221550万吨年甲醇气相催化脱水制二甲醚装置项目可行性研究报告(编辑修改稿)

221550万吨年甲醇气相催化脱水制二甲醚装置项目可行性研究报告(编辑修改稿)内容摘要：

） 爆炸极限： ～ %（ Vol%，在空气中）。 产品用途 二甲醚是一种重要的甲醇下游产品，因其特有的分子结构和理化性质，用途十分广泛。 它主要作为甲基化剂，也可 用作冷冻剂、溶剂、浸出剂、麻醉剂、燃料等。 同时还在制药、染料、农药等工业中有着广泛的用途。 其具体用途如下： （ 1）作为液化石油气的替代物 液化石油气（ LPG）目前在城镇已广为使用，以弥补城市管道煤气之不足，但由于国内产量有限，每年需大量进口 LPG 以满足消费需求，目前进口量已占到消费量的 32~40%，表 21 为我国近年石油液化气的进口量。 表 21 近年我国石油液化气进口量（单位： 104t） 年份 1990 1998 1999 2020 2020 2020 2020 进口量 477 554 482 489 929 1460* 消费量 1363 1459 1552 2101 / *预测值 如果二甲醚价格合适 ， 取代 LPG 进口 ，则 估计 2020 年需燃料级 . 11 . 二甲醚 1920 万吨，可见二甲醚在未来 5～ 10 年代替 LPG 有广阔市场 ，其市场容量相当可观。 表 22 给出了液化石油气（ LPG）与二甲醚（ DME）性质对比。 表 22 液化石油气与二甲醚性质对比 燃料 相对分子 质量 60℃时蒸汽压 平均 热值kJ/kg 爆炸 下限 % 理论 空气量m3/kg 理论 烟气量m3/kg 预混 气热值kJ/m3 理论 燃烧 温 度℃ ℃时蒸汽 压 kPa LPG 45760 3909 2055 1200 DME 31450 4219 2250 832 对比情况表明： ① 在 同 等 温 度 下 二 甲 醚 的 饱 和 蒸 汽 压 要 比 石 油 液 化 气 低 ，℃时为 832kPa，符合 GBlll7489 要求中 1380kPa 指标，故贮存及运输时更安全。 ② 二甲醚在空气中的爆炸下限比石油液化气高一倍，在使用时二甲醚比石油液化气更安全。 ③ 虽然二甲醚热值仅 为石油液化气的 ，但二甲醚自身含氧，在燃烧过程中所需空气量仅为石油液化气的 ，因此二甲醚预混气热值要比石油液化气高（ :1），其理论燃烧温度也比石油液化气高 195℃（ %）。 二甲醚单独作民用燃料使用还具有下述优点： ① 由于自身含氧，碳链短，燃烧充分安全，燃烧过程不析碳不会产生黑烟，无残液，燃烧尾气符合国家标准。 ② 二甲醚易于压缩，常温贮存压力≤ ，低于石油液化气的 ，故更为安全，且可利用现有的石油液化气罐，槽等容器及管道，灶具亦可通用，故易于推广。 二甲醚在不同季节门窗全开状态下用二甲醚液化气灶燃烧后对有害物残留量的卫生防疫检测结果如表 23 所示，开门窗或抽油烟机影响则见表 24。 表 23 二甲醚灶燃烧后有害物残留量 有害 组分 夏 季 冬 季 卫生标准 . 12 . mg/Nm3 早餐点火 30秒 早餐后 30 秒 早餐点火 30 秒 早餐后 30秒 午餐点火 30 秒 午餐后 30 秒 日均 甲醇 甲醛 CO 10 表 24 二甲醚灶燃烧后环境卫生检测 有害物浓度增值 开门窗双灶点火 关门窗开抽 油烟机双杜 关门窗不开抽 油烟机双灶 开门窗本底值 mg/Nm3 点火期 燃烧期 点火期 燃烧期 点火期 燃烧期 日均 二甲醚 甲醇 CO NOX 检测结果表明二甲醚燃料及灶具在正常情况下对人体不会造成伤害，对室内空气也不会造成污染，室内空气中有害物浓度符合国家居住区大气卫生标准和居室空气质量标准。 二甲醚灶具亦符合 GJ483的燃气灶具标准要求，可参见表 25。 表 25 二甲醚灶具燃料检测结果 项 目 GJ483 标准要求 实测结果 着火率 启动 10 次着火不少于 8 次 100% 点火性能 和 倍压力下能正常点燃 正常 传火性 点燃一孔后 4 秒钟内传遍所有孔 1 秒 火焰状态 均匀、清晰、稳定 均匀 热负荷 不低于 （ 2500kcal/h） 及 热效率 额定负荷下热效率 55% %及 % 烟气组成 CO 额定负荷下烟气 CO% %及 % O2 O2 不高于 14% 11% 说明：每吨二甲醚可供五户四口之家作炊事燃料使用一年。 （ 2）作为其它民用燃料的掺配组分 液化石油气主要组分是低碳烃，它富含 C3 和 C4 的烷烃与烯烃，还含有少量 C5 烃类，由于 C5 组分沸点较高，蒸汽压较低，又不能与C3 或 C4 组分互溶 ，故不能随 C3 或 C4 组分一起完全燃烧，呈残液留在液化气钢瓶中。 如在石油液化气中添加少量二甲醚，它不但能提高C5 的气化效率，还增加 C C4 与 C5 间的互溶性，从而消除液化气钢瓶中残液，避免燃烧时析炭，具有可观的经济效益。 . 13 . 二甲醚热值为 64686kJ/Nm3，如将一定比例的二甲醚加入到热值为 15907kJ/Nm3 的城市煤气或热值为 37674kJ/Nm3 的天然气中，可解决城市煤气供气高峰时气量不足问题，降低城市煤气中 CO 含量，增加使用安全性，并改善煤气的质量，提高燃气热值。 （ 3）车用燃料 我国汽车工业发展迅速， 民用汽车需求量将从 2020 年的 186~207万辆 /年增长到 2020 年的 289~327 万辆 /年，其中货车 106~120 万辆，客车 55~68 万辆，轿车 128~139 万辆，重型货车和大型客车全部使用柴油机，中型货车和客车也大部分采用柴油机，近年轻型货车和客车也开始柴油化，农用车快速发展加快了车用燃料柴油化进程。 预计到2020 年民用汽车保有量 3000 万辆将耗柴油 4000 万吨，加上军用车辆耗柴油 110~140 万吨，对柴油总需求达 4200 万吨左右，国内石油产量无法满足需要，每年都要花费大量外汇进口原油和成品柴油，影响国 家能源安全。 二甲醚是良好的柴油替代燃料，它具有下述独特的优点： （ 1）二甲醚结构中仅含 CH 键和 CO 键，含氧达 %，因而燃烧后生成的炭微粒少，允许采用较大量的废气循环，从而降低尾气中 NOx 排放量，仅为柴油排放时的 30%。 （ 2）二甲醚十六烷值 55~60，比柴油高 27%，起燃温度低，滞燃期比柴油短，尾气 NOx 排放少，燃烧噪音比柴油低 10~15dB，接近汽油机噪音水平。 （ 3）二甲醚低热值虽然比柴油低，仅为柴油的 %，但二甲醚与空气理论混合气热值比柴油高 5%（二甲醚为 3066kJ/kg，柴油为2911kJ/kg），故用二甲醚的发动机功率比柴油高 10~15%。 （ 4）二甲醚的气化潜热为柴油的 倍，可大幅降低柴油机的最高燃烧温度。 表 26 二甲醚与柴油的燃料性能对比 燃料 相对分子质量 沸点 ℃ 抗爆性十六烷值 低热值kJ/kg 理论 空燃比 自燃温度℃ 含氧量 % 液态 密度kg/l 20℃蒸汽压 MPa 气化潜热kJ/kg 粘度 CP . 14 . 二甲醚 46 ℃ 55~60 28840 235 460 柴油 190~220 180~360 40~50 42500 250 0 0 290 44~54s 表 27 柴油机使用二甲醚与柴油时性能比较 燃料 功率 （扭距） Nm 燃料 经济性 尾气 NOX g/HP178。 H 总烃 g/HP178。 H 总微粒 g/HP178。 H 最高 加速烟度 % 最大 燃烧噪音 dB 二甲醚 230 相等 0 78 柴油 200 5 88 * 重型卡车柴油机涡轮增压，中冷无废气后处理或废气再循环 据西安交大开发的二甲醚汽车在高速公路、城市交通繁忙地段、坡 地及洼地长期试车表明二甲醚汽车易起动；换档自如，加速爬坡性能好，最高车速高于原柴油车。 丹麦 Haldor Topsф e 公司曾用 Navistar 8 缸 升中型车柴油机和 AVL LEADER 4 缸 2 升轿车柴油机进行测定，表明二甲醚排放尾气完全可达到全球最严格的加州超低排放（ ULEV）标准，结果见表28。 表 28 二甲醚用柴油机尾气有害物排放量 排 放 物 中 型 车 轿 车 CO g/HP178。 h NOX+非甲烷烃 g/HP178。 h 非甲烷烃 g/HP178。 h 颗粒物 g/HP178。 