二甲醚用作民用燃料的发展前景和面临问题张绍伟
摘要：分析了二甲醚的性质及其作为城镇燃气的可行性，探讨了二甲醚的发展前景，指出了二甲醚用于城镇燃气面临的问题，对二甲醚的推广使用提出了建议。
关键词：二甲醚；城镇燃气；液化石油气掺混二甲醚
Development Prospect and Problems in Use of Dimethyl Ether as Domestic Fuel
ZHANG Shaowei
Abstract：The property of dimethyl ether and its feasibility as city gas are analyzed.The development prospect of dimethyl ether is discussed.The problems in use of dimethyl ether as city gas are pointed out.The proposals on popularizing and using dimethyl ether are made.
Key words：dimethyl ether；city gas；LPG mixing dimethyl ether
&&& 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，不论城市还是广大乡镇对洁净燃料的需求量都与日俱增[1～3]。近年来，全球石油及其产品的价格大幅度上涨，直接影响到城镇燃气和车用燃料的价格。因此，利用煤为原料制取二甲醚，对于抑制车用燃料、城镇燃气的价格上涨，改变我国城镇的燃料构成，改善生态环境，实现可持续发展，乃至对我国的能源战略，均有重要的意义[4～5]。
&&& 我国是以煤炭为主要能源的国家，煤炭的生产总量和消费总量均占世界第一位。每年以燃烧方式消耗的煤炭达10&108t/a，占整个煤炭消费量的70%，燃烧产生的污染物排放量占全国总排放量的比例很大。煤直接燃烧既浪费能源，又严重污染环境。现在二甲醚作为替代能源逐渐显示出优势，得到了世界各国的广泛重视。自20世纪80年代我国就开始对二甲醚用作燃料进行了开发研究。二甲醚主要以煤为原料制成，而我国有着丰富的煤炭资源，以煤为原料生产二甲醚，使其得到广泛使用，符合我国的能源政策，有利于环境的改善，是我国目前解决能源问题的一条途径[6]。
&& &据统计，我国二甲醚的消费结构中，民用燃料占绝对主导地位，为94%，车用燃料仅为2%，其他用途占4%。2008年底，我国共有二甲醚生产企业57家，产能合计约620&104t/a。虽然从2008年下半年起受国际金融危机的影响，装置开工率下降，但2008年产量仍达310&104t/a，我国已经成为全球最大的二甲醚生产国。
2 二甲醚的性质和发展前景[6]
&&& 二甲醚(Dimethyl Ether，简称DME)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，20℃下饱和蒸气压为0.5MPa，易液化。液态二甲醚的性质与液化石油气相似。二甲醚具有较好的混溶性，能与大多数极性和非极性有机溶剂混溶，加入少量助剂后就可与水以任意比例互溶。二甲醚与天然气、液化石油气、甲醇、柴油的主要物理化学性质见表1。
表1 二甲醚和一些燃料的性质比较
液化石油气
低热值/(MJ&kg-1)
20℃液体密度/(kg&m-3)
标准大气压下沸点/℃
理论空燃比/(kg&kg-1)
自燃温度/℃
在空气中的爆炸极限
(体积分数)/%
&&& 二甲醚易燃，燃烧时火焰略带光亮，燃烧性能好，热效率高，燃烧过程中无残渣、无黑烟，C0、NO排放量低。二甲醚质量分数在95%以上时可直接作为城镇燃气使用。因此，二甲醚将可能是取代液化石油气的一种理想的清洁燃料[7～8]。
&&& 二甲醚还可掺入空气、液化石油气、人工煤气、天然气直接混烧或作为城镇燃气的调峰气源[9～10]。二甲醚含有一个氧基，与液化石油气掺混燃烧，可以改善现有燃烧装置的燃烧性能，使燃烧更加完全。
&&& 二甲醚的饱和蒸气压低于液化石油气，储存运输比液化石油气更安全。但因沸点高，二甲醚在中国北方寒冷的冬季使用时，在液化石油气中掺混的质量分数不能高于15%。
&&& 二甲醚在空气中的爆炸下限比液化石油气高1倍，在使用过程中，比液化石油气更安全。
&&& 二甲醚十六烷值高，气化潜热大。用它代替柴油作为汽车的燃料，可使发动机的功率提高10%～15%，热效率提高2%～3%，燃烧噪声可以降低5～10dB，而且C0、N0等污染物的排放量也很低。
