二甲醚在城鎮(zhèn)燃氣領域的應用前景

    摘要：從能源安全和多元化、生產工藝、城鎮(zhèn)燃氣發(fā)展、市場分析等方面出發(fā)，討論了二甲醚在城鎮(zhèn)燃氣領域應用的可行性與應用前景。

1發(fā)展二甲醚是能源安全和多元化的需要

    目前，煤炭、石油和天然氣是世界上最主要的一次能源。石油消費已經位居一次能源之首，石油的生產與供應已成為世界經濟發(fā)展的重要依賴。世界上一次能源的消費結構與一次能源的資源結構并不協(xié)調，石油的儲采比為41，煤炭的儲采比為230，儲采比****的煤炭僅占一次能源消費量的1／4，這種能源消費結構和資源結構的不協(xié)調性，將能源問題推到了戰(zhàn)略性的位置。

    我國是一個能源消費大國，一次能源的總消費量僅次于美國，居世界第二位。世界上一次能源消費結構的發(fā)展趨勢對我國也有一定的影響。近年來，我國原油、石油產品和天然氣的進口量逐漸增加，不僅消耗大量外匯，而且也影響到我國的能源安全。

    我國是一個煤炭資源豐富的國家，煤炭的生產總量和消費總量均居********位，在國內一次能源消費中占70％。由于煤是固體燃料，利用過程比流體燃料復雜，煤燃燒產生的污染物排放量大，煤直接燃燒不僅浪費能源，而且嚴重污染環(huán)境。因此，以煤為原料制取潔凈的氣體和液體燃料，是提高能源品質、減少環(huán)境污染的主要技術路線，也是減少油氣進口、加強能源安全的重要措施。

    以煤為原料制取潔凈的氣體和液體燃料，世界上許多工藝已經工業(yè)化，我國在這方面也開展了許多基礎研究與應用研究，積累了豐富的理論基礎與實踐經驗。就煤炭氣化而言，我國在化肥、動力和城市燃氣行業(yè)應用很廣，是世界上在用氣化爐型最多的國家，新一代爐型也在陸續(xù)推廣。在煤的液化方面，20世紀60年代建成的人造石油廠還在運行，但成本比天然石油高。我國的煤液化技術一直在不斷研究，進行了大量的技術儲備。隨著國際上原油價格的不斷上漲，煤液化的重要性將逐步體現(xiàn)出來。煤液化的工藝路線有多種，選用何種工藝路線，主要取決于目標產品的需求和經濟性。

    近年來，隨著西氣東輸工程的實施，我國城市天然氣有了快速的發(fā)展，由于天然氣的優(yōu)越性，許多城市已經或正在由原有的人工煤氣轉換為天然氣。我國天然氣的儲量并不太多，而且儲存設施有限，天然氣供應的可靠性還不太高。從近年來冬季用氣高峰時出現(xiàn)的“天然氣荒”就應該得到警覺。目前我國城鎮(zhèn)燃氣供應最廣泛的液化石油氣，其儲存方便，設

施簡單，既可瓶裝供應，又可管道供應，受到各地的歡迎，因此許多中小城鎮(zhèn)乃至農村都有它的市場。但隨著國際上原油價格的上漲，液化石油氣的價格也在不斷上漲。許多鄉(xiāng)鎮(zhèn)用戶由于經濟上承受不了，紛紛棄之不用，改燒薪柴，會造成森林面積的減少，不利于生態(tài)的平衡。

    從天然氣和液化石油氣的保障供應和價格控制考慮，都需要有新的能源來補充和調節(jié)。正在受到人們關注的二甲醚對充當該角色有一定的可能性。二甲醚是一種易液化儲存與輸送的可燃氣體，在常溫常壓下為氣態(tài)，在常溫、0．6 MPa壓力下為液態(tài)。二甲醚的主要物理化學性質與甲烷、液化石油氣有許多相似之處。

    二甲醚主要由煤或天然氣直接生產或由甲醇脫水間接生產。二甲醚是城鎮(zhèn)燃氣用煤液化的重要目標產品，它的推廣使用對于能源安全和滿足能源多元化需要具有實際意義。

 

2二甲醚在城鎮(zhèn)燃氣領域的應用

    ①替代液化石油氣作為民用燃料

    如果二甲醚單獨用作城鎮(zhèn)燃氣，有關燃具要重新設計。如果二甲醚在現(xiàn)有液化石油氣灶具上使用，由于二甲醚華白數為50．9 MJ／m3，比液化石油氣華白數低，以20Y液化石油氣為例，當二甲醚摻混的質量分數為20％時，混合氣的華白數基本符合GB／T 13611的要求，燃燒性能基本滿足灶具的要求。因此，二甲醚在現(xiàn)有液化石油氣灶具上使用，二甲醚摻混的質量分數應低于20％，否則不能保證正常使用。

