气产品公司合成气一步法技术
甲醇气相脱水技术
空气产品公司合成气一步法技术
总投资额
1131.3
937.8
1224.5
1013.0
总装置投资
844.3
698.1
928.7
767.9
氧气生产
225.0
合成气生产
145.0
甲醇生产
584.5
DME生产提纯
60.6
167.0
界区外投资
199.1
161.1
219.0
177.2
其他工程投资
211.1
174.5
232.2
192.0
流动资金
75.9
65.2
63.7
53.1
产品成本（美元/每吨
217
208
108
96
现金成本
177
175
64
59
可变成本
160
157
45
40
净原材料成本
130
151
29
36
公用工程
30
5
16
4
固定成本
18
17
18
18
折旧
40
33
44
37
3二甲醚在柴油机上的应用
3.1二甲醚的应用现状
生产二甲醚的应用已有近一百年的历史，二甲醚一直应用在一些制冷剂、发泡剂等一些较为狭小的领域内，并且这样对于二甲醚的消费是很有局限的。
最近的一段时间，石油的开采变得更加的急速，油价也和洪水一样不断的上涨，此外汽油和柴油燃烧导致的很严重的污染也让人着实的头疼，因为存在着必须使用和环境污染这一矛盾，这也是替代燃料不断在寻找的原因。
不过二甲醚的出现可谓打破了这一尴尬的局面，二甲醚具有独特的优势，具有很多独特的优势并且让世界各国都对其引起了高度的重视，让一些科学认识发现又有了新的希望。
二甲醚是一种用途很广的清洁的环保型的能源，其物理性质和液化石油气较为相似，可以用来作为民用燃料，从而体现二甲醚的经济性。
现如今二甲醚的应用现状大多可分为三类
（1）气雾剂、制冷剂和发泡剂
很早以前，二甲醚应用在这些催化剂上已经较为的成熟和全面了，但是这些催化剂的使用会使得对大气层破坏，所以人们苦恼的同时也在寻找着新型的开发方式和替代品。
当二甲醚进入人们的眼球的时候，人们发现二甲醚的应用是一种必然趋势，二甲醚作为一种没有腐蚀性的，并且具有极易溶于水，二甲醚没有毒性，是一种很好的气雾剂，并且二甲醚的生产成本也比原始的这些催化剂的生产成本低很多。
许多国家，不管是国外还是国内，二甲醚的出现都引起了人们的高度重视。
人们对二甲醚的生产和使用可谓是非常的需求，人们渴求二甲醚在这方面可以完全替代这些催化剂。
并且现如今二甲醚的消费领域主要也是应用在这些方面的。
（2）二甲醚的第二个应用领域是可以来生产二甲酯、二甲基硫醚等化工产品。
（3）二甲醚现如今研究作为热门的就是其具有燃料的主要性质。
二甲醚具备了燃料的主要性质，它的热值很高³，并且它自身还含氧，能够充分燃烧，不会析碳、没有残液，是一种较为理想的清洁的燃料。
未来二甲醚作为代用燃料的作用是无法估量的，其进步的空间也将是很巨大的。
二甲醚在柴油机上的应用出现的问题及解决方法
（1）应用中主要出现的问题
安全问题：
二甲醚作为一种气体具有急性毒性和急性爆炸性两种特点。
二甲醚是一种气体，并且二甲醚是无色的，虽然说其本身没有什么巨大危害，但是在安全上还是存在着一定的隐患。
对于人来说吸入后二甲醚会对中枢神经抑制，会让人感觉到麻醉和窒息感，对皮肤也有刺激性，会对人的呼吸器官损伤。
二甲醚是一种极易燃烧的气体，不仅能和空气形成混合形成混合性的爆炸物，并且二甲醚混合后也容易爆炸，所以存在一些比较严重的安全问题。
管理问题：
二甲醚作为新能源产物在这条道路上可谓是大放光彩，二甲醚在国内应用在诸多领域如民用燃料、车用燃料和工业燃料中，但是相关行业标准缺失和产能过剩等存在着新的忧虑，并且国内新能源的大力推崇的潮流下，一些不法商贩在液化气的瓶中充装低价的二甲醚导致了很多安全隐患，所以在现如今的大力发展下，是应当解决二甲醚作为燃料的管理。
（2）应用中出现问题的解决办法
在二甲醚的生产过程中和生产产后二甲醚的安全性的确保已经是否能攻克二甲醚在产后的安全性的问题。
对于二甲醚的安全性来说的话，对二甲醚要进行严格的安全把控，保证能够在多次实验和证实下再投入市场使用，确保二甲醚可以安全、高效、经济的为人们提供服务。
对于管理制定相应的市场制度，健全相关的法律等等。
在如今的生产中，二甲醚需要攻克的难关还有很多，需要大量的科技
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