&&& 由此看来，二甲醚由于其独特的物理化学性质，作为民用燃料可以替代液化石油气，作为车用燃料可以替代汽油、柴油，具有广阔的发展前景。
&&& 在城镇燃气领域，建设部于日颁布CJ/T 259&2007《城镇燃气用二甲醚》行业标准，使二甲醚作为液化石油气的替代燃料具有了合法身份与依据，可以正式进入城镇作为替代燃料进行推广。另一方面，从国家替代能源的战略高度弗看，《城镇燃气用二甲醚》行业标准的实施有助于二甲醚作为民用燃料的推广，缓解目前我国天然气、溶化石油气、柴油供应的巨大压力。
3 二甲醚用于居民燃料面临的问题
3.1 标准的相对滞后
&&& 作为替代新能源，二甲醚在产业大发展的同时，却遭遇国家标准相对滞后的局面。建设部颁布的《城镇燃气用二甲醚》自日起实施。但这个标准只是行业标准，仅仅是针对纯二甲醚用于城镇燃气的通行证，而二甲醚掺混于液化石油气的掺混标准和储运等标准却没有出台，这带来了二甲醚在实际应用上的不规范。
&&& 目前在国内民用液化石油气领域，二甲醚掺混液化石油气已经形成了相当规模的市场。一些液化石油气的充装单位向液化石油气钢瓶中掺入液态二甲醚早已是行业内&公开的秘密&，掺入液化石油气的二甲醚质量分数为15%～35%，二甲醚掺混液化石油气的国家标准的相对滞后使得市场比较混乱[12]。在液化石油气钢瓶中掺入二甲醚后出现的问题有：①液化石油气钢瓶阀门、调压器、胶管和集中供气高压连接管大量漏气；②用户反映现在的&液化石油气&不耐烧；③在现有液化石油气炉灶特别是热水器点火时易熄火并发出&呼呼&的&放炮&声；④液化石油气集中供气工程中，管道接口、活接头等连接处漏气严重。
&&& 因此，日国家质量监督检验检疫总局《关于气瓶充装有关问题的通知》(质检特函[2008]17号)规定，禁止向装有液化石油气的钢瓶中掺二甲醚。由于二甲醚专用钢瓶尚没有进入市场流通，也就基本上等于禁止往液化石油气中掺二甲醚的行为。
&&& 二甲醚含有一个氧基，与液化石油气掺混燃烧，不仅可以改善现有燃烧装置的燃烧性能，而且可将液化石油气罐内的残液带出一起燃烧，提高了液化石油气的利用率。从这方面说，液化石油气中掺入二甲醚是可行的，同时也可以缓解液化石油气供应不足的问题。但二甲醚成本低于液化石油气，掺混后的液化石油气价格如何确定是个问题；同时，对北方寒冷地区应根据使用温度高低，调整二甲醚的掺混比例，避免压力过低影响使用。如果监管不力，将导致部分企业不规范运作，过度追求经济利益，从而损害消费者的权益。
&&& 因此，行业内迫切需要一个国家标准和配套的管理条例来规范市场：明确是否可以在液化石油气中掺入二甲醚，如果允许掺混，掺混的比例范围是多少，掺混气体安全范围是多少，掺混后的价格如何确定，掺混的比例如果超过了标准或管理条例规定的范围，应采取什么样的措施进行整改和处罚等等；同时，还应建立二甲醚的生产与储运管理标准，包括原料、加工、生产、包装、储存、运输、与其他燃料混配等过程的相关管理规范。
3.2 二甲醚对橡胶件的腐蚀影响[13～15]
&&& 在液化石油气钢瓶中充装掺有二甲醚的液化石油气起始于2006年，到了2007年液化石油气瓶阀门漏气问题逐渐暴露出来，并呈上升之势。据国家燃气用具质量监督检验中心对液化石油气瓶阀橡胶密封圈进行的耐液体腐蚀能力实验，测试不同浓度的二甲醚对液化石油气瓶阀橡胶密封圈的腐蚀程度。实验结果显示：①二甲醚对液化石油气瓶阀用橡胶密封圈有明显的腐蚀影响，质量分数为20%二甲醚和80%丙烷的混合液，能使瓶阀橡胶密封圈的外径由13.6mm收缩至12.9mm，随着掺混二甲醚含量的增加，其密封圈的外径收缩量也在加大，而由橡胶密封圈密封的瓶阀内径为13.20mm，这样收缩后的橡胶密封圈与瓶阀之间有了间隙，橡胶密封圈密封性能降低，产生漏气现象。②液化石油气对橡胶密封圈影响较小，其中影响最大的正戊烷对橡胶密封圈影响也很小，橡胶密封圈的外径由13.6mm收缩至13.54mm，并不会影响密封圈的密封性能。
&&& 液化石油气的主要成分为丙烷、丁烷及戊烷，不带氧原子。而二甲醚所携带的氧原子具有一定的氧化性，与液化石油气钢瓶用的阀门密封圈材料(常用的是顺丁橡胶或丁腈橡胶)会发生化学反应，造成顺丁橡胶或丁腈橡胶的&腐蚀&而导致阀门漏气。同时二甲醚是一种有机化合物，液体状态的二甲醚是一种溶剂，与顺丁橡胶或丁腈橡胶接触后，橡胶开始&肿胀&，继而橡胶被&溶解&并加速橡胶老化，最终橡胶&弹性失效&而失去密封性能，从而导致阀门的漏气。液化石油气钢瓶阀漏气的概率随掺入二甲醚的比例增大而增大，出现漏气的时间随掺入二甲醚的比例增大而缩短，橡胶密封圈的体积损失率随之加大，漏气的可能性也随之增加。
