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二甲醚在城镇燃气领域的应用前景

更新时间:2009/7/15  来源:中国燃气设备网  [收藏此信息]

1发展二甲醚是能源安全和多元化的需要
目前,煤炭、石油和天然气是世界上最主要的一次能源。石油消费已经位居一次能源之首,石油的生产与供应已成为世界经济发展的重要依赖。世界上一次能源的消费结构与一次能源的资源结构并不协调,石油的储采比为41,煤炭的储采比为230,储采比****的煤炭仅占一次能源消费量的1/4,这种能源消费结构和资源结构的不协调性,将能源问题推到了战略性的位置。
我国是一个能源消费大国,一次能源的总消费量仅次于美国,居世界第二位。世界上一次能源消费结构的发展趋势对我国也有一定的影响。近年来,我国原油、石油产品和天然气的进口量逐渐增加,不仅消耗大量外汇,而且也影响到我国的能源安全。
我国是一个煤炭资源丰富的国家,煤炭的生产总量和消费总量均居********位,在国内一次能源消费中占70%。由于煤是固体燃料,利用过程比流体燃料复杂,煤燃烧产生的污染物排放量大,煤直接燃烧不仅浪费能源,而且严重污染环境。因此,以煤为原料制取洁净的气体和液体燃料,是提高能源品质、减少环境污染的主要技术路线,也是减少油气进口、加强能源安全的重要措施。
以煤为原料制取洁净的气体和液体燃料,世界上许多工艺已经工业化,我国在这方面也开展了许多基础研究与应用研究,积累了丰富的理论基础与实践经验。就煤炭气化而言,我国在化肥、动力和城市燃气行业应用很广,是世界上在用气化炉型最多的国家,新一代炉型也在陆续推广。在煤的液化方面,20世纪60年代建成的人造石油厂还在运行,但成本比天然石油高。我国的煤液化技术一直在不断研究,进行了大量的技术储备。随着国际上原油价一格的不断上涨,煤液化的重要性将逐步体现出来。煤液化的工艺路线有多种,选用何种工艺路线,主要取决于目标产品的需求和经济性。
近年来,随着西气东输工程的实施,我国城市天然气有了快速的发展,由于天然气的优越性,许多城市已经或正在由原有的人工煤气转换为天然气。我国天然气的储量并不太多,而且储存设施有限,天然气供应的可靠性还不太高。从近年来冬季用气高峰时出现的“天然气荒”就应该得到警觉。目前我国城镇燃气供应最广泛的液化石油气,其储存方便,设施简单,既可瓶装供应,又可管道供应,受到各地的欢迎,因此许多中小城镇乃至农村都有它的市场。但随着国际上原油价格的上涨,液化石油气的价格也在不断上涨。许多乡镇用户由于经济上承受不了,纷纷弃之不用,改烧薪柴,会造成森林面积的减少,不利于生态的平衡。
从天然气和液化石油气的保障供应和价格控制考虑,都需要有新的能源来补充和调节。正在受到人们关注的二甲醚对充当该角色有一定的可能性”引。二甲醚是一种易液化储存与输送的可燃气体,在常温常压下为气态,在常温、0.6 MPa压力下为液态。二甲醚的主要物理化学性质与甲烷、液化石油气有许多相似之处。
二甲醚主要由煤或天然气直接生产或由甲醇脱水间接生产。二甲醚是城镇燃气用煤液化的重要目标产品,它的推广使用对于能源安全和满足能源多元化需要具有实际意义。
2二甲醚在城镇燃气领域的应用
①     替代液化石油气作为民用燃料
如果二甲醚单独用作城镇燃气,有关燃具要重新设计。如果二甲醚在现有液化石油气灶具上使用,由于二甲醚华白数为50.9 MJ/m3,比液化石油气华白数低,以20Y液化石油气为例,当二甲醚掺混的质量分数为20%时,混合气的华白数基本符合GB/T 13611的要求,燃烧性能基本满足灶具的要求。因此,二甲醚在现有液化石油气灶具上使用,二甲醚掺混的质量分数应低于20%,否则不能保证正常使用。
20世纪70年代,国外有人提出将二甲醚用作城市燃气。国内也进行了用二甲醚供居民使用的试验,近年来二甲醚供民用已发展到年产10×10。t/a以上的规模。试验表明,二甲醚作为民用燃料有许多优点,甚至比使用液化石油气更加方便。二甲醚能否在城市燃气领域大量推广,主要取决于二甲醚的制造成本和价格。
一方面,要降低二甲醚的生产成本。为了降到与液化石油气相竞争的某一价格,在一定的技术条件下,有一个二甲醚生产经济规模的问题。由于原煤价格的上升幅度比原油价格的上升幅度小,二甲醚生产的经济规模必然会缩小,建厂的条件就放宽。二甲醚的价格有可能低于液化石油气的价格,在局部地区替代液化石油气作为民用燃料的可能性就很大。另一方面,城镇燃气用二甲醚有一个合理定价的问题。定价的基准应该是单位热量的价格要相等。根据两者的热值可以知道,当液化石油气供应价格为5 000形t时,二甲醚的供应价格低于3 300形t时,即可与液化石油气相竞争。
