二甲醚作为工业燃料的应用研究.docx

二甲醚作为工业燃料的应用研究.docx

《二甲醚作为工业燃料的应用研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《二甲醚作为工业燃料的应用研究.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

二甲醚作为工业燃料的应用研究

二甲醚作为工业燃料的应用研究

北京清华同仁科技有限责任公司

2008年10月

一、二甲醚简介-------------------------------------------------------------------------3

二、二甲醚主要用途---------------------------------------------------------------------------4

1、用途-----------------------------------------------------------------------------------4

2、使用优势-----------------------------------------------------------------------------4

三、二甲醚物理性质----------------------------------------------------------------------------5

四、二甲醚的燃烧性质-------------------------------------------------------------------------6

1、燃烧性质-----------------------------------------------------------------------------6

2、二甲醚燃烧基理分析--------------------------------------------------------------6

五、二甲醚化学性质----------------------------------------------------------------------------8

六、二甲醚工业燃料的应用-------------------------------------------------------------------9

1、用于工业炉窑-----------------------------------------------------------------------9

2、用于工业切割气--------------------------------------------------------------------9

3、多种工业原料经济指标比较----------------------------------------------------10

七、二甲醚作为工业原料所需的设备-----------------------------------------------------12

八、结论-----------------------------------------------------------------------------------------12

九、附录：

二甲醚标准-----------------------------------------------------------------------13

一、二甲醚简介

二甲醚又称甲醚，简称DME，分子式CH3OCH3，在常压下是一种无色气体或压缩液体，具有轻微醚香味。

相对密度（20℃）0.661，熔点-141.5℃，沸点-24.9℃，室温下蒸气压约为0.5MPa，与石油液化气（LPG）相似。

溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多种有机溶剂。

易燃，在燃烧时火焰略带光亮。

常温下DME具有惰性，不易自动氧化，无腐蚀、无致癌性，但在辐射或加热条件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。

二甲醚是醚的同系物，但与用作麻醉剂的乙醚不一样，毒性极低；能溶解各种化学物质；由于其具有易压缩、冷凝、气化及与许多极性或非极性溶剂互溶特性，广泛用于气雾制品喷射剂、氟利昂替代制冷剂、溶剂等，另外也可用于化学品合成，用途比较广泛。

二甲醚作为一种新兴的基本化工原料，由于其良好的易压缩、冷凝、汽化特性，使得二甲醚在制药、燃料、农药等化学工业中有许多独特的用途。

如高纯度的二甲醚可代替氟里昂用作气溶胶喷射剂和致冷剂，减少对大气环境的污染和臭氧层的破坏。

由于其良好的水溶性、油溶性，使得其应用范围大大优于丙烷、丁烷等石油化学品。

代替甲醇用作甲醛生产的新原料，可以明显降低甲醛生产成本，在大型甲醛装置中更显示出其优越性。

二甲醚易压缩、易贮存、燃烧效率高、污染低，作为民用燃料气其储运、燃烧安全性、预混气热值和理论燃烧温度等性能指标均优于石油液化气，可作为城市管道煤气的调峰气、液化气掺混气。