h 甲醛 g/HP178。 h CO g/HP178。 h 总烃 g/HP178。 h NOX g/HP178。 h 颗粒物 g/HP178。 h ULEV 标准 用二甲醚结果 * * 0 * 经尾气催化转化器后 测定结果表明：用二甲醚替代柴油可改善柴油机排放尾气的状态， NOx 排放仅为柴油的 30%，烃类为柴油的 40%， CO为柴油的 50%，达到欧Ⅲ和美国加州中型载重车及客车尾气超低排放 ULEV 标准，并存潜力达到 欧Ⅳ标准。 2020 年上海市推出 10 辆二甲醚城市大客车投入 147 路公交线上运营。 为配合二甲醚业公交车商业化运营，国内首个二甲醚加气站已 . 15 . 矗立在上海 147 路公交线终点站，目前可解决 30 辆二甲醚公交车的加注问题。 二甲醚汽车在上海 147 路公交线上的试验结果表明，二甲醚公交车比柴油、汽油公交车的动力性更好，可节能 5%左右，尾气排放可达欧Ⅲ标准。 另外，使用柴油机的大型客车发动机都可以改装为使用二甲醚的发动，费用只要 1 万元左右，而大规模生产二甲醚的成本与柴油也相差无几。 上海交大和上柴股份公司正在研发第二代满足国 IV 标 准二甲醚汽车。 在上海首条二甲醚公交示范运行线路开通后，北京、广州、杭州、贵阳、张家港、临沂等城市，也都有意引进上海研制生产的二甲醚汽车，用于城市公交。 预计我国 2020 年和 2020 年柴油消费量将分别增长到 4500 万吨和 9000 万吨，若 2020 年能取代 5%的柴油， 2020 年可取代 10%的柴油，则 2020 和 2020 年车用二甲醚的需求量将分别为 225 万吨和 900万吨。 （ 4）制药、染料、溶剂、油漆的中间体 二甲醚可与发烟硫酸或三氧化硫进行气相反应，可生成硫酸二甲酯；与苯胺蒸汽反应生成高纯度 N,N二甲基苯胺；羰基 化后制得二甲醚甲酯，同系化生成二甲醚乙酯；可制得高产率醋酐和二甲醚乙烯母体 — 亚乙基二甲酯。 （ 5）气雾推进剂 从 80 年代开始，世界各国竞相开发二甲醚用途，将它作为气雾推进剂，目前涉及的范围包括油漆、杀虫剂、发丽香、空气清新剂、发胶、胶水、脱模剂、除锈剂、润滑油等，被称为继压缩气体、氟里昂、丙 丁烷之后的第四代气雾推进剂，在世界上推进剂的用量位于第二。 由于氟里昂对大气臭氧层有严重破坏作用而被限制和禁止使用后，二甲醚成为公认的气雾推进剂的理想替代品，这是目前二甲醚的主要用途之一。 （ 6）制冷剂 二甲醚可作为氟里 昂的代用品用制冷剂，在冷冻食品时可去除异 . 16 . 味和臭味。 据轻工总会透露，我国家用电冰箱行业已确定了淘汰氟里昂的时间表，将于 2020 年在冰箱生产中停止使用氟里昂物质，作为氟里昂的代用品二甲醚，它的需求量将会随着氟里昂的禁止使用而越来越大。 （ 7）合成低碳烯烃 乙烯是最基本的石油化工原料之一，为解决乙烯来源，国内外正积极进行从甲醇或二甲醚制备乙烯等低碳烯烃混合物。 美国 UOP、德国 Lurgi 及中国科学院大连化物所等单位已取得了一些进展。 对我国缺油地区更具吸引力。 （ 8）其它 高浓度的二甲醚可用作麻醉剂，但麻醉效果比乙醚 差；二甲醚可用作聚合物的催化剂和稳定剂；可作为优良的萃取剂和烷基化剂，在合成有机硅化合物和制取高纯度氮化铝 氧化铝 氧化硅陶瓷中作偶合剂，在美国、日本、加拿大等国它作为农作物高效增产剂，是一种极好的速效肥。 二甲醚的国内外生产情况 二甲醚的国外生产情况 目前国外总生产能力超过 24 万吨 /年以上，产量在 15 万吨左右（这些统计数据主要指用作气雾剂和制冷剂的二甲醚量，由于二甲醚用作燃料正在兴起，国外一些百万吨级的燃料级二甲醚装置正在建设或筹建之中，尚无建成投产的报道，因此，以上统计数据暂以 气雾剂级二甲醚为准）。 国外二甲醚的生产主要集中在美国、德国和英国，主要生产厂家有杜邦公司、阿克苏公司、德国联合莱茵褐煤公司、日本住友 精化 公司等，其中德国联合菜茵褐煤公司和汉堡 DMA 公司的生产能力较大，均在 6 万吨 /年左右，美国的杜邦公司和荷兰阿克苏 诺贝尔公司的生产能力各为 3 万吨 /年，其它装置的能力大部分在～ 万吨。