二甲醚作為城市天然氣保障氣源的探討

曹輝娜，郭威

（鶴壁寶發(fā)能源科技股份有限公司，河南 鶴壁 458008）

1 引言

天然氣是城市發(fā)展中的主要能源，不僅能夠用作城鎮(zhèn)燃料，而且還可以代替柴油，應(yīng)用于汽車(chē)燃料，從而為城市的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。而天然氣作為一次性能源，且我國(guó)天然氣總儲(chǔ)量有限，隨著天然氣的使用，終有一天會(huì)消耗殆盡，所以，尋找出相應(yīng)的燃料對(duì)其進(jìn)行代替，會(huì)為社會(huì)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

2 我國(guó)能源市場(chǎng)概述

改革開(kāi)放政策的實(shí)施，推動(dòng)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展，使得我國(guó)能源消耗量不斷增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)能源消耗位于世界第二位，位于美國(guó)之后。在所消耗的能源當(dāng)中，主要以天然氣、石油、煤炭為主，共占總消耗量的90%以上，其中，由于天然氣是清潔能源，使得城市對(duì)天然氣的需求逐漸提升。我國(guó)天然氣產(chǎn)量有限，導(dǎo)致我國(guó)城市當(dāng)中出現(xiàn)需求大于供應(yīng)的現(xiàn)象，因而需要從國(guó)外采購(gòu)大量天然氣。為了進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)城市發(fā)展，應(yīng)增強(qiáng)城市天然氣保障能力[1]。

煤炭作為我國(guó)儲(chǔ)量最多的石化能源，占自然資源的60%以上。而直接對(duì)煤炭資源進(jìn)行應(yīng)用，會(huì)排出CO2、SO2等污染氣體，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。所以，從保護(hù)環(huán)境的角度出發(fā)，也應(yīng)增強(qiáng)城市天然氣的保障能力，通過(guò)對(duì)煤炭資源的轉(zhuǎn)化，制備出清潔的二次能源，以代替煤炭與天然氣資源，避免煤炭資源的直接應(yīng)用，對(duì)環(huán)境造成破壞。

以煤炭資源為基礎(chǔ)，制備天然氣代替燃料，首先利用汽化的方式，將煤轉(zhuǎn)化成CO、H2等氣體混合物，之后對(duì)混合物進(jìn)行深加工，從而制備出代用天然氣與二甲醚。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展之后，我國(guó)二甲醚制備技術(shù)較為完善，年生產(chǎn)能力為1.523×104t，產(chǎn)量在810×104t以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國(guó)當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域的需求，所以，可以將其用作天然氣保障氣源，以降低我國(guó)城市發(fā)展中天然氣供應(yīng)緊張的局面。

3 二甲醚制備方法與低碳烴的差異

3.1 二甲醚制備方法[2]

利用煤炭制備二甲醚時(shí)，通常采用間接制備法，即將煤汽化后，轉(zhuǎn)化成CO、H2等氣體混合物，之后通過(guò)該混合物的深加工生成甲醇，最后由甲醇制備二甲醚，其化學(xué)反應(yīng)式分別為：

反應(yīng)式（1）內(nèi)，從甲醇的角度出發(fā)，反應(yīng)焓為183.5kJ/mol，反應(yīng)式（2）內(nèi)，從二甲醚的角度出發(fā)，反應(yīng)焓為-24.2kJ/mol。

除間接制備法外，還可以直接利用煤炭制備二甲醚，即將煤轉(zhuǎn)化成CO、H2等氣體混合物后，直接利用其合成二甲醚，其化學(xué)反應(yīng)式為：

反應(yīng)式（3）內(nèi)，從二甲醚的角度出發(fā)，反應(yīng)焓為-247.1kJ/mol，反應(yīng)式（4）內(nèi)，從二甲醚的角度出發(fā)，反應(yīng)焓為-206.2kJ/mol

3.2 二甲醚與低碳烴的差異

通過(guò)對(duì)二甲醚與低碳烴物理與化學(xué)性質(zhì)的調(diào)查，可以得到兩者之間的差異，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①二甲醚的沸點(diǎn)較高一些，在常溫壓力條件下，呈現(xiàn)出液態(tài)，而在常溫常壓下，則呈現(xiàn)出氣態(tài)。同時(shí)二甲醚液化儲(chǔ)存時(shí)，耗能略低一些。所以說(shuō)，在正常條件下，能夠利用液化的方式對(duì)二甲醚進(jìn)行運(yùn)輸。②對(duì)于二甲醚與甲烷來(lái)說(shuō)，華白數(shù)基本相同。由我國(guó)城鎮(zhèn)燃?xì)夥诸悈?shù)可知，二甲醚的燃燒負(fù)荷與天然氣基本相同，所以說(shuō)，能夠利用二甲醚代替天然氣，利用相應(yīng)的比例，將二甲醚混入到天然氣內(nèi)，共同作為城市燃料。③二甲醚對(duì)金屬不具備腐蝕性，而對(duì)有機(jī)材料具備腐蝕性，使其性能受到破壞。

4 二甲醚作為天然氣保障氣源的方法

通過(guò)上述分析，可以確定出4種二甲醚作為城市燃?xì)獾墓?yīng)方法，具體如下所示：

4.1 二甲醚液化瓶裝供應(yīng)

利用特定的金屬材料，制成二甲醚儲(chǔ)存瓶，通過(guò)該裝置完成二甲醚的供應(yīng)。通過(guò)這一方式供應(yīng)二甲醚時(shí)，能夠?qū)Τ鞘袃?nèi)局部地區(qū)進(jìn)行供應(yīng)，從而減少城市總體的天然氣供應(yīng)量，但無(wú)法調(diào)整城市天然氣供應(yīng)量，所以，該供應(yīng)方法條件下，二甲醚無(wú)法作為城市天然氣的保障氣源。

