李建新
（中国石化咨询公司，北京，100029）
概述了二甲醚的市场情况以及二甲醚生产技术的最新进展，介绍了二甲醚替代柴油的最新研究进展情况，对二甲醚替代柴油的经济性问题进行了详细分析，对二甲醚项目建设决策具有一定参考意义。
关键词：二甲醚 市场 技术 经济性
二甲醚（DME）是一种最简单的脂肪醚，又称木醚、甲醚，主要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。
1 二甲醚市场应用现状及未来发展
目前全球DME的生产能力约为150 kt/a，产量约100 kt/a，其中我国生产能力约10 kt/a。目前全球DME的消费主要集中在以下几个方面。
1.1 做气雾剂、制冷剂和发泡剂
20世纪60年代以后，气溶胶工业得到了迅速发展，在气雾剂产品中的气雾剂（抛射剂）主要采用氯氟烃。近年来，人们逐渐认识到氯氟烃对大气臭氧层的破坏作用，逐步开始采用其他代用品。研究表明，二甲醚作为氯氟烃的替代品具有无腐蚀、无毒、水溶性、溶性好等特点，是一种理想的气雾剂。另外其成本低、价格便宜，在西欧各国已经成为民用气溶胶制品的氯氟烃的替代品。此外，其容易液化的特性也引起研究者的重视，许多国家正在开发以二甲醚代替氯氟烃做制冷剂的技术。二甲醚还可作为泡沫塑料产品的发泡剂。气雾剂是目前DME的主要消费领域，1995年美国在这一领域消耗DME约为12.8 kt。
1.2 二甲醚做溶剂、化工原料
DME还可以来生产硫酸二甲酯、二甲基硫醚等化工产品。
1.3 二甲醚做燃料
DME具有燃料的主要性质，其热值约为64.686 MJ/m3，且其自身含氧，能够充分燃烧，不析碳、无残液，是一种理想的清洁燃料。但目前由于其成本较高、生产及应用研究深度以
及替代积极性等问题限制了在燃料领域的应用。
未来DME应用的最大的潜在市场是作为柴油代用燃料。目前，全世界交通燃料的消耗量在500 Mt左右，如果DME做替代燃料研究一旦取得重大突破，对DME的需求将是惊人的。
2 DME做代用燃料的研究进展
DME可直接作为汽车燃料，其燃烧效果比甲醇好，除具有甲醇燃料的优点外，还克服了低温启动性和加速性能差的缺点。据美国有关资料报道，DME具有较高的十六烷值，是柴油发动机的理想燃料。
美国一些机构对DME替代柴油做了大量工作，进行了燃烧性能对比。在中型载货汽车上的试验研究结果显示，DME和柴油在热效率、碳氢化合物CO的排放上是具有可比性的。其氮氧化物的排放量比柴油约低25%。排放指标符合美国加州标准。但和美国修订后的载客小汽车的排放标准相比，有些指标还达不到，DME的应用研究还需深入进行。比较数据如表1所示（中型载货汽车实验数据及标准）。
表1 DME燃料排放和美国排放标准对比
g/kW·h
项目 | DME | 美国标准2 |
CO | 3.501） | 3.40 |
NOX | 0.571） | 0.40 |
非甲醇碳氢化合物 | 0.10 | 0.13 |
颗粒 | 0.06 | 0.08 |
注：1)为内燃机改进后的数据。
2)为1996－2000年美国柴油客车标准。
我国西安交通大学能源与动力工程学院汽车工程系在美国福特汽车公司和国家自然科学基金委员会的资助下，进行大量研究工作，采用DME代替柴油，实现了柴油机超低排放，与柴
油机相比，燃用DME后，发动机完全消除了碳烟排放，氮氧化物排放降低50％～70%，未燃碳氢排放降低30%，CO排放降低20%，排放指标不仅满足欧洲Ⅱ和Ⅲ标准，而且接近欧洲将于2005年实施排放标准和美国加州超低排放标准。据报道，我国宁夏地区拟建设830 kt/a的煤基二甲醚装置，据悉已通过中国国际咨询公司组织的评估。该项目计划投资47.8亿元，引进外资，与加拿大麦耐特联合公司签定了合作协议书，技术采用美国空气动力公司的技术。该项目的主要优势是原料煤，因为宁夏的灵武矿区有27 000 Mt以上的特低灰、特低硫、特低磷、低熔点、气化性能好的煤资源。
DME也可以用于联合循环发电装置的燃料。发电系统一般采用合成气做燃料。在发电低负荷的时候，可以将合成气转化为DME产品，这样就可以方便地贮存以便高负荷时再用或外销出去。其效果类似于联合循环发电用甲醇做燃料。据资料报道，英国BP公司与印度石油公司、天然气局印度公司决定在中东地区合资建设世界第一套大型燃料型DME工厂，产品用做电厂燃料，规模为1 800 kt/a，总投资约5亿美元。
3 DME的生产技术进展
二甲醚的工业生产技术主要有甲醇脱水工艺和合成气直接合成工艺。
甲醇脱水工艺在20世纪80年代实现工业化，按反应相的不同又可分为液相甲醇法和气相甲醇法。液相甲醇法最初采用硫酸作催化剂，该工艺具有反应温度低（小于100 ℃）、转化率高（90%）、选择性好的优点，但同时具有设备腐蚀严重、污水污染大、操作条件恶劣等缺点。目前国外已废除该工艺。气相法利用结晶硅酸铝等做催化剂进行甲醇气相脱水制得二甲醚，该法最早由Mobil公司和Esso公司开发成功，我国的西南化工研究院和上海石化院也均开发了自己的技术。该法反应温度要比液相法高（在200 ℃以上），甲醇单程转化率（约80%左右）也低于液相法，但生产成本相当。目前世界上绝大多数装置采用的技术即为气相脱水法。
