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本文简要介绍二甲醚的性质、用途和生产方法，较详细地叙述西南化工研究设计院和四川天一科技股份有限公司的二甲醚生产技术的特点及推广情况，阐明甲醇制二甲醚装置的特点、市场特性和技术关键，以及二甲醚燃料使用注意事项，试图为拟建设二甲醚生产装置的企业提供投资决策参考。

关键词：二甲醚  燃料  替代能源  甲醇法  装置规模  主要消耗  密封材料

 

我国是世界上第二大能源消费国，社会经济处于快速发展阶段，能源需求持续增长。“缺油、少气、富煤”是我国的基本国情。我国石油需要大量进口，而国际油价又居高不下。能源问题可能严重制约我国社会经济的发展，能源安全将受到严重威胁。寻找替代能源、发展替代能源是目前的当务之急。《 国家发展改革委二甲醚产业发展座谈会会议纪要》（2006.07.04）指出：“发展二甲醚等煤基醇醚燃料有利于迅速缓解石油供应短缺矛盾，是近期替代工作的重点。国家对二甲醚等能源替代产业的发展十分重视。”说明了国家对二甲醚燃料及产业的认同，也确定了二甲醚的主要用途就是充当替代能源。

 

二甲醚的主要用途有：

1）     气雾剂的推进剂：广泛用于化妆品、定型发胶、空气清新剂、清洗剂等日用品；也可做杀虫剂和农药的气雾剂的推进剂、油漆喷涂剂等。

2）     化工原料：生产硫酸二甲酯，烯烃。以甲醇为原料生产烯烃，不管是MTO（甲醇制烯烃）还是MTP （甲醇制丙烯），实际上都是以二甲醚为中间产品的。

3）     制冷剂：制冷性能较差，能效比低于氨和氟利昂等常规制冷剂，难以推广应用。

4）     燃料：全面替代液化石油气（LPG），逐渐替代柴油。

二甲醚是一种含氧化合物，无毒无害，溶于水、在大气对流层中可降解，是环境友好介质。二甲醚最早是由于其优越的环保特性而引起人们的关注的。作为氟里昂的替代物，其主要用途是用作气雾剂的推进剂，以及制冷剂。这就使得二甲醚生产成为一个独特的产业。

二甲醚可做燃料，具有与液化石油气相类似的性质，而且燃烧完全、热效率高、无黑烟。近年来，由于石油制品的连年涨价，作为洁净环保燃料的二甲醚引起了社会各界的重视。

1990年前后，国内外有关机构提出二甲醚作燃料的构想。西南化工研究设计院此时就着手甲醇制二甲醚的研究与工业化开发工作。1994年，由西南化工研究设计院提供技术并进行工程设计的燃料级和气雾剂级的甲醇制二甲醚生产装置相继建成投产。在此后的5年间，先后有7套燃料级和3套气雾剂在全国各地建成投产。

随着高油价时期的来临，二甲醚作为燃料的经济性已经显现。进入21世纪以后，世界各国特别是中国和日本，酝酿将二甲醚作为大批量的新能源、新型清洁燃料。日本主要是看重二甲醚的洁净性和卓越的环保特性，因为日本人口密集，环境容量极其有限，用二甲醚作发电燃料和车用燃料，可改善环境。而在中国，由于石油储量少、产量低、自产石油供应严重不足，因此除了看重其洁净性和卓越的环保特性外，更看重的是二甲醚作为石油基燃料的补充。

二甲醚以与液化石油气按一定比例混合做燃料（掺烧）和单独做燃料的形式，替代液化石油气做燃料，已经被广大消费者接受。国家发展改革委、建设部、农业部分别颁布了二甲醚燃料的相关标准，有关国家标准也有望在今年出台。从目前二甲醚生产企业产销两旺的情况看，二甲醚全面替代液化石油气做燃料的趋势已经形成。