&&& 因此，用液化石油气钢瓶储存和运输二甲醚或液化石油气中掺混二甲醚均存在瓶阀漏气的严重安全隐患。国家质量监督检验检疫总局《关于气瓶充装有关问题的通知》(质检特函[2008]17号)提出：不得在民用液化石油气中掺入二甲醚充入液化石油气钢瓶或在焊接气瓶中擅自加入不明化学添加剂。主要是为了避免因二甲醚造成液化石油气瓶阀泄漏而带来的安全问题。
&&& 同理，对于与液化石油气钢瓶配套使用的瓶装液化石油气调压器来说，二甲醚对其中的橡胶膜片会产生明显的腐蚀作用，使其收缩、变形、失去弹性，继而造成调压作用的失效和密封失效，发生安全事故。因此，必须考虑制造储存和运输二甲醚的专用瓶阀和配套使用的专用调压器。
3.3 燃具适应性问题[16～18]
&&& 由于热值、华白数、燃烧势等燃烧参数的变化，二甲醚将对燃具的燃烧状况产生影响，因此，二甲醚作为居民燃料在市场上广泛使用，还需要考虑燃具燃烧适应性的问题。
&&& 现在国内已有不少将液化石油气燃具或天然气燃具转换为二甲醚燃具或二甲醚掺混液化石油气燃具的成功试验研究，结果证明这种燃气转换是可行的。只是在这种燃气转换试验中，仍然存在一个标准指导的问题。以城镇家庭中应用最为广泛的家用燃气灶和家用燃气快速热水器为例，目前多数试验研究的技术性能指标都是参照现行国家标准如GB 《家用燃气灶具》和GB 《家用燃气快速热水器》。而这两个标准中适用对象是以天然气、人工煤气、液化石油气3种气源为主的燃具，不包括二甲醚或二甲醚掺混液化石油气燃具。
&&& 因此，当二甲醚或二甲醚掺混液化石油气燃具得到广泛应用的时候，同样需要一个国家标准来规范管理燃具市场。
4 结论和建议
&&& ① 我国城镇的民用燃料是以天然气、人工煤气、液化石油气为主，与它们相比，二甲醚作为从煤转化而来的清洁燃料，用作民用燃料有许多优点。虽然目前中国二甲醚行业还存在一些问题，但二甲醚的应用及市场前景仍然光明，在国家政策的支持下，发展势头值得期待。
&&& ② 为保证二甲醚在民用燃料市场的健康发展，应尽快研究制定二甲醚进入城镇燃气的分类标准、二甲醚城镇燃气工程设计规范等，深入开展二甲醚与其他燃气互换性、经济上的可行性研究和二甲醚作为城镇燃气应用的技术研究，对推动二甲醚在城镇燃气领域中的应用具有重要意义。
&&& ③ 由于二甲醚对于现有燃气系统(包括阀门、表具、调压器、灶具、热水器、集中供气连接管等)的普通橡胶和塑料有一定腐蚀作用，用液化石油气钢瓶储存二甲醚和将液化石油气凋压器用于二甲醚都存在着较大的安全隐患，应组织力量加快攻关，早日研究、设计、制造出专门用于储存、运输、灌装、实际应用二甲醚的专用设备、部件和燃具。
&&& ④ 由于二甲醚的热值与液化石油气不同，其价格应由燃气主管部门会同技术监督、工商管理等部门，根据二甲醚与液化石油气的价格差别和燃料的稀缺程度备案或审批确定。同时对进入市场的二甲醚混合气的质量进行监督、抽查，确保二甲醚混合气的质量达标，保护广大消费者的合法权益。
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(本文作者：张绍伟 邢台市液化石油气公司 河北邢台 054000)
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京公网安备04新型清洁能源二甲醚液化气配套专利燃烧器的专利专营经销
新型清洁能源二甲醚液化气
配套专利燃烧器的专利专营经销
甲醇作为廉价的化工原料，已被广泛应用于燃料，由于产生了醇基液体燃料，甲醇制取二甲醚作为城镇燃气等来替代LPG石油液化气。
甲醇实测的平均热值为20083KJ/KG，与LPG液化石油气平均热值46000KJ/kg相比，产生同样热量需要的燃料质量比为1:2.29，可见，甲醇的热值低，产生同样多的热量需要的甲醇量大。
二甲醚的平均热值为31450KJ/kg，与LPG液化石油气，平均热值46000KJ/kg相比，产生同样热量需要的燃料质量比为1:1.46，从经济的角度考虑，用户使用甲醇，二甲醚的作为燃料的成本比较高。
此外，若以二甲醚替代LPG液化石油气使用，1.46KG二甲醚充分燃烧产生的热量等同于1KG的LPG液化石油气充分燃烧产生的热量。
制取1.46KG二甲醚需要消耗甲醇2.12KG，该甲醇消耗量与单一的燃烧甲醇产生相同热量的消耗2.229KG相近，因此，用甲醇，二甲醚替代LPG液化石油气使用，从资源利用的合理性上看，仍存在一定的缺陷。
一、& 目前，甲醇、二甲醚在燃料方面的应用、状况
&1、甲醇燃料
目前部分甲醇被掺进汽油中，作为M20甲醇汽油外，还被作为醇基液体燃料，环保油等作中餐炊事燃料。
2、&二甲醚燃气
二甲醚替代LPG石油液化气，或与液化气复合作为新型民用燃料，这一方面国家尚没有出台标准，二甲醚混掺LPG石油液化气已被政府相关部门列入“假气”作为打击对象。