4.2 二甲醚液化管道供應(yīng)

即利用相應(yīng)的輸送管道完成二甲醚的供應(yīng)工作。通過(guò)這一方式供應(yīng)二甲醚時(shí)，能夠?qū)⑵鋺?yīng)用于單位用燃?xì)猓?dú)自作為城市燃?xì)鈺r(shí)，為了避免二甲醚對(duì)整個(gè)供應(yīng)系統(tǒng)造成破壞，應(yīng)使用二甲醚專用供應(yīng)裝置。若供應(yīng)系統(tǒng)可以避免二甲醚的腐蝕，且用戶處的燃?xì)庠畈粌H能夠使用天然氣，而且還可以使用天然氣與二甲醚的混合物，二甲醚就能夠作為城市天然氣保障氣源。

4.3 二甲醚、石油氣液化瓶裝供應(yīng)

即按照一定的比例，將二甲醚與液化石油氣混合到一起后，裝入特定的儲(chǔ)存瓶?jī)?nèi)，通過(guò)儲(chǔ)存瓶的運(yùn)輸，從而達(dá)到二甲醚供應(yīng)的目的。采用這一方法來(lái)供應(yīng)二甲醚時(shí)，應(yīng)確保整個(gè)混合液體內(nèi)，二甲醚的含量在標(biāo)準(zhǔn)值以下，且儲(chǔ)存瓶能夠防治二甲醚的腐蝕。

4.4 二甲醚汽化與天然氣管道供應(yīng)

混合氣內(nèi)，可以根據(jù)不同的要求，對(duì)二甲醚的含量進(jìn)行調(diào)整，若天然氣供應(yīng)量較為充分，需減少其中二甲醚的含量；若天然氣供應(yīng)量較為缺乏，需適當(dāng)增加其中二甲醚的含量，使得燃?xì)饽軌蛘Ｈ紵幕A(chǔ)上，減少資源的浪費(fèi)。這樣對(duì)二甲醚含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，即可達(dá)到城市天然氣供應(yīng)保障的目的。但需要注意的是，由于二甲醚具有一定的腐蝕性，所以，供應(yīng)管道制備時(shí)，應(yīng)采用不易被二甲醚腐蝕的材質(zhì)。

對(duì)二甲醚進(jìn)行供應(yīng)時(shí)，采用上述四種方式全部能夠減少城市天然氣的使用量，但對(duì)于天然氣保障氣源來(lái)說(shuō)，只有第二種與第四種方法。

5 二甲醚作為天然氣保障氣源的注意事項(xiàng)

與天然氣相比來(lái)說(shuō)，二甲醚更容易液化，且儲(chǔ)存于運(yùn)輸成本較低，同時(shí)，兩者華白數(shù)基本相同。所以，對(duì)于一個(gè)城市而言，若通過(guò)天然氣與二甲醚混合的方式為用戶提供燃料，則可以在天然氣供應(yīng)量較低時(shí)，通過(guò)提升二甲醚含量的方式，保障燃料的充足。這樣，不僅增強(qiáng)了城市燃?xì)夤?yīng)的穩(wěn)定性，同時(shí)還能夠加強(qiáng)對(duì)二甲醚的應(yīng)用效率，使得產(chǎn)能過(guò)剩的二甲醚不會(huì)出現(xiàn)浪費(fèi)問(wèn)題，有利于我國(guó)社會(huì)的和諧發(fā)展。

利用二甲醚作為天然氣保障氣源時(shí)，雖然可以將二甲醚當(dāng)作城市燃?xì)猓胰A白數(shù)與天然氣基本相同，但兩者依然存在一定差異，其中，天然氣傳輸或儲(chǔ)存時(shí)，設(shè)備材質(zhì)通常為有機(jī)材質(zhì)，設(shè)備使用過(guò)程中，若出現(xiàn)泄漏問(wèn)題，將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故，對(duì)經(jīng)濟(jì)以及人身安全帶來(lái)威脅。所以，利用二甲醚作為城市天然氣保障氣源時(shí)，需要注意以下幾個(gè)方面事項(xiàng)：①由于同時(shí)對(duì)天然氣和二甲醚同時(shí)供應(yīng)，因而設(shè)計(jì)供應(yīng)設(shè)備時(shí)，需要保證其同時(shí)滿足天然氣與二甲醚的傳輸、儲(chǔ)存相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。②今年來(lái)，已經(jīng)尋找出能夠耐二甲醚腐蝕的有機(jī)材質(zhì)，但是否能夠應(yīng)用到二甲醚與天然氣的混合物中，還應(yīng)進(jìn)一步探索。③根據(jù)混合氣中各成分的不同，應(yīng)采用不同的材質(zhì)，并在正式應(yīng)用之前，通過(guò)動(dòng)力學(xué)模型的方式，對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以確定材質(zhì)的使用年限。

6 總結(jié)

綜上所述，若將二甲醚作為城市天然氣保障氣源，通?？刹捎脙煞N供應(yīng)方法，一種為二甲醚液化管道供應(yīng)，另一種為二甲醚與天然氣混合管道供應(yīng)，兩種方法各自具備各自的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需求，采用最佳的供應(yīng)方法，只有這樣，才會(huì)使二甲醚作為城市天然氣保障氣源發(fā)揮出最大的作用，為推動(dòng)城市的發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。