柴油是目前消耗量最大的液体燃料。由于柴油压缩比大，适用于热效率高的压燃式发动机，而汽油只能使用热效率低的点燃式发动机。因此，世界各国都有提高柴油的使用量，降低汽油的使用量，即提高柴/汽比的趋势，我国的柴/汽比也从2003年的1.9:1提高到2007年的2.3:1。二甲醚作为动力用燃料，又有与柴油相似的特性，适用于压燃式的发动机，热效率高。国内外多家研究机构也正在进行以二甲醚为燃料的汽车发动机研究乃至行车试验。与柴油相比较，动力好、热效率高、尾气洁净、噪声低振动小。相信在不久的将来，二甲醚将逐渐替代柴油，届时二甲醚的市场前景将更加广阔。

 

目前国内外二甲醚生产方法主要有两种：合成气一步法和甲醇法，甲醇法又分为甲醇气相法和甲醇液相法。

合成气一步法有多家研究机构进行了研究开发，国内有清华大学、浙江大学、西南化工研究设计院，国外有丹麦Topsφe（气相法）、美国APCI（浆态床）和日本JFE公司（浆态床）等，但都只是作了中试，未见工业化生产的报道。合成气一步法工业化技术尚未完全成熟，按现有技术水平，生产成本比甲醇法高，在此不再赘述。目前已投产的和拟建在建的二甲醚生产装置都是甲醇法，其中又以甲醇气相法为主。

甲醇液相法由硫酸法发展而来，而硫酸法二甲醚生产工艺是硫酸法生产硫酸二甲酯生产流程中的前半段生产工艺。原生产硫酸二甲酯的企业都拥有液相法技术。

液相法的优点在于反应温度低（120~170℃），甲醇在反应器中的单程转化率比气相法高，达95%以上。这样循环的甲醇量少，理论上可减少一定的蒸汽消耗。

但是，反应温度低造成了脱水反应的反应速度慢，反应器的容积大，单台反应器的生产能力低，大型化需多台反应器并联，明显增加了装置投资。其次，为了保证较低反应温度，反应只能在常压下进行，反应产物在降温后气相中的二甲醚要从常压压缩到0.9MPa以上，不仅增加了压缩系统的投资，还使电力消耗大幅提高，每吨产品的电力消耗在100KWH以上。因此投资高、能耗高的是液相法的特点。

近期报道的离子型液体催化反应法、反应精馏液相法等都属于甲醇液相法。这些方法虽然有多方面改进，但在技术上并没有本质性突破。

甲醇气相催化脱水法是目前国内外使用最多的二甲醚工业生产方法。国内外拥有该项技术公司或单位有多家，生产工艺和方法大同小异。

西南化工研究设计院是我国最早研究开发二甲醚生产技术的研究单位之一。近年来，该单位加大了甲醇气相催化脱水法的研究开发力度，开发出完善、先进的独特生产工艺技术，处于世界先进水平。该生产工艺有以下特点：

1）以粗甲醇为原料，大幅度降低生产成本。以粗甲醇为原料生产二甲醚的技术已经在数套100kt/a装置上得到验证。

2） 反应器采用多段冷激式固定床，催化剂装填容量大，投资低，反应温度适当，副反应少，易于大型化。既避免了绝热式固定床反应器温升太高造成副反应增加、甲醇单程转化率偏低的弱点，又克服了换热式固定床和等温管式固定床反应器尺寸大投资高、催化剂装填容量小的缺点（专利保护关键技术）。

3）采用独特的汽化提馏塔结构和分离工艺，不设置用于回收未反应甲醇的甲醇提浓塔。既简化流程、减少投资，又有效地减少蒸汽消耗。每吨产品二甲醚的蒸汽消耗比国内外同类技术低0.5吨以上。同时也避免了甲醇提浓塔（常压操作）操作过程中的甲醇损耗，有效地保证了甲醇的低消耗（专利保护关键技术）。