二甲醚燃气是公认的清洁能源，燃料热值低，用户用量大，从经济的角度考虑，用户使用二甲醚的作为燃料成本较高，因此，推广应用困难，是制约了二甲醚生产、经营企业的发展。
二、& 二甲醚高能燃灶，工业燃烧器
本公司提供实用新型专利产品二甲醚高能燃灶、专利号：ZL2010 2
，二甲醚分解重整器与各种燃具或工业燃烧器配合使用，有效克服了上述的缺陷。
& （1）将甲醇在燃具或燃烧器内转换成高热值的一氧化碳、氢气。
& （2）将二甲醚换成高热值的甲烷、氢气、一氧化碳。
二甲醚分解重整器安装于燃具或工业燃烧器上，分解重整器上的出料口与燃具或工业燃烧器上的进气口连接，在燃具内的温度达到700℃以上时，原料二甲醚在分解重整器内的螺旋通道中发生化学反应，转化为甲烷、氢气、一氧化碳的混合气体，转化后的混合气体相对于未转化前的二甲醚具有较高的热值，该混合气体由分解重整器上的出料口，燃具或工业燃烧器上的进气口再进入到燃具或工业燃烧器内作为燃料燃烧，可产生更高的热量，此外，本实用新型的结构简单，使用方便，经济节能，可与各种燃料或工业燃烧器配合使用。
3、使用结果：
（1）甲醇实测的平均热值为20083KJ/kg对于一定质量的甲醇转化为一氧化碳和氢气的混合气体时，该混合气体实测的热值为27134KJ/kg，其平均热值提高了35%。
（2）二甲醚实测的平均热值为31450KJ/kg，对于一定质量的二甲醚转化为甲烷，一氧化碳及氢气的混合气体时，该混合气体实测的平均热值为44620KJ/kg，其平均热值提高了42%。
4、知识产权保护：
以上所描述为本实用新型的较实施例，上述具体实施则不是对本实用新型的限制。在本实用新型的技术思想范畴内，可以出现各种变形记修改，在本领域的普通技术人员根据以上措施所做的润饰，修改或等同替换，均属于本实用新型所保护的范围。
三、专利专营的经营方向
二甲醚液化气是清洁能源，二甲醚在普通燃具和工业燃烧器上燃烧，存在热值低、燃料消耗量大，从经济的角度考虑用户使用二甲醚作燃料的成本较高，因此，用二甲醚替代LPG液化石油气使用，从资源利用的合理性上看，仍存在一定的缺陷。
专利二甲醚燃具和工业燃烧器可以有效克服以上缺陷，二甲醚实测的平均热值为31450KJ/kg，一定质量的二甲醚转化为甲烷，一氧化碳及氢气的混合气体时，该混合气体实测的平均热值为44620KJ/kg，其平均热值提高了42%，即1.0kg二甲醚转化为CH4、H2、CO混合气的热值等同于1.0kgLPG石油液化气的热值，燃料成本大大降低。
国务院、国家发改委把开发推广和使用新型燃料——醇醚（产品成份为液体）列入国家“十二五”重点开发项目之一，以实现节能减排，保护环境的目标。
醇醚、二甲醚是锅炉专用燃料可供热水锅炉和蒸气锅炉使用。用于工厂、学校、餐饮酒店、大型厨房燃料。
我公司研究开发的并在国家专利备案的专用炉具——醇醚、二甲醚重整器的燃具和用在工业锅炉的燃烧器。本燃料与燃具、燃烧配套使用，可比柴油、液化气节省成本25%～35%，使用安全，环保清洁，无烟无味，无毒无害，热值高。完全可以替代柴油、液化气、天然气，燃烧比率等同于液化气。适用于酒店、宾馆、学校、机关等大型企业及工厂锅炉燃料。
针对一些单位正在使用的“环保油”存在热值不高炉火不旺或有燃烧过程中产生异味，刺鼻、刺眼流泪等现象，达不到节能环保。现在我公司研究成果已突破这些难关，使用新型实用专利燃具及燃料，已解决了以上存在的缺陷，达到非常良好满意的效果。请各大、中、小型企业、工厂放心使用。
专利专营高能燃烧灶产品介绍
以单一甲醇或二甲醚作为替代燃料，热值低，消耗量大外，由于分子中含有大部分的非燃性的氧，在有色金属冶炼，窑炉燃烧过程中有氧化反应，致使产品变样以致企业拒绝使用。
1、甲醇在燃灶内分解仅应转化为CO+2H混合燃气作为燃料，提高甲醇热值35%，即由原甲醇热值20083KJ/KG提高到27134KJ/KG。
2、二甲醚在燃灶的重整器中转化为CH4+H2+CO混合燃气作为燃料，提高二甲醚热值42%，即由原二甲醚平均热值31450KJ/KG提高到44600KJ/KG，已等同LPG石油液化气的供量热值，燃料成本比LPG便宜，用户操作使用同石油液化气一样。
1、甲醇、二甲醚高能燃灶无风机，适作为中餐炊事灶具在宾馆、饭堂、酒店、机关学校、工厂厨房使用，燃料燃烧热值提高，无烟、无味、无毒、卫生环保，热功率为60kw/n.DME。
2、甲醇、二甲醚重整器
甲醇、二甲醚重整器在燃灶和工业燃烧器上的应用，以提高燃灶的热功率大于60kw/n.DME。
二甲醚重整器特别适用于大锅灶、工业锅炉，有色金属冶炼、窑炉焙烧的工业燃烧器的配套使用，热功率大，热效率高，节能效果和经济效益高，是节能减排技术改造的优选装置，市场潜力巨大。该产品专利权人已在国家知识产权局备案。
