醇醚燃料知识

醇醚燃料知识
醇类燃料的主要特点有：
1.辛烷值比汽油高，可采用高压缩比，提高热效率。

但是，醇类的抗爆性敏感度大，中、高速时的抗爆性不如低速好。

普通汽油与15%-20%的甲醇混合，辛烷值可达到优质汽油的水平。

（为了更好地然燃料充分燃烧我们发明了助燃剂）
2.蒸发潜热大，使得醇类燃料的汽车冷起动困难和在低温运行时性能恶化。

（低温问题我们发明了低温冷启动添加剂）
3.常温下为液体，操作容易，携带方便。

4.可燃界限宽，燃烧速度快，可以实现稀薄燃烧。

5.与传统的发动机技术有继承性，特别是使用汽油--醇类混合燃料时，发动机结构变化不大。

6.沸点低，蒸气压高，容易产生气阻。

（解决气阻问题我们研发生产了蒸汽压抑制剂）
7.腐蚀性大。

醇类具有较强的化学活性，能腐蚀铝、铅、锰、塑料、合成橡胶等，而这些材料是汽油燃料汽车的典型材料。

汽油汽车中如燃油箱、油泵、油泵膜片、化油器、浮子和许多密封件等在甲醇汽车中将迅速损坏。

另外，醇与汽油的混合燃料对橡胶、塑料的溶胀作用比单独的醇或汽油都强，混合20%醇时，对橡胶的溶胀最大。

（抗溶胀、腐蚀抑制剂）
8.醇混合燃料易分层，因此，需加助溶剂。

9.动力性能
高比例或纯加甲醇汽车优于发动机压缩比例的提高，动力性优于发动机压缩比例的提高，动力性优于同类发动机
10.排放功能
高比例或醇甲醇汽车的尾气常规排放大幅下降，可以达到国家排放标准，甲醇汽车非常规排放的甲醛较高，并有未燃甲醇，但由于甲醇是含氧燃料，更有力于高原缺氧状态行驶，通过改善燃烧性和加装和处理装置，可以降低甲醛和未燃甲醇排放11.经济性
93号汽油现价每升8元左右每升，而甲醇燃料每升3元左右
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甲醇能作为汽车燃料，是因为它与汽油有许多相似之处，如两者的相对密度相同；燃烧时的火焰温度相近，甲醇为1 900 ℃，汽油为2 100 ℃；发火点接近，甲醇为470 ℃，汽油为430 ℃。

但甲醇燃烧的热值比较低，为22 990 kJ·kg-1，约相当于汽油的一半；而且蒸发潜热大，为1 129 kJ·kg-1，约是汽油(351 kJ·kg-1)的3倍多，致使甲醇作为燃料使用有一定的弊病。

很显然，同样一油箱燃料，甲醇行驶的路程只有汽油的一半；而且在气候寒冷时，发动机的发动就比较困难。

后一问题现在已基本解决，通常采用在甲醇中掺入适量丙烷的办法。

甲醇作为能源是一种优良的液体燃料，不仅是汽车的良好燃料，也是很好的发电燃料。

甲醇能否成为现代能源的一大支柱，关键在于甲醇成本的降低，有人认为如果甲醇的价格减到目前价格的1/20，则可能成为现实。

自20世纪20年代以来，甲醇一直是由一氧化碳经高温、高压和使用固体催化剂
加氢的方法制得：
CO+2H2→CH3OH
降低甲醇成本的关键是催化剂。

最初使用锌铬氧(ZnO Cr2O3)作催化剂，由于它的催化活性低，反应需在350 ℃～450 ℃的高温和25.0 MPa～76.0 MPa的高压下才达到具有经济意义的转化。

1966年以后，英国、日本、美国和西德发展了以氧化铜为基础的锌、铬三元催化剂。

这种催化剂使操作压力和温度分别降到5.0 MPa～10.0 MPa 和250 ℃～300 ℃，从而降低了成本。

但这种催化剂对硫中毒比较敏感，这意味着原料合成气必须经严格净化才行。

另外，从理论上分析，合成甲醇的反应是一个分子数减少的放热反应，因而降低温度和提高压力都有利于甲醇得率的提高。

在常压下，当温度低于140 ℃时ΔＧ才是负值，这意味着在常压下，只有当温度低于140 ℃时，合成甲醇的反应才能自发进行；当压力为5.0 MPa～
10.0 MPa时，才能获得经济上可行的甲醇得率。