作为车用燃料二甲醚具有较高的十六烷值，可以替代柴油成为柴油发动机的理想燃料，与甲醇燃料汽车相比，不存在汽车冷启动问题。

它还是未来制取低碳烯烃的主要原料之一。

作为工业用燃料，二甲醚的发展潜力巨大，应用领域越来越多：

国内陶瓷业已经广泛采用二甲醚做燃料，烧制出的陶瓷洁白纯净；替代乙炔作为切割气主体，切割质量好、成本低、安全、环保；在日本也用于发电燃料。

由于石油资源短缺及人们环保意识的增强，二甲醚作为清洁燃料而日益受到重视，成为近年来国内外竞相开发的性能优越的碳一化工产品。

其在燃烧时不会产生破坏环境的气体，且能便宜而大量地生产，因此被期望成为21世纪的能源之一。

二甲醚特有的理化性能奠定了其在国际、国内市场上的基础产业地位，是目前国际、国内优先发展的产业。

二、二甲醚主要用途

1用途：

、可以替代液化气，或与液化气复合作为民用燃料和工业燃料。

、作为推进剂，溶剂等，用于生产自喷漆、彩带、发泡胶等，可以替代氟利昂作制冷剂，是一种优良的精细化工原料。

、可以替代乙炔作为工业切割气。

、可以替代汽、柴油作为车用燃料。

、作为工业原料用于陶瓷、发电燃料等。

2、使用优势：

2.1二甲醚作为复合燃气的优势：

、价格比液化气便宜；

、有效减少红火苗，锅、壶没有黑烟，比液化气更清洁、更环保。

、提高燃烧质量和热效率，发挥两种气体的优势，有效带动液化气中80%以上残液的燃烧，用完后基本无残液，使燃烧更充分。

、安全无毒，压力比液化气低，储存运输比较安全，即使泄露也不会中毒。

2.2精醚在精细化工领域的优势

、生产自喷漆溶解性好、挥发性好、喷到物体上无麻点，在生产自喷漆上跟丙丁烷相比具有互溶性强、雾化好和喷涂效果光亮美观的优点。

、生产聚氨脂泡沫填缝剂，主要优点是环保、溶解性好、成本降低。

、生产杀虫剂及空气清新剂，主要优点是：

气味柔和，雾化效果好、压力稳定、环保清洁、成本低。

2.3二甲醚作为切割气主体的优势：

、切割面光滑，节省加工时间，切割速度快。

、挥发性能好，无余气。

、价格便宜，比乙炔节约成本60%以上。

、安全、环保。

燃烧时不产生有害气体，对操作工人的身体健康不会产生职业病。

2.4二甲醚替代柴油作为车用燃料的优势：

、十六烷值比柴油高10%-15%。

、低温启动效果好，噪音比柴油发动机降低2%-3%。

、动力足、爬坡能力强。

、燃烧充分清洁、排放好，无须任何处理即可达到欧Ⅲ以上标准。

、比柴油有良好的价格成本优胜。

三、二甲醚物理性质

分子式：

CH3OCH3

　　分子量：

46.07

　　物理性状（101.3Kpa，1atm）：

透明无臭气体

　　沸点：

-24.9℃

　　熔点：

-141.5℃

　　闪点（开杯法）：

-41.4℃

　　密度（20℃）：

0.661g/ml

　　临界压力：

5.36atm

　　临界温度：

126.9℃

　　临界密度：

0.242g/ml

　　自燃温度：

350℃

　　爆炸极限（空气中）（体积）：

3.4～18.2℅

　　蒸汽压（20℃），Mpa（atm）0.53（5.24）

　　燃烧热（气态）：

1455KJ/mol

　　生成热（气态）：

-185.5KJ/mol

　　熔融热：

107.3KJ/Kg

　　蒸发热（-24.8℃）：

467.4KJ/Kg

生成自由能：

-114.3KJ/mol

熵（25℃）：

266.8J/（mol.K）

　　表面张力（气相），mN/m（dyn/cm）：

　　-40.℃：

21

　　-20℃：

18

　　-10℃：

16

　　气体粘度，μPaS（μP）：

　　0℃：

82.5

　　20℃：

85.5

　　介电常数（25℃）：

5.02F/m（esn）

贝壳松脂丁醇值：

60

比热：

2.37

体膨胀：

1～324

四、二甲醚的燃烧性质

1、燃烧性质

平均热值：

31450kJ/kg

理论空气量：

6.96m3/kg

理论烟气量/：

7.46m3/kg

预混气热值/：

4219kJ/kg

液相低位热值：

28800kJ/kg

气相低位热值：

64580kJ/m3

十六烷值：

>55

理论燃烧温度：

2250℃

氧含量：

34.8％

2、二甲醚燃烧机理分析

二甲醚用作燃料替代LPG被市场看好，被誉为“二十一世纪的新能源”。

究其主要原因，一方面在于能源价格高企下DME的价格优势，而另一方面则是其燃烧效率高和燃烧产物排放洁净的显著特点。

2.1DME燃烧效率分析

二甲醚易燃，燃烧时火焰略带光亮，同等质量条件下，理论热值约为汽柴油的64％。

以质量计，二甲醚本身含氧量高达34.8％，理论燃烧温度可达2250℃，燃烧性能较好，热效率也较高。

因为本身含氧，需要添加的理论空气量（N2量）相应减少

DME燃烧反应分子式为C2H6O+3O2—→2CO2+3H2O

将其与乙烷燃烧过程比较：

C2H6+3.5O2—→2CO2+3H2O

由上述反应方程式可知，1.0摩尔体积的DME与相同摩尔体积乙烷燃烧过程比较，乙烷所需要的氧气量较二甲醚多0.5摩尔，而DME气相热值与乙烷热值（气态低位热值为64.36MJ/m3）基本相同。

亦即，假定燃烧效率相同，获得相同的燃烧热量，1.0摩尔的DME燃烧时，混入的氧气量较乙烷可降低0.5摩尔。

我们知道，空气中1.0摩尔氧气附带3.76摩尔的氮气和其它惰性气体，因此，上述DME及乙烷完整的燃烧反应方程式应为：

C2H6O+3O2+3×3.76N2—→2CO2+3H2O+3×3.76N2

C2H6+3.5O2+3.5×3.76N2—→2CO2+3H2O+3.5×3.76N2

上两式表明，在燃烧温度不太高的情形下，反应前后N2的摩尔数不变。

N2虽然进入燃烧区，但并未参加氧化反应，相反，它带走DME部分燃烧热，进而影响热效率。

因此，降低不参与反应的N2量（空气量），则减少了热损失，相当于提高了DME的热效率，这是DME热效率高的其中一个原因。

燃烧状况改善，过剩空气系数降低

一般情况下，燃烧装置空气系数α控制范围为：

工业燃烧装置α＝1.05～1.20；民用α＝1.30～1.80。

从提高燃烧效率方面讲，理想情况下，α＝1.0时，如果能确保空气与燃气混合充分、燃烧完全，燃烧效率最高。

实际燃烧过程中，取α>1.0的原因是为了避免不完全燃烧情况发生，而付出的代价则是需加热不参与反应剩余的O2、N2，导致热效率降低。

对于DME，其自身含氧，由于改善了燃气与空气的混合效果，且氧气与氮气之比较普通空气大，属“富氧燃烧”工况，因而改善了燃烧状况；而另外一方面，氧气与DME混合情况趋好，除混入的空气总量可以相应降低外，还可以将空气系数控制在较低位置，α适当朝1.0方向降低，即减少剩余空气量，减少不参与燃烧的O2、N2量，自然，这是DME燃烧效率提高的另一个原因。

民用燃具燃烧效率分析

对于民用燃具，假定α由1