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作者：新浪大龙山老陈博客
　　题目看起来有点耸人听闻，不过先容我讲个故事。
　　说有个人家里有几亩地，一开始全都种了粮食，每年收成也有千把斤，除了满足自家吃饭还能有些剩余，日子过得自给自足倒也其乐融融。有朋友看他粮食吃不完就给他出主意，告诉他可以用粮食酿酒，这东西比水可好多了，吃饭时喝点这个清冽爽口，还有腾云驾雾的感觉。这家人心动了，于是就将家里剩余粮食全部酿成了酒，一尝果然上瘾，于是第二年这家人就将更多的粮食酿酒，都陶醉在幸福的琼浆玉液里。终于有一天，这家人发现原本堆积如山、一年也吃不完的口粮尽然不够了，他们经常要饿着肚子喝酒，于是美酒也变成了苦酒。是什么原因造成的呢？原来以前再怎么换着花样吃粮食比如米饭、米饼、米面等等，它都还是大米，可真要把大米酿成酒的话，那可是要3斤粮食才能换来1斤酒啊！
　　看出什么问题来了么？这就是朴素的能量守恒定律在发挥作用，具体在化学反应里以遵循热力学第二定律为表现。任何生物化学反应都是一种能量传递，而且自然状态下能量转化是有方向性的，如果要逆方向转化就得付出额外的能量，或多或少，所以存在一个以哪种能量形式最佳的问题。就如同上文提到的粮食，除了酿酒，还可以转化成生物基燃料，或者化工中间体，一般生物化工需要消耗大量电能，高耗能不说，经济性也很成问题，尤其大量转成工业需求还威胁人类自身粮食安全，所以在经历了最初的喧嚣后，这种工艺路径逐渐销声匿迹了。而中国的行业是不是也同样经历着类似的疯狂，盲目在发展着一些本不该涉足的行业应用，什么才是甲醇最佳的发展路径呢？哪些甲醇现在热门的下游应用会在若干年后被其它更简单、经济的化工原料替代而逐渐被淘汰？尤其是基于那些不可再生的化石原料：，天然气，或者煤，哪种原料制取甲醇最经济？
　　很多时候，市场供需信号可能会误导市场，成本的概念都是相对的，变化的，特别是现代化工装置变得越来越大型，刻意从规模上扩大产能以降低边际成本、提高竞争性，当出现新的更有竞争性产品时，旧有市场将会被颠覆，整个化学品市场就是这样不断推陈出新发展起来的，多少个过去曾经兴盛的行业现在已经归复死寂，但依然还有些反应转化过程虽经历百年仍旧生机勃勃，其中暗含的普遍规律就是，只有符合最佳能量效率转化的才是最有生命力的，因为生成某种目标产物的化学合成反应可以成百上千种，我们可以比较各种原料当期成本以估算不同反应路径的优劣，但最后归根结底还是要比较该反应路径所耗费能量的高低，以及所获得产物中保留下来的能量密度大小，这直接决定了该产品下一步使用的效率，这才是最基本的逻辑主线。
　　欧家一般用热能单位MMBtu来衡量某种能源形式利用效率的高低。这个说法有很强的实用价值，因为MMBtu的定义就是：1磅纯水温度升高1F所需的热量；对此能源界有个很有意思的类比，就是人类能量大多都是通过靠“烧开水” 的方式获得的，对此大多数人也许不信，但这确实是事实。根据EIA 2012年的数据，88%的被用来当作燃料，只有约12%作为化工原料，变成了纺织原料、、建筑材料，还有护肤品、衣服、手机、电器、管材、家具等等，我们身边任何一种常用物品中总能找到石油化工品的影子，可即使应用这样广泛，也还只是整个能源应用体系的一小部分，很大部分都被用来“烧水” 产生蒸汽或者变成燃气推动汽/气轮机发电，或者当作燃料驱动交通工具做功。总之，这些能量最初都通过热能形式被人类社会利用。忘掉可再生能源吧，在我们有生之年它们所起作用都将是有限的，比如我国发电70%左右依然是煤，美国2013年可再生能源利用仅占13%左右。就全球可再生能源利用中，真正没有用到汽/气轮机发电的太阳能、风能、潮汐能等也只占到很小的比例。
　　回到本文的主题 ―― 甲醇。根据上文介绍的逻辑，我们选用甲醇来一管窥豹，对其下游应用的能量效率和最终产品的能量密度比较进行分析，看看中国的甲醇在整个能源利用体系中处于什么位置，是不是合理，其发展又将向何处去？
　　1. 甲醇的下游应用选择
　　将前者国外甲醇应用情况与后者我国情况进行对比，很容易发现甲醇转化成甲醛、醋酸、甲胺等的比例都大体差不多，而且需求也比较稳定，差异主要来自于甲醇燃料、二甲醚的需求，还有就是最近刚刚才涌现的大量烯烃MTO方面的需求，这些是推动甲醇需求在中国爆发性成长的原动力。可是，为什么会有这样的不同？
　　1.1 二甲醚