②     作为天然气的掺混或应急气源
以12T天然气为例,其华白数为53.5 MJ/m。,若将城镇燃气用二甲醚以任意比例与其混合,则混合气的华白数为50.9~53.5 MJ/m’,符合GB/T13611的要求,燃烧性能基本满足灶具的要求。
城镇燃气用二甲醚中二甲醚的质量分数为99%以上,其性质比较稳定,常温下的蒸气压约0.6MPa,作为管道燃气供应不会出现冷凝现象。二甲醚的蒸气压比丙烷的蒸气压低,便于液化储存,是天然气很好的应急调峰气源。二甲醚的燃烧特性还要进一步研究,以便掌握与天然气混合的合适比例。
无论将二甲醚作为单独的管道燃气气源或作为天然气的应急调峰气源,都要考虑其经济性的问题。从热量上看,1 m。二甲醚相当于1.8 m。天然气(低热值为36 MJ/m3),如果天然气价格为2.5元/m’,二甲醚价格应低于4.5形m。(相当于2 200形t),方可替代天然气。作为应急的气源,主要考虑供气的安全可靠,以社会效益为主,其价格是次要因素。
应该注意,二甲醚对有机物有较强的溶解性能,二甲醚作为城镇燃气应用时,设备中有关的材质必须能够耐这种溶解性能。
3影响二甲醚推广的市场因素分析
1  生产成本
甲醇的生产技术还在不断研究与发展,但总体上生产工艺已经基本成熟.基生产成本一方面取决于生产装置的规模,另一方面取决于原料的价格.生产装置规模主要在规划阶段考虑,一旦确定就是一个不变的因素,而原料的价格经常变化。二甲醚生产工艺之一是由甲醇脱水制造,因此甲醇的市场价格对于二甲醚的生产有重要的影响。由于甲醇的生产能力不断增加,市场出现了供大于求的局面,促使甲醇价格下滑。这对于降低甲醇脱水制造二甲醚的生产成本是一个有利的因素。
  ②  LPG市场价格
  液化石油气的市场价格随原油价格的走势而变化。随着国际原油市场价格大幅攀升,国内液化石油气的价格也大幅度上扬,已经超过5 000形t。从需求来看,由于环保意识加强,国内大力推行车用高清洁液化石油气,推动了车用液化石油气用量逐步增加,导致液化石油气的供应明显偏紧,液化石油气大量进口。这为二甲醚替代液化石油气提供了很好的机会。
③  城市燃气市场发展情况
  我国近年来的城市燃气发展的历史数据见表1。总的来讲,我国目前城市燃气中人工煤气发展不快,5年内用气总量与用气人口均增加不多;天然气发展最快,5年内用气总量与用气人口均增加逾1倍;液化石油气用气总量增加不多,但用气人口增加近60%,主要原因是天然气在城市发展快,液化石油气的市场转向小城镇,用气量指标有所下降。  据表1,2004年人工煤气用气总量为214×10sm3/a,天然气用气总量为169×10。m3/a,液化石油气用气总量为1 127×104 t/a。预计到“十一五”末,人工煤气会略有减少,天然气(包括工业用气)达到600 x10。m3/a,液化石油气(其中50%靠进口)约1 200×10。t/a。   根据目前发展趋势,十_五期间二甲醚产量将快速增加,市场能消纳多少二甲醚,这是要考虑的问题。如果按2010年生产1 000×104 t二甲醚计算,相当于670×10。t液化石油气。如果进入城镇燃气领域,按2004年的人均耗气量,相当于增加l×10s人的用气量,这将是一个难题。为此,应该从三方面开展工作。一是开发其他市场,如车用燃料市场;二是发展城镇燃气用二甲醚市场,每年城市化的人口约1%,则每年增加1 300×10‘城镇人口,这些人口多住在城市燃气管网达不到的地方,需要以二甲醚为燃料;三是替代进口液化石油气的市场,只要二甲醚的价格有优势,就有可能替代。  
4二甲醚用于城镇燃气的整体研究规划
  二甲醚作为城镇燃气存在许多具体的技术需要研究,如作为民用燃气特性的研究、适合其性能的储存输送参数的研究、储存输送设备及燃烧器具的研究、有关标准、工程设计规范及技术措施的编制等课题亟待开展。我国近年来天然气发展速度很快,由于气源分布不均,储气能力小,全国天然气管网尚未成环,天然气的季节调峰能力很差,迫切需要寻找能代替天然气的季节调峰气源,也需要研究用二甲醚进行调峰的可行性。二甲醚与液化石油气性质相差不大,但是二甲醚有其特殊性,需要进行二甲醚用于城镇燃气的整体研究规划。
 具体研究内容如下:
燃气分类标准相关条文)与规范(城镇燃气设计规范相关条文)的制订;
  二甲醚储存与输送的有关工艺路线与参数的确
定;
    二甲醚储配站的标准图的设计;
    二甲醚储存与输送的有关设备(槽车、储罐、泵
与压缩机、调压器)参数的确定以及标准图的设计;
    二甲醚作为民用燃料的设备(灶具、热水器、调
压器等)的开发;
    二甲醚用作天然气调峰气源的可行性以及工艺
流程研究;
    二甲醚供民用的价格与经济性分析。
 