如果能寻找到一种更活泼的低温催化剂，使反应降低到5.0 MPa～10.0 MPa的压力范围，则甲醇的成本将大幅度降低。

至于原料合成气(CO和H2的混合物)，可通过煤的气化；也可由天然气通过甲烷与水蒸气的反应获得：
CH4+H2O→CO+3H2 近年来，有人提出将甲醇与合成氨装置联合组建，利用合成氨装置中水煤气变换反应生成的CO2与甲烷和水蒸气在800 ℃下，通过镍催化剂进行反应获得合成气：3C H4+CO2+2H2O→4CO+8H2
乙醇(CH3CH2OH) 乙醇也是一种抗震性能好、无污染的理想燃料，它的相对密度(0.79)、沸点(78 ℃)都与汽油相近，蒸发潜热为1 366.8 kJ·kg-1。

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我国汽油2000年消费为3451万吨，到2020年将达7150万吨，柴油2000年消费为6750万吨，到2020年将增至15480-17370万吨。

到2020年我国石油产品需求4.1-4.6亿吨。

我国石油的对外依存度可能接近60%。

因为我国有数千亿吨可采的资源（部分还可以用比较分散的煤层气和天然气）。

可以通过煤的氧吹气化转换成合成气（CO＋H2），再通过已成熟的工艺来生产汽油、柴油、甲醇、二甲醚等液体燃料。

当石油价格在25美元／桶以上时，这条路线有很强的竞争力与生命力，这是解决我国能源安全最有效的方法。

甲醇分子量32，含氧量为50%，所要求的空燃比低，只有6.4（汽油为14.8），空燃混合气的热值与汽油热值很接近（2656/2786）。

二甲醚分子量46，含氧量为35%，空燃比为其空燃混合气热值比柴油的热值还高（3067/2911）。

醇醚燃料空燃比低，所带入空气中的惰性气体氮气大大降低，空燃混合气热值较高，很大程度弥补了燃料本身热值低的弱点，提高了能效，降低了替代比。

甲醇的辛烷值高达110左右，抗爆性好，二甲醚的十六烷值为60（比一般柴油高很多），这都能提高其动力性，降低排放和能耗。

醇醚燃料
分子量小，燃烧速度快，燃烧更充分，因而提高了发动机中燃料能量转化为动能的效率，替代比比燃料本身热值的比例要低得多。

甲醇和二甲醚燃料的性质和燃烧性能也决定了他们比汽柴油燃料更加清洁，排放指标优于汽柴油。

在无净化器情况下，二甲醚燃料的常规排放量基本可达欧Ⅲ标准，甲醇基本可达欧Ⅱ标准。

此外，汽油中少量残留硫化物对尾气催化净化器有毒化作用，催化剂寿命缩短，给铂的供应（进口）增加了困难。

醇醚清洁燃料的应用，将可大大减少铂的用量，并可容易达到高的控制排放目标。

国际能源机构、美国甲醇研究院等对各种汽车燃料非常规排放（苯、二丁烯、甲
醛等）的测试也表明，二甲醚燃料的非常规排放量甚微，接近于氢，是非常洁净的；甲醇燃料排放中没有致癌度高的苯，总致癌度低。