　　二甲醚又称甲醚，简称DME，在常压下是一种无色气体或压缩液体，具有轻微醚香味。相对密度（20℃）0.666，熔点-141.5℃，沸点-24.9℃，室温下蒸气压约为0.5MPa，与石油液化气（LPG）相似。溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多种有机溶剂。易燃，在燃烧时火焰略带光亮，燃烧热（气态）为1455kJ/mol。常温下DME具有惰性，不易自动氧化，无腐蚀、无致癌性，但在辐射或加热条件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。
　　作为一种新兴基本化工原料，二甲醚具有很多用途。一般由于其良好的易压缩、冷凝、汽化特性，国际上二甲醚主要在制药、农药等化学工业中有许多独特用途，如高纯度的二甲醚可代替氟里昂用作气溶胶喷射剂和致冷剂，减少对大气环境的污染和臭氧层的破坏。
　　中国在二甲醚需求方面与国外不同的一个主要原因就是对民用燃料气的替代。因为国内LPG、汽柴油价格的垄断管制，民营企业对二甲醚在燃料气替代上寄有很大的期望，实际上国内10年前就已经开始在柴油部分掺混二甲醚的操作，虽然没有明确的法规和标准，但以往的高油价使得二甲醚替代LPG、汽柴油方面变得有利可图，加上二甲醚可以作为城市管道煤气的调峰气、液化气掺混气，所以国内二甲醚的需求明显比国外大。
　　现在的问题是，二甲醚的制备目前主要是通过天然气、煤或焦炉煤气生产，工艺上有“一步法”和“两步法”，但实际上主体反应都还是需要先制得甲醇，然后甲醇再脱水缩合生成二甲醚。前段的合成气制备甲醇总体能耗约为46GJ/kg，甲醇缩合生成二甲醚放热约744KJ/kg，而甲醇自身的燃烧热大约为19530KJ/kg，这样看来就很明显了，为了得到燃烧热约为36120KJ/kg的二甲醚，通过2个甲醇的合成，过程中还需要损耗多达~50GJ/kg的能量，关键是最后的收效和直接使用甲醇做燃料没有多大区别；作为热值仅为LPG约2/3的二甲醚，替代LPG进入燃气管网也不值得提倡，因为LPG是重要的化工原料，其能量密度虽比NG高约2.8倍，但天然气更清洁环保，也更加便捷，今后燃气市场的主力还是天然气，所以二甲醚在此更没有多大市场的。
　　如果二甲醚在燃料替代市场打不开局面，甚至还会被其他原料替代的话，实际上它的整个需求量占比在今后甲醇下游细分方面重要性还会降低，这将是可以看得见的趋势。
　　1.2 甲醇燃料
　　甲醇作为燃料在中国有两种途径，一是掺混汽油做成M15，M30，M85，M100等规格在普通加油站进行销售，另一种是甲醇直接制汽油MTG工艺，随着煤化工的兴起最近得到市场越来越多的期待。
　　实际上根据EIA的数据，甲醇的能量密度相当于汽油的一半左右，不如乙醇或者天然气。其带来的好处是含氧量增加，燃烧清洁，弊端就是毒性大、易腐蚀。
　　1.2.1 甲醇掺混汽油
　　甲醇掺混汽油目前在国内被定义为替代能源，2012年由工信部发文在山西、陕西、上海等地进行试点，但目前在各地都遭遇了冷遇。从经济性看，甲醇掺混比例越高越有吸引力，最好是M100。问题是，甲醇掺混汽油最大挑战是燃烧后产生的甲醛、甲酸等都会对发动机产生严重的腐蚀和磨损影响，即使添加昂贵的缓蚀剂等助剂也收效甚微。美国Ford公司的研究发现，使用甲醇汽油后，发动机润滑油中的铁含量比使用无汽油大5.2倍，发动机的磨损主要表现是活塞环和汽缸壁的磨损和腐蚀，另外，甲醇的蒸发潜热大，气化不良而流入汽缸壁，致润滑油膜被冲洗而造成的润滑油稀释、并严重乳化导致发动机部件的摩擦磨损。RIPP的研究结果也表明，甲醇汽油对汽车油箱的铅锡镀层有腐蚀作用，甲醇的亲水性使得在少量水分存在情况下很容易发生相分离，影响贮存和汽车正常运转。而且甲醇是典型的神经毒物，可经呼吸道、 胃肠道和皮肤吸收，损害人的呼吸道粘膜和视力，对人体的神经系统和血液系统影响最大。
　　甲醇汽油开发及应用在国外开始于70年代的第二次石油危机，从替代能源角度出发，、美国、日本等国都曾对甲醇燃料及甲醇汽车配套技术进行研发。早在70年代，美国重点开发了M85、M100专用甲醇燃料汽车，但据统计，1998年后美国甲醇燃料汽车和甲醇燃料都在减少，原因是多方面的。甲醇作为汽车燃料的缺陷，特别是甲醇有毒，使得甲醇在比较重视健康安全和生活质量的美国市场不受欢迎，同时LNG、电力等替代燃料更安全更环保，也使甲醇替代燃料逐渐被抛弃。而且美国、日本汽车制造商坚持反对在汽油中掺烧甲醇，在美国车用无铅汽油标准ASTM 4814中，要求甲醇含量最大不超过0.3Vol%。1998年12月世界汽车制造商组织联合发布的“世界燃料规范”中，要求“不允许使用甲醇”。即使在欧洲，虽然85/536/EEC法规中规定汽油中可以允许含有≤3％的甲醇，但统计数据显示实际燃料中仅添加了低于0.1-0.5％的甲醇。由于目前技术还不能很好解决甲醇汽油金属腐蚀性问题，美国通用、等汽车制造商在用户手册中明确表示，使用甲醇汽油的车辆发生损害不在保修范围内。