4） 采用自行研究开发的专用催化剂，规模生产，活性好、热稳定性好;多套工业装置验证,脱水反应选择性在99.5%以上,从而使甲醇单耗降到最低。

5）该技术的先进性和实用性已在2005年以来投产的32套装置上得到验证。随着技术推广数量的不断增加和规模的扩大，该技术得到不断的创新和完善，节能措施更多、节能效果也越来越好。

总之，西南化工研究设计院和四川天一科技股份有限公司的甲醇制二甲醚技术能耗低、甲醇消耗低、技术先进可靠，关键技术专利保护，工业化业绩好，经验丰富，有强大的市场竞争力。

西南化工研究设计院和四川天一科技股份有限公司

甲醇制二甲醚技术推广业绩表（2004-2007年）

 

注：*——以粗甲醇和精甲醇为原料的装置。

     目前世界上二甲醚装置已开车的最大规模为200kt/a。二甲醚绝大部份产能集中在中国大陆地区，因此可以说中国的二甲醚产能、技术和大型化探索均已走在世界的前沿。

二甲醚装置设备主要分为贮罐、塔器、换热器和反应器四类。贮罐、塔器、换热器等设备无放大效应。例如，单系列1000kt/a的二甲醚装置的塔器为浮阀塔，最大直径5m；换热器为管壳式，最大面积3000m²；故设计、加工、运输难度都不大，国内均可完成。装置大型化的风险主要是反应器的工程放大。反应器为多段固定床（本公司专利），从结构上看，加工的难度不大。最有可能出现的问题是由于直径的增大或分布器设计问题，导致反应器的径向气流分布不均匀。

对于反应器的气流的分布问题，我们有以下应对能力和措施：

⑴ 西南化工研究设计院和四川天一科技股份有限公司有从模拟试验—中间试验—工业化试验装置直至200kt/a工业生产装置的逐级放大的工程经验。数学模型和分布器结构已经过工业装置的验证和修正。从200kt/a放大到400kt/a、500kt/a或1000kt/a，放大倍数并不大。

⑵ 西南化工研究设计院和四川天一科技股份有限公司长期从事变压吸附吸附塔的气体分布研究，对气体分布器的大型化设计经验丰富，完全能够解决二甲醚大型化装置反应器气体分布问题。

⑶反应器与合成氨厂、甲醇厂的变换炉工况相似，且热效应小、绝热温升小、直径小，借鉴变换炉分布器结构设计，放大问题不难解决。

⑷ 反应器的径向气流分布不均匀的风险在于：造成催化剂的利用率下降，最终的结果是甲醇单程转化率略有降低、达不到设计要求，从而使甲醇循环量增加、能耗（蒸汽消耗）略有增加。而本公司生产的催化剂热稳定性好，径向气流分布不均匀不会引起催化剂的损害。

⑸本公司目前进行了400、500、1000、1500kt/a的二甲醚装置的方案设计和技术储备。设计方案已得到专家和总体设计单位的论证认可。

⑹目前，西南化工研究设计院和四川天一科技股份有限公司正在承担国家“十一五”科技支撑计划“非石油路线制备大宗化学品关键技术开发”中“甲醇制二甲醚大型化工程开发”专题任务。百万吨级甲醇制二甲醚大型化工程开发计划年内完成。

根据上述分析，我们认为采用先进的甲醇气相法技术的二甲醚装置大型化目前存在的风险很小。因此，二甲醚生产装置的规模大型化并不受技术因素的制约，而取决于市场需求。

采用西南化工研究设计院和四川天一科技股份有限公司气相法新技术的二甲醚装置有60多套，建设二甲醚装置的企业大致分布情况是：甲醇生产企业：30家，占50.0%；液化气经营企业：20家，占33.3%；其它建设单位：10家，占16.7%。

从以上二甲醚装置分布的情况分析，二甲醚作为甲醇的下游产品，因其投资低、回报率高、投资回收期短、与甲醇产品互补、开停车方便等优点，起到越来越重要的地位。液化气经营企业的二甲醚装置，因产品销售方便、减少了中间环节，其经济效益十分明显。