二甲醚燃料替代柴油在清洁燃料方面所起到的作用就更加明显，甚至免去催化净化器，也能达到欧Ⅲ的指标。

甲醇的蒸气压比汽油低。

同样条件下，汽油的蒸气量是甲醇蒸气量的2~4倍。

甲醇蒸气的密度较低，只略大于空气的密度，易于扩散流动。

而汽油的蒸气密度则是甲醇蒸气密度的2~5倍，在空气中，沿着地面流动分散，极易遇到明火点燃炸。

此外，空气中，甲醇燃料发生火灾爆炸的可能性远低于汽油。

甲醇着火温度高，发生火灾和造成人员死亡的几率比汽油低。

国内外已有大量权威科学结论证实，汽油和醇对生态的影响，用百分衡量，汽油为100，乙醇为50，甲醇为30。

甲醇的致毒性（综合）低于石油燃料。

甲醇意外泄漏对环境的影响极小。

在地上和水中比汽柴油易分散和降解。

国内外的研究表明，在提高压缩比后，使用M85（85%的甲醇）或M100，甲醇发动机的动力性优于汽油发动机。

这是由于燃料具有高辛烷值、高压缩比，并可容许较大点火提前角，从而能获得更高的热效率。

使用M15汽油，动力性也没有明显下降，主要是由于辛烷值提高，燃烧状况改善，抵消了热值低的弱点。

使用甲醇燃料所产生的
气阻、醇油互溶性等其他问题，都有相应的技术加以解决，都不会影响其推广应用。

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二甲醚的物理化学性质
分子式：CH3OCH3 蒸气压*： 0.51Mpa
摩尔质量：46.07 气体燃烧热： 28.8MJ/Kg
熔点： -138.5℃蒸发热**： 410KJ/Kg
沸点： -24.9℃自燃温度：235℃
临界温度：127℃爆炸极限、空气：3~17vol%
液体密度*：0.67Kg/L 闪点： -41℃
蒸气密度： 1.61Kg/m3 注：* 20 ℃** -20℃
不同温度下有DME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
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二甲醚作为民用液化气有一系列优点：低热量~28600KJ/kg(6836kcal/kg)；燃烧性能良好，燃烧废气无毒，完全符合卫生标准；单一组成，无残液；在室温下可压缩成液体，用现有的液化石油气罐盛装，灶具与LPG基本通用，是优良的民用洁净燃料。

二甲醚液化气与液化石油气性质比较
项目分子量压力Mpa (60℃) 热值KJ/kg 爆炸下限% 理论空气量预混气热值KJ/ m3
LPG 56.6 1.92 45760 1.7 11.32 3903
DME 46.0 1.35 31450 ? 3.5 6.96 4219；
常温下二甲醚蒸汽压力约为0.5MPa，低于液化气和天然气，在室温下就可压缩成液体，可用液化气储罐灌装，能确保运输安全，同时因其常温下为气体，不需预热，随用随开，快捷方便；三是无毒性，二甲醚对人体呼吸道、皮肤有轻微刺激作用，但对人体无毒性反应；四是安全可以控制，其爆炸下限比液化气高1.3倍，爆炸隐患大大缩小；五是燃烧值高，为31.59MJ/kg。

核心技术成功的改进研发了新的燃料添加剂：能赋予液体燃料某种特殊性能或加强其本来具有的某种性能而加入的物质。

用于汽油的有抗爆剂、清净剂、抗氧剂等。

用于柴油的有十六烷值改进剂、低温流动性能改进剂、清净剂等。

用于喷气燃料的有防静电剂、防腐杀菌剂、润滑性能改善剂等。

用于燃料油的有助燃剂、抗氧剂等抗氧剂：
它是指加入到油品中可以抑制其氧化、稳定其性质的一种添加剂。

汽油、煤油和柴油都经常使用。

它的作用就是对燃料进热燃烧室之前的各个环节进行保护，保证燃料在储存中不变质，解决运输和销售中的各种问题，防止发动机燃料系统沉积物和腐蚀的形成。

由于当今大量采用二次加工方法，使得燃料（如FCC汽油）中烯烃、二烯烃的含量增加，这些物质的热稳定性和氧化稳定性差，易于氧化和聚合形成胶状沉积物。

另一方面，为了更好地控制空气燃料的比例，现代汽车采用了更为复杂精密的喷嘴和汽化器。

这些部件对沉积物非常敏感，所以要求汽油具有良好的抗氧化安定性。

另外，在有铜等微量金属存在下，会加速胶质的生成，因此在汽油中常常是金属钝化剂和抗氧剂复合使用。

汽、煤、柴油防腐蚀剂：
汽油中不可避免地含有大约200mL／m3的溶解水分，甚至还会有少量的游离水分。

当含水汽油与容器、管线、汽油泵和气化器等金属接触时，可能发生锈蚀腐蚀。

汽油的氧化变质生成有机酸又促进金属的腐蚀。

腐蚀不论对储罐、输送管线以及汽车燃料系统都是很严重的问题，不但造成储罐泄漏，而且使汽油中带锈渣。

这些锈渣一方面影响了汽油的外观，而且会堵塞滤网与汽化器。

为防止这种腐蚀，向汽油中加入了缓蚀剂。

缓蚀剂是一种表面活性剂，通常在分子末端有极性或亲水基团，其余部分是亲油基团。

极性基团吸附于金属表面，在金属表面形成一单分子层，非极性基团伸入烃类组分中，从而形成抗水的油层，保护金属不被侵害。

缓蚀剂的加量很低，通常为20μg/g以下。

最有效的极性基团是酸性的，如羰酸、磷酸、磺酸，它们的胺盐
也很有效，如脂肪酸胺盐、烷基磷酸酯、胺基磷酸酯、磺酸盐、烷基胺磷酸酯等。

但含磷的添加剂现在已经不用，因为它对排气系统的催化剂有不良作用。

使用醇类的汽油中缓蚀剂的用量还要增加。

清洁剂的优点：
（1）.清洁化油器量孔，减少化油器量孔堵塞；
（2）.清洁燃油喷嘴，减少喷嘴堵塞；
（3）.清洁进气阀与燃烧室沉积物；
（4）.提高汽车的燃料经济性；
（5）.提高汽车动力性；
（6）.降低汽车的排气污染。