　　国内在一些地区推行甲醇掺混实验，主要原因还是过去几年高油价的压力，特别是一些煤炭基地富产甲醇，有动力进行市场推广。鉴于以上国外经验分析，未来几年工信部不大可能同意扩大试点范围，而且甲醇掺混比例可能就限定在目前的15~85%范围，这么算来，整个试点市场内甲醇绝对总量不会增加，而且随着天然气应用的逐步推广，未来还会逐渐萎缩。
　　1.2.2 甲醇制汽油MTG
　　MTG是随着近几年煤化工的兴起而得到发展的，从工艺上讲这是技术比较成熟的路径。严格从煤来区分的话，实际有两类，一是煤直接液化制汽柴油，这个过程基于合成气的费托合成，这一过程对煤质要求较高，煤的灰分一般要小于5%，而且煤的活性、可磨性要好，硫,氮等杂原子含量越低越好，能耗也高，这已经限制了其在国内的推广应用；另一个是间接液化，煤或天然气先制甲醇，然后再制汽油，这一流程对煤要求不高，规模大小也可以比较灵活，甚至在沿海地区远离产煤区，只要能获得进口甲醇就能生产，因此在国内受到热捧。
　　MTG反应过程是甲醇首先脱水生成二甲醚，然后甲醇、二甲醚和水一起在催化剂作用下转化成轻烯烃（C2~C4），之后再进一步加成生成较长链的烯烃、正/异构石蜡烃、芳烃和环烷烃混合物。大体上原料吨单耗是2.5甲醇/汽油，过程放热1.74MJ/kg，外部供能约为360KJ/mol，而实际上根据能量密度甲醇本身已经相当于汽油的一半，为了获得汽油的最终形式，过程中所耗费的能量相当于16倍的甲醇。如果考虑到MTG汽油中还有较高含量的均四甲苯，降低它需要加氢以改善油品质量，能耗还会进一步增加。
　　所以从能量效率上看，MTG依然是不经济的，理论上只能当油价高涨且甲醇过剩时才应该考虑转化为汽油燃料作为补充。
　　1.3 甲醇制烯烃MTO
　　MTO和MTG一样也是随着近几年煤化工的兴起而发展起来的。国家在推动神华包头MTO、宁煤MTP以及大唐多伦MTP项目陆续投产后，各地也抵不过高油价下聚烯烃巨大利润的诱惑，很多地方都在上类似的装置，甚至一些不是产煤基地的地区就是进口甲醇也要上MTO，都等不及最初那3家国家示范项目的总结报告出来。不过直至现在，这种总结报告也没有公开，但是一个信号已经出来，就是国家已经开始收紧相关准入条件，提高了门槛。比如按照“十二五”规划对现代煤化工示范项目的指标要求，能源转化效率不低于40%、吨烯烃煤耗不高于5.3吨（折标准煤）、吨标准煤新鲜水耗不大于4吨；如果达到先进水平，需要能源转化效率不低于44%、吨烯烃煤耗不高于5吨（折标准煤）、吨标准煤新鲜水耗不大于3吨。不知神华的水平处于哪个位置，应该还没达到先进水平，否则也不会明示出来。
　　不过现代煤炭燃烧发电的转化效率约为40~45%，IGCC据说能达到更高50%左右，所以国家要求煤化工能源转化效率最起码要和热力发电相似，那么我们看看是不是这样？
　　拿现在最流行的CTO流程分析，整个过程分为三段：(,)制合成气，合成气制甲醇，甲醇制烯烃也即MTO 。一般而言以现在主流技术水平，约2.7:1的煤制甲醇，接着又是大约3:1的甲醇制烯烃。1kg的标准煤燃烧值为29306KJ，甲醇的是19530KJ/kg，聚烯烃的则是近40000KJ/kg，与燃油相当。以60万吨/年烯烃装置分析，能量转化效率在第一段约为45%，第二段大约在70~80%，整个过程也就30%左右，所以单纯就效率而言，CTO/MTO也是能耗偏高、能量转化率低的工艺，只是如果把最终产品所含能量密度拿出来分别做对比的话，就会发现差别，毕竟聚烯烃不是拿来燃烧发电的，也不是加到汽油里驱动汽车的，其主要功能还是被制成各种用品应用在人类生活的面面。化工生产与能源生产一个最大不同是，能源生产中的热熵最后都是被烧掉释放能量出来，而化工最后产物的热熵则大部分还留在产品内。从这个角度讲，化工生产只要尽量做到循环利用，虽然整个生命周期内能量转化率不高，但其能量保存还是有实现的可能，即使每一过程依然还会损失20~30%的能量，但总比一步到位燃烧生成CO2和H2O，然后再想重新逆反应回至烷烃就难了。
　　既然化工品单位能量密度不低，而且其能量生命周期较之汽油等燃料类能源要长，所以分析MTO的前景似乎不好简单的一票否决，但是还有两个关键因素制约该工艺的发展：天然气制甲醇再到烯烃工艺的竞争，以及国内聚烯烃市场需求到底有多大？
　　谈到聚烯烃需求主要是从中国庞大的人口基数考虑的，很多业内人士经常引用以下表格来佐证国内聚烯烃市场依旧还有很大成长空间，只是真的会这样么？