    20世紀70年代，國外有人提出將二甲醚用作城市燃氣。國內也進行了用二甲醚供居民使用的試驗，近年來二甲醚供民用已發(fā)展到年產10×10。t／a以上的規(guī)模。試驗表明，二甲醚作為民用燃料有許多優(yōu)點，甚至比使用液化石油氣更加方便。二甲醚能否在城市燃氣領域大量推廣，主要取決于二甲醚的制造成本和價格。

    一方面，要降低二甲醚的生產成本。為了降到與液化石油氣相競爭的某一價格，在一定的技術條件下，有一個二甲醚生產經濟規(guī)模的問題。由于原煤價格的上升幅度比原油價格的上升幅度小，二甲醚生產的經濟規(guī)模必然會縮小，建廠的條件就放寬。二甲醚的價格有可能低于液化石油氣的價格，在局部地區(qū)替代液化石油氣作為民用燃料的可能性就很大。另一方面，城鎮(zhèn)燃氣用二甲醚有一個合理定價的問題。定價的基準應該是單位熱量的價格要相等。根據兩者的熱值可以知道，當液化石油氣供應價格為5 000元/t時，二甲醚的供應價格低于3300元/t時，即可與液化石油氣相競爭。

    ②作為天然氣的摻混或應急氣源

    以12T天然氣為例，其華白數為53．5 MJ／m’，若將城鎮(zhèn)燃氣用二甲醚以任意比例與其混合，則混合氣的華白數為50．9～53．5 MJ／m’，符合GB／T 1361l的要求，燃燒性能基本滿足灶具的要求。

    城鎮(zhèn)燃氣用二甲醚中二甲醚的質量分數為99％以上，其性質比較穩(wěn)定，常溫下的蒸氣壓約0．6 MPa，作為管道燃氣供應不會出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。二甲醚的蒸氣壓比丙烷的蒸氣壓低，便于液化儲存，是天然氣很好的應急調峰氣源。二甲醚的燃燒特性還要進一步研究，以便掌握與天然氣混合的合適比例。

    無論將二甲醚作為單獨的管道燃氣氣源或作為天然氣的應急調峰氣源，都要考慮其經濟性的問題。從熱量上看，1 m’二甲醚相當于1．8 m。天然氣(低熱值為36 MJ／m3)，如果天然氣價格為2．5形m’，二甲醚價格應低于4．5形m。(相當于2 200形t)，方可替代天然氣。作為應急的氣源，主要考慮供氣的安全可靠，以社會效益為主，其價格是次要因

素。

    應該注意，二甲醚對有機物有較強的溶解性能，二甲醚作為城鎮(zhèn)燃氣應用時，設備中有關的材質必須能夠耐這種溶解性能。

3影響二甲醚推廣的市場因素分析

    ①生產成本    ’

    甲醇的生產技術還在不斷研究與發(fā)展，但總體上生產工藝已經基本成熟。其生產成本一方面取決于生產裝置的規(guī)模，另一方面取決于原料的價格。生產裝置規(guī)模主要在規(guī)劃階段考慮，一旦確定就是一個不變的因素，而原料的價格經常變化。二甲醚生產工藝之一是由甲醇脫水制造，因此甲醇的市場價格對于二甲醚的生產有重要的影響。由于甲醇的生產能力不斷增加，市場出現(xiàn)了供大于求的局面，促使甲醇價格下滑。這對于降低甲醇脫水制造二甲醚

的生產成本是一個有利的因素。

  ②LPG市場價格

    液化石油氣的市場價格隨原油價格的走勢而變化。隨著國際原油市場價格大幅攀升，國內液化石油氣的價格也大幅度上揚，已經超過5 000形t。從需求來看，由于環(huán)保意識加強，國內大力推行車用高清潔液化石油氣，推動了車用液化石油氣用量逐步增加，導致液化石油氣的供應明顯偏緊，液化石油氣大量進口。這為二甲醚替代液化石油氣提供了很好的機會。

  ③城市燃氣市場發(fā)展情況

    我國近年來的城市燃氣發(fā)展的歷史數據見表l�？偟膩碇v，我國目前城市燃氣中人工煤氣發(fā)展不快，5年內用氣總量與用氣人口均增加不多；天然氣發(fā)展最快，5年內用氣總量與用氣人口均增加愈1倍；液化石油氣用氣總量增加不多，但用氣人口增加近60％，主要原因是天然氣在城市發(fā)展快，液化石油氣的市場轉向小城鎮(zhèn)，用氣量指標有所下降。