由于运输的原因，我们主张集中生产甲醇，分散生产二甲醚。每吨二甲醚的运输费用比1.4吨甲醇的运输费用高。二甲醚运输过程中的危险性比甲醇大得多，而且目前国内的带压槽车（无论汽槽或火槽）数量有限。因此即使考虑了运输量的差异，将二甲醚生产装置建在消费地附近仍是较好选择，这样可以避开运输上的危险和麻烦。在我国，广东地区和华东地区是LPG和二甲醚的主要消费地。

关于装置的规模，我们认为，在二甲醚替代柴油没有实质性进展以前，二甲醚装置规模在 50kt/a--400kt/a的都是比较合适的。由于装置投资低，在成本结构中固定资产的折旧和维修费用所占比例较低。10kt/a的装置的固定资产的折旧和维修费用约120元/吨DME，100kt/a的装置的固定资产的折旧和维修费用约45元/吨DME，而1000kt/a的装置的固定资产的折旧和维修费用约32元/吨DME。也就是说，如果工艺过程相同，采用的节能措施相同，100kt/a的装置与1000kt/a的装置的单位产品的固定成本只高出15元左右。可以说100kt/a的装置已经是经济规模了。规模小于50kt/a，则装置的固定资产的折旧和维修费用偏高。

业主要根据二甲醚产品的在一定地域范围内的可能销售量来确定装置生产规模，过分追求或强调装置的大规模是不明智的。

与大型的甲醇装置联产的二甲醚装置，规模可以大些，但产品应有管道输送或铁路运输配套，才能顺利将二甲醚产品送到二甲醚消费地。

 

甲醇制二甲醚装置的最大特点是投资低，因而“门槛”也低。换言之，从投资的角度看，资金筹措相对容易。但甲醇制二甲醚装置的经济效益是相当好的。比如规模为100kt/a甲醇制二甲醚装置来说，只要每吨产品能有200元的利润，则2年左右就能收回投资。而每吨产品能有200元的利润是很容易达到的。

 目前二甲醚的主要用途是替代液化石油气（LPG），因此其销售价格是与LPG密切相关的。一般销售价格比当地价格低200元/吨左右，而液化石油气的价格随石油价格涨跌，在高油价时代，价格大幅下跌的可能性很小。当然，二甲醚的销售价格与甲醇的市场价也有一定关系。

虽然近两年甲醇市场价格远远高于社会平均生产成本，非正常暴利，造成二甲醚生产成本提高，但甲醇制二甲醚产业仍然保持较好的经济效益。

鉴于二甲醚是甲醇的下游产品，又是MTO（甲醇制烯烃）和MTP （甲醇制丙烯）中间产品，我们建议：有甲醇、甲醇制烯烃、甲醇制丙烯生产装置的企业，不妨也建设一套相应规模的二甲醚装置作为备用装置，当二甲醚的效益较好的时候，转产二甲醚。

企业投资人一般总是希望选择的生产技术是先进、可靠的。其实，先进和可靠往往是矛盾的。人人可用的技术是可靠的，但绝不是最先进的。先进的技术应有排他性，否则就不能维持其先进性。专利保护的技术是可以做到既先进又可靠的。

甲醇制二甲醚装置的主要成本是甲醇和水蒸气（或燃料）两大消耗。装置能否盈利，或效益是否比竞争对手好，取决于甲醇和水蒸气的消耗指标是否足够低。因而甲醇和水蒸气的消耗是体现生产技术是否先进的最重要的指标。以规模为100kt/a甲醇制二甲醚装置为例，如果每吨二甲醚产品消耗的甲醇降低低20kg，按甲醇单价2000元/吨计，每吨二甲醚产品可降低成本40元，每年少消耗的甲醇就可降低成本400万元；如果每吨二甲醚产品消耗的水蒸气低500kg，按水蒸气单价100元/吨计，每吨二甲醚产品可降低成本50元，每年少消耗的水蒸气就可降低成本500万元。甲醇消耗取决于催化剂的选择性和分离过程的损耗；蒸汽消耗则依赖分离工艺的先进行和节能措施。