　　聚烯烃毕竟还不是战略物资，中国没必要为实现聚烯烃100%自给就不顾能源现实满目扩建大乙烯，进口国外低价烯烃产品也是很好选择，还可以缓解国内能源供给压力，降低污染；况且国内聚烯烃消费量也已接近世界平均水平。指望中国聚烯烃人均消费水平达到美国一样不现实，这从下面两张图可以看出未来很长一段时间中国也许会把单位GDP的耗能达到和发达国家一样，但人均GDP差距基本不变，也就是人均化工品的需求不可能达到发达国家水平，最多达到世界平均水平。换成结论就是，聚烯烃市场的成长空间没有想象的那么大！
　　1. 制取甲醇的上游原料选择
　　从化学反应路径看，制取甲醇主要是合成气（CO2、CO和H2）或者CH4。前者主要由煤加工而来，后者则来自于天然气或者页岩气。很多文章已经从成本等角度给出孰优孰劣的结论，这里依然还是从能量使用效率角度加以阐述。
　　煤制甲醇是用气化炉转化为水煤气，再用转化炉调节氢碳比，进合成塔制成甲醇；天然气制甲醇则是CH4进转化炉转化为合成气，再进合成塔制成甲醇。所以不管是煤层气、煤气化、焦炉气，还是天然气，实质都还是通过含CO2、H2O、CO和H2的合成气制甲醇，区别仅来自于进转化炉前的氢碳比调节，理论上每生产1t的甲醇需要不低于~23GJ的能量，而传统的天然气制甲醇能耗为29~31GJ，煤制甲醇因为无需频繁调节氢碳比，在反应耗能上比天然气稍低，也即28~29GJ，所以两者相差不大。
　　鉴于我国天然气资源匮乏，今后需要大量进口，而且天然气是清洁燃料，主要用于城市燃料，所以2007年8月国家发改委出台了《天然气利用政策》，禁止利用天然气生产甲醇，也限制利用天然气生产合成氨、乙炔、氯甲烷等。
　　天然气的变数来自于国外。
　　由于中东、北美天然气富裕，加上天然气运输比较困难，比较合乎逻辑的思路自然是将天然气转化成其他液体或固体化学品，耗能不多但产物能量密度又高适合远距离运输，在当前的技术水平下，甲醇是最合适的选择。
　　当然美国依然还在探索，如果CH4能跳过分解制合成气到甲醇这一步，直接反应生成烯烃将会是化工行业的又一革命！因为减少反应步骤就意味着降低能量损耗，而且聚烯烃能量密度比之甲醇高出两倍，又是固体更适合运输，所以未来从国外海上漂过来进口的将不再是甲醇而是各种牌号的聚烯烃！近来已有端倪出现，美国一家小工程技术公司Siluria在其得克萨斯州的试验工厂举行了盛大的开车仪式，成为世界上第一家实现将天然气直接工业化大规模转化为乙烯的企业，而且Siluria公司高管已受邀与美国能源部探讨美国未来能源政策问题，美国政府已经意识到新路线可能对其能源和制造业的战略价值，也在考虑制定有关政策促进产业进一步发展。
　　根据IEA2012年的数据，美国天然气下游需求状况主要还是发电和取热，按能量计占整个能源消费77%，共约21,339,716TJ，而工业用途仅占17%，这其中还包括生产过程中加热等需求，并不是全部都用于化工转化制成别的化学品。如果对美国天然气工业用途用量在过去几年的变化情况进行分析，EIA的数据显示这个变化趋势并不明显，说明在美国国内对甲烷使用的态度依然很慎重，主要还是发电取热，而不是用来做甲醇，接着再通过MTO换成聚烯烃，即使美国有很大优势的页岩气资源。
　　3. 结论
　　综上所述，全球甲醇多数下游需求都基本稳定，增长率大体维持在个位数以内，不足以支撑未来庞大的新增甲醇产能快速增长；寄希望于甲醇在燃料替代方面取得突破，并进而改变中国的能源格局既不现实也不可行。目前看起来似乎只有CTO/MTO还有些生命力，但依旧不。中国古代兵法书上有云：围三阙一，在那些富气的国家摸索到更好的能量载体之前，他们需要中国庞大的市场来消化多余的天然气，出口甲醇就是这“阙一”，而他们自己则很少在自己国家新建扩建MTO的，很显然他们有把握实现在LNG、甲醇之外更好的将甲烷出口方式，未来甲烷直接制乙烯就是其一。
　　到那时，甲醇失去了作为能源及化工间的桥梁作用光环后，还有多少泡沫空间让人想象？如今那些投在“史上最大”项目上的真金能不能收得回来都还是未知数，所以现在一片欣欣向荣的CTO/MTO市场上，确实应该有人站出来泼盆冷水：中国的甲醇业，确实已经站在了悬崖边了！
　　参考文献：
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　　2. 黄庆，罗来涛 甲醇及二甲醚合成工艺现状及经济分析，洁净煤技术 )
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　　5. Aligoli Amir Nazmi Afshar，Chemical Profile: Methanol，2011
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