    據表l，2004年人工煤氣用氣總量為214×108m3／a，天然氣用氣總量為169×10。m3／a，液化石油氣用氣總量為1 127×10。t／a。預計到“十一五”末，人工煤氣會略有減少，天然氣(包括工業(yè)用氣)達到600×10“m’／a，液化石油氣(其中50％靠進口)約1 200×10。t／a。

    根據目前發(fā)展趨勢，十_-五期間二甲醚產量將快速增加，市場能消納多少二甲醚，這是要考慮的問題。如果按2010年生產1 000×104 t二甲醚計算，相當于670×10。t液化石油氣。如果進入城鎮(zhèn)燃氣領域，按2004年的人均耗氣量，相當于增加1×108人的用氣量，這將是一個難題。為此，應該從三方面開展工作。一是開發(fā)其他市場，如車用燃料市場；二

是發(fā)展城鎮(zhèn)燃氣用二甲醚市場，每年城市化的人口約1％，則每年增加1 300×10。城鎮(zhèn)人口，這些人口多住在城市燃氣管網達不到的地方，需要以二甲醚為燃料；三是替代進口液化石油氣的市場，只要二甲醚的價格有優(yōu)勢，就有可能替代。

    表1  我國近年來的城市燃氣發(fā)展的歷史數據

    Tab．1 History data for town gas development in recent years in China

 

4二甲醚用于城鎮(zhèn)燃氣的整體研究規(guī)劃

    二甲醚作為城鎮(zhèn)燃氣存在許多具體的技術需要研究，如作為民用燃氣特性的研究、適合其性能的儲存輸送參數的研究、儲存輸送設備及燃燒器具的研究、有關標準、工程設計規(guī)范及技術措施的編制等課題亟待開展。我國近年來天然氣發(fā)展速度很快，由于氣源分布不均，儲氣能力小，全國天然氣管網尚未成環(huán)，天然氣的季節(jié)調峰能力很差，迫切需要尋找能

代替天然氣的季節(jié)調峰氣源，也需要研究用二甲醚進行調峰的可行性。二甲醚與液化石油氣性質相差不大，但是二甲醚有其特殊性，需要進行二甲醚用于城鎮(zhèn)燃氣的整體研究規(guī)劃。

  具體研究內容如下：

    二甲醚作為民用燃料的產品標準(二甲醚城鎮(zhèn)燃氣標準、城市燃氣分類標準相關條文)與規(guī)范(城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范相關條文)的制訂；

    二甲醚儲存與輸送的有關工藝路線與參數的確定；

    二甲醚儲配站的標準圖的設計；

    二甲醚儲存與輸送的有關設備(槽車、儲罐、泵與壓縮機、調壓器)參數的確定以及標準圖的設計；

    二甲醚作為民用燃料的設備(灶具、熱水器、調壓器等)的開發(fā)；    ’

    二甲醚用作天然氣調峰氣源的可行性以及工藝流程研究；

    二甲醚供民用的價格與經濟性分析。

    上述研究對于二甲醚的推廣使用將起到推動作用，對于提高燃氣管網的功能和運行的安全性和抗風險能力、降低城市燃氣的建設成本、實現(xiàn)規(guī)模經濟、降低燃氣供應價格、推廣清潔能源等方面有重要的意義，將會在取得良好經濟效益、社會效益的同時得到環(huán)境效益，能推動二甲醚城鎮(zhèn)燃氣事業(yè)的發(fā)展，提高我國城鎮(zhèn)燃氣的整體技術水平和保障供氣的能力。

5結語

    ①二甲醚是一種優(yōu)質的二次能源，在一定范圍內可以替代或補充石油與天然氣，對于能源安全和抑制油氣價格有一定作用。

    ②以煤為原料制取二甲醚技術已比較成熟，我國在合成二甲醚工藝、催化劑制備及二甲醚應用領域均已進行了大量工作，已具備大規(guī)摸生產的基礎。

    ③二甲醚為易液化儲存和輸送的優(yōu)質氣體燃料，作為民用燃料和車用燃料，有利于環(huán)境的改善。其壓力較低，并且穩(wěn)定，輸送儲存更加安全。

    ④二甲醚作為民用燃料，需要進行合理定價。從熱量上看，1 kg二甲醚相當于0．67蠅液化石油氣，1 m’氣態(tài)二甲醚相當于1．8 m。天然氣。在目前液化石油氣的價格不斷上漲的情況下，年產10×10。t級煤基二甲醚的成本基本上可以與液化石油氣相競爭。二甲醚的單位熱量價格目前比天然氣高一些，作為應急氣源，經濟上還是可行的。

    ⑤二甲醚用作城鎮(zhèn)燃氣還剛剛開始，還有許多工程技術問題有待解決，還需要在標準、規(guī)范、儲配設施及應用技術等方面進行研究開發(fā)。