醇醚市场与前景：
据美国能源部和世界能源理事会预测，全球石化类能源的可开采年限分别为石油39 年、天然气60
年、煤211 年。

而我国又是一个缺油、少气、相对富煤的国家。

在已探明的能源储量中，96%是煤炭，
油气资源仅占总量的4%左右。

针对我国这样的国情，发展洁净二次能源二甲醚，对于我国经济发展、
环境保护与生态平衡具有重大战略意义。

二甲醚，简称DME，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，在
制药、燃料、农药及日用化工中有着许多独特的用途。

二甲醚可溶于水，并具有卓越的溶解能力，这些
特点使其成为在全球都广受欢迎的气雾剂抛射剂，尤其是在杀虫剂、发泡剂等方面的应用。

并且由于近
年来石油大幅的上扬，其在民用燃料方面及柴油动力方面运用的经济支撑更为突现，随之需求量也将大
幅度增长。

1 二甲醚运用的优势
1.1 环保优势
二甲醚（DME）与液化石油气（LPG）的物理性质很相似，是一种无色气体，具有轻微的醚香味，
室温下蒸气压力约为0.5 MPa，常压下致冷到-25 或在常温下加压到0.5~0.6 MPa，即被液化。

二甲醚具
有惰性、无腐蚀性、无致癌性、几乎无毒。

与二乙醚不同，二甲醚在空气中长期曝露不会形成过氧化物。

二甲醚的饱和蒸气压低于液化气，储存运输比液化石油气更安全，并且燃烧性能好，热效率高，燃烧过
程中无残渣、无黑烟，CO、NO 排量低。

1.2 二甲醚理化特性优势
（1）二甲醚还可掺入石油液化气、煤气或天然气混烧并能提高热量，纯度高于95%的二甲醚可替
代液化气用作燃料。

总之，二甲醚比柴油干净，比氢方便，比天然气安全，可以作为燃料被广泛应用。

（2）二甲醚可溶于水，并具有卓越的溶解能力，这些特点使其成为在全球都广受欢迎的气雾剂抛
射剂，尤其是在杀虫剂、发泡剂等方面的应用。

（3）二甲醚具有较高的十六烷值，可直接用作汽车燃料替代柴油，据试验了解二甲醚的燃油性能
和机械能更好，爆发力大，能满足并提高发动机的热效率和功率。

1.3 二甲醚的经济优势
随着近年来石油价格的不断上扬，从2002 年的26 美元/桶上升至目前的67 美元/桶左右，二甲醚
的成本优势不断凸现。

二甲醚最大的需求市场是在燃料行业及动力行业，要推展二甲醚的需求市场必须
在这一个市场打开缺口，因此，其经济成本就显得尤为重要。

据行业人士分析，二
甲醚的广泛运用必须
满足两大条件：（1）在燃料领域，其二甲醚的生产成本必须小于LPG 的市场价格。

（2）在替代柴油市
场，其二甲醚的生产成本必须小于柴油的市场价格。

而LPG 与柴油的石油的市场价格完全受制于石油
价格的波动。

据测算，当石油的市场价格稳定在45 美元/桶以上，即已经满足了上述两大条件。

按现在
石油价格来讲，二甲醚的广泛运用时代已经来临。

2 二甲醚的生产工艺及成本
在现在的二甲醚生产工艺中有两种基本法：一步法、两步法。

一步法：即天然气直接生产二甲醚；
两步法：即由甲醇生产二甲醚。

因其生产工艺不一样，生产成本及产品质量大相径庭，导致了其运用领
域也较为不一样。

一步法制取的二甲醚主要运用于燃料行业及汽车动力行业（对二甲醚的质量要求较低），
而二步法制取的二甲醚主要运用于气雾剂、抛射剂等行业（对二甲醚的质量要求较高，一般需要二甲醚
的含量为99.99%）。

一步法的生产成本约为2500 元/t，但是至今没有制定特定行业标准，其生产厂家产品
均不一致，通用性差；二步法的生产成本根据甲醇的市场价格而定，按目前的甲醇市场行情可以测算现
在的二甲醚生产成本约为COST=2600×1.5+800=4700 元/t（*其中2600 指甲醇目前的市场价格）
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3 二甲醚目前的市场生产情况及需求情况
近年来国内二甲醚的建设已经形成热潮，有数家公司拟通过合资合作等方式引进技术建设大型二甲
醚生产装置。