  上述研究对于二甲醚的推广使用将起到推动作用,对于提高燃气管网的功能和运行的安全性和抗风险能力、降低城市燃气的建设成本、实现规模经济、降低燃气供应价格、推广清洁能源等方面有重要的意义,将会在取得良好经济效益、社会效益的同时得到环境效益,能推动二甲醚城镇燃气事业的发展,提高我国城镇燃气的整体技术水平和保障供气的能力。
5结语
1  二甲醚是一种优质的二次能源,在一围内可以替代或补充石油与天然气,对于能源安全和抑制油气价格有一定作用。  
2  以煤为原料制取二甲醚技术已比较成熟,我国在合成二甲醚工艺、催化剂制备及二甲醚应用领域均已进行了大量工作,已具备大规摸生产的基础。
3  二甲醚为易液化储存和输送的优质气体燃料,作为民用燃料和车用燃料,有利于环境的改善。其压力较低,并且稳定,输送储存更加安全。
④  二甲醚作为民用燃料,需要进行合理定价。从热量上看,1 kg二甲醚相当于0·67 kg液化石油气.1 ms气态二甲醚相当于1.8 m。天然气。在目前液化石油气的价格不断上涨的情况下,年产10×104 t级煤基二甲醚的成本基本上可以与液化石油气相竞争。二甲醚的单位热量价格目前比天然气高一些,作为应急气源,经济上还是可行的。

 ⑤  二甲醚用作城镇燃气还刚刚开始,还有许多工程技术问题有待解决,还需要在标准、规范、储配设施及应用技术等方面进行研究开发。

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