采用西南化工研究设计院和四川天一科技股份有限公司的甲醇制二甲醚技术可保证达到以下指标：

既然甲醇和水蒸气两大消耗如此之关键，对生产成本影响之大，那么业主在选择二甲醚生产技术时首先就是要考察技术相应的消耗指标。自然消耗越低，生产成本越低，消耗指标应尽可能先进。目前由诸多技术提供方提出的消耗指标五花八门，有冒进的、有保守的。那么如何判断其可靠性呢？我们认为可以从两个方面去进行研判：

1）考察其先进的消耗指标是否有充足的依据，是否有相应的技术措施作支撑。

2）考察其先进的消耗指标是否经过生产装置的实践检验。没有经过实践检验的指标显然是有风险的，不可靠的。

实际上，选择关键技术有专利保护、又经过生产实践检验的先进二甲醚生产方法，从技术上和经济上的风险都是最小的。

 

6.1二甲醚替代液化石油气的优势

1）       爆炸危险性小。二甲醚的爆炸极限下限为3.7﹪,而二甲醚替代液化石油气的爆炸极限下限为2﹪。也就是说，当发生泄漏时，如遇到高温、火花、明火，都将有发生爆炸的危险，但二甲醚允许的泄漏量要大些，因此安全些。

2）       压力低，更安全。在一定温度下，二甲醚的蒸汽压比液化石油气低。如贮罐的设计压力，储存二甲醚的贮罐的设计压力为1.2MPa，而储存LPG的贮罐的设计压力高达1.7MPa，显然二甲醚安全的多。又由于二甲醚压力低的特性，储存、运输、输送二甲醚的装置可沿用LPG的装置。这也是二甲醚燃料易于推广的一个原因。

3）       洁净。二甲醚本身无毒无害，燃烧尾气中的有害杂质含量低是众所周知的。其实这都是得益于二甲醚的分子中含有氧原子。由于含氧，燃烧需要的空气量少，与空气的混合要求低，燃烧完全，热效率高，不析碳（不冒黑烟），因此尾气洁净。

6.2使用二甲醚燃料的注意事项

1) 二甲醚对任何金属均无腐蚀性，所以对燃料系统的金属材料没有特殊的要求。当二甲醚与LPG的混合比例低于20﹪时，可沿用LPG的储存、运输、输送装置和燃烧器，可不做任何更改。

2) 当与LPG的混合比例高于20﹪时，或二甲醚单独做燃料时，应对燃烧器进行改造，以保证二甲醚的正常燃烧和燃烧热效率。改造燃烧器的原因是因为表征二甲醚燃烧特性的华白数与LPG不同，燃烧需要空气量也与LPG不同。

3) 二甲醚对许多橡胶和塑料都有溶胀作用。当与LPG的混合比例高于20﹪时，或二甲醚单独做燃料时，对储存、运输、输送装置的改造主要是更换密封材料。应该选用聚四氟乙烯等含氟塑料和丁基橡胶、氟橡胶做密封材料。丁腈橡胶（耐油橡胶）是不适用于二甲醚的密封材料。密封材料的选用正确与否涉及安全问题，千万不可麻痹大意，敷衍凑合。

 

由于二甲醚优越的燃料特性和环保特性，二甲醚燃料的应用前景和市场前景是极其广阔的。目前以及今后相当长的时期内，甲醇法尤其是甲醇气相法是二甲醚的较好生产方法。西南化工研究设计院和四川天一科技股份有限公司技术实力强，工业化业绩好，其甲醇气相法技术成熟、工艺先进、消耗低，越来越受到各界业主的认同，同时也给采用本该技术的业主带来了较好的经济效益，为我国的替代能源事业的发展作出了应有贡献。

二甲醚储存、运输、输送装置的密封材料的选择正确与否，与生产安全、使用安全密切相关，有关部门和企业一定要引起足够重视。