但是至今据不完全统计，虽然现在的二甲醚生产装置不断上马，但是现在由于受到需求量
的制约，开工率仍然不高，只有生产能力的20%（主要原因1、以前石油的价格较低，成本导致。

2、
在柴油领域的技术要求）。

但是仍有许多装置在建或拟建如下：2001 年4 月份陕西新型燃料燃具有限公
司与美国兆运资源有限公司签订联合开发“煤基一步法合成20 万t/a 二甲醚超洁净燃料”工程协议书，
工程总投资20.3 亿元，美方投资90%。

宁夏83 万t/a 煤基二甲醚项目，计划投资47.8 亿元，计划利用
国外资金，已与加拿大麦耐特联合公司签订了合作协议书，并依托美国空气动力公司的技术。

四川泸州
天然气股份有限公司采用两步法工艺已经建成1 万t/a 二甲醚装置，第二套10 万t/a 二甲醚装置，也已
经开工建设。

山东临沂鲁明化工有限公司正在建设3 万t/a 二甲醚装置，采用自主开发的液相两步法工
艺技术。

山东华星集团年产3 万t/a 二甲醚项目于2004 年8 月开始动工，该装置
采用两步法工艺。

山东
兖州矿业集团公司计划建设60 万t 二甲醚装置，拟引进国外一步法二甲醚工艺技术。

另外，国内还有
很多地方提出建设二甲醚装置，如：西南石油天然气管理局、新疆、黑龙江双鸭山、大庆油田、陕西、
兰州、安徽等。

2005 年我国柴油的消费量为8500 万t，柴油消费的增长很快，预计2006 年消费量将达到8700 万t
左右，2010 年将达约10100 万t。

二甲醚作为良好的柴油替代燃料，按其对柴油的替代率为5%计算，
2006 年约需二甲醚约435 万t 左右，2010 年需674 万t 左右。

并且随着石油量的减少，二甲醚用量将
更为加大，前景更为广阔。

4 二甲醚的推广
二甲醚市场推广工作必须建立三个方面。

（1）在政府部门的大力扶持下。

（2）技术能力的支持下（二
甲醚的腐蚀较强，对发动机、民用灶台影响较大，这个问题有待解决）。

（3）民众对环保意识的加强。

因此，我们必须三管齐下，才能将二甲醚的市场推广工作做好。

我公司关于车用燃料方面的推广：
我们华谊集团和上海汽车工业集团、上海交通大学合作承担了二甲醚汽车国家科技攻关项目，目前
已成功研制了我国第1 台二甲醚城市客车，并通过了发动机台架试验和整车道路试验，并已于去年通过
了国家科技部的成果验收。

经检测，该车排放远优于欧三排放限值、碳烟排放为零，彻底解决了城市公
交车冒黑烟的问题。

市政协委员、上海交通大学机械与动力工程学院副院长、“二甲醚城市客车”课题研究组组长黄震
表示，中国汽车数量正高速增长，预计2008 年将接近1500 万辆，降低汽车对石油燃料的依赖性十分必
要。

“每年我国需要花费上百亿购买国外石油，二甲醚的诞生恰好节省了这项费用的大规模支出。

根据国家环保局的计划，我国将在2007 年全面实施欧三汽车排放法规，在2010 年实施欧IV 汽车
排放法规。

张培璋表示，如果本市公交车将发动机改造成二甲醚发动机，改造费用也很低廉，整车成本
仅需增加1 万多元，便可轻易地达到欧三排放标准。

而且由于上海在执行二甲醚汽车国家科技攻关项目
期间，已形成产学研研发团队，二甲醚汽车产业化事实上已具备良好基础。

为此，华谊总裁张培璋等12 位市人大代表建议：
2005~2007 年，完善二甲醚城市公交车示范车型设计、二甲醚燃料产业化示范；并实施二甲醚城市
公交车队运行示范和二甲醚加注站示范。

2008~2009 年，实现二甲醚燃料、发动机与汽车产业化，二甲醚汽车商业化，大批量推广应用，成
为2010 年上海世博会达到欧IV 汽车排放法规的城市公交车主力
车型，成为上海世博会向世界展示“城
市使生活更美好”的标志性技术成果。

二甲醚作为清洁的替代燃料已经得到国内外广泛的关注，特别是其替代煤气、LPG 和柴油方面所
具有的巨大的市场潜力，对我国能源结构的调整、环境保护等方面有着重要的现实意义。

二甲醚具有广
大的运用领域，我们必须抓住现在的社会机遇，加快步伐，将二甲醚的市场推广工作做好。