合成气直接合成二甲醚工艺就是将合成甲醇和甲醇脱水两个反应在一个反应器内完成。该法又分为两种，气固相法和三相床法。和甲醇脱水法相比，一步法工艺具有流程短、投资省、能耗低等优点，而且可获得较高的单程转化率。据报道一步法合成二甲醚工艺，二甲醚的成本比甲醇脱水法低25%左右。国外开发此技术的公司主要有美国的空气产品和化学公司、丹麦的托普索（Topsфe）公司等，且已经有一步法合成二甲醚工业装置建成的报道。国内研究也方兴未艾，清华大学、浙江大学、西南化工研究院、兰化研究院等单位均致力于该工艺的研究。由兰化研究院、兰化化肥厂与兰州化物所共同开发的一步法制二甲醚小试已
通过原中石化总公司组织的技术鉴定，目前在做工业放大工作。据报道西南化工研究院也开发成功该技术并建设了多套工业装置，规模已达到万吨级。由浙江大学开发的合成气一步法生产DME技术已在湖北田力公司建成1 500 t/a的工业化装置。合成气一步法工艺是未来的发展方向。
4 二甲醚替代柴油的经济性分析
4.1 国外二甲醚的生产成本情况
根据国外相关资料报道，按1998年美国情况，在美国海湾地区建设1套2 370 kt/a的大型DME装置的投资估算情况如表2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情况也列入表2，以作比较）。
表2 美国及中东DME生产技术装置的投资估算比较
项目 | 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/百万美元 | 1 131.3 | 937.8 | 1 224.5 | 1 013.0 |
总装置投资 | 844.3 | 698.1 | 928.7 | 767.9 |
界区内投资 | 645.1 | 537.0 | 709.7 | 590.7 |
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.t-1 | 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 |
表2中采用甲醇脱水技术的装置包含相匹配的甲醇装置，甲醇技术采用鲁奇公司低压天然气合成技术。合成气一步法装置则以天然气为起始原料。对于甲醇脱水技术，如不考虑建设配套的甲醇装置而外购原料，则在美国海湾地区建设同样规模的装置需投资约7 870万美元。当甲醇价格为168美元/t时，产品成本为267美元/t，比配套建设甲醇装置的产品成本高50美元（267－217＝50）。
汽车烧甲醇 由表2中数据可以看出，天然气价格对产品成本影响非常大。在天然气价格便宜的中东地区（约0.14元/m3），采用相同的甲醇脱水工艺建同规模的装置，产品成本较天然气价格较高的美国海湾地区（约0.74元/m3）低110美元/t，采用合成气一步法工艺，产品成本降低约112美元/t，降幅均在50%左右。
4.2 替代柴油的经济性分析
以表2中装置产品成本为分析对象，在美国海湾地区，1998年燃料柴油的价格为132美元/t，1.8 L的DME和1 L的柴油发热量相同，因此，DME的价格低于93.4美元/t时和柴油才有竞争力，换言之，按美国甲醇脱水制二甲醚装置的成本217美元/t考虑，当柴油价格高于304美元/t时，DME则在经济上可行。很显然在目前技术水平下，无论美国还是中东地区，DME的最低成本为96美元/t，因此DME还不具备和柴油竞争的优势。
在天然气价格高的地区，原料费用在成本中占的比例很大，产品成本对原料价格的敏感度很高，未来产品成本的降低寄希望于天然气价格的降低。而在天然气资源丰富的地区，因原料费用很低，折旧费用相对较大，DME装置的规模优势对产品的成本影响会很明显。
对比我国的情况，我国天然气资源量相对较少，价格相对较高。无疑天然气价格将是影响DME成本的重要因素。由于我国无同类型的装置，暂以美国地区的甲醇脱水工艺装置投资及公用工程消耗为参考，在我国建设2 370 kt/a的DME工厂，每吨DME耗天然气1 280 m3，如天然气价格按我国供应化肥企业的天然气井口价0.480元/m3加净化费0.040元/m3，为0.520元/m3考虑，DME的产品成本约为1 527元/t（含税，下同，可视为DME的最低保本价），1 t柴油和1.41 t DME发热量相同。由于未来DME做燃料是否征收消费税以及税率多少还是未知
数，故暂按不征收考虑。当柴油价格为2 153元/t时（含各种税），两者经济性相同，当柴油价格高于2 153元/t时，DME具有竞争优势。2000年中国石化集团公司0#柴油年平均出厂价格为2 613元/t，高于2 153元/t，可见，按全年水平DME具有一定的竞争优势，当然，以上结果的基础立足于天然气的低价格0.52元/m3。对不同天然气价格时DME生产成本和具有相同经济性的柴油价格进行研究，结果见表3。可以看出，如要和2000年我国0#柴油的价格相比具有竞争性，则天然气的价格不能高于0.78元/m3。
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