崔立波（定州天鷺新能源有限公司甲醇車間 073000）

近來兩年，二甲醚作為新型清潔能源，以其價(jià)格和環(huán)保優(yōu)勢，成為石油替代品。作為一種重要的清潔能源，二甲醚能夠替代柴油和液化氣，用做清潔汽車燃料和民用燃料，有效減少環(huán)境污染。能源專家認(rèn)為，在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不改變的情況下，高油價(jià)的困境將無從改變，這種狀況為二甲醚在國內(nèi)市場的發(fā)展提供了廣闊空間。

一、二甲醚特征

二甲醚,縮寫為DME，無色，形態(tài)不固定，在常溫下為氣體，在0.6MPa下為液體，無害。二甲醚的特性在溫度的影響下會(huì)呈現(xiàn)不同的反應(yīng)，在高溫情況下會(huì)被分解，分解物質(zhì)有甲醛、甲烷等。其它的正常的情況下，不會(huì)自發(fā)氧化，具有很強(qiáng)的惰性。易于燃燒也是二甲醚的特性之一，在燃燒時(shí)火焰略帶光亮。其特性與液化石油氣所十分相似，可替代石油液化氣和天然氣作為民用燃料；同時(shí)二甲醚的某些屬性，例如溫度臨界點(diǎn)、十六烷值等，比目前正在使用的主流燃料要好很多，將來會(huì)是我們正在使用的許多燃料的理想的替代品。用二甲醚作燃料使用后無黑煙，對環(huán)境產(chǎn)生的破壞極少，有害氣體含量極低，是一種性價(jià)比非常高的的新型綠色能源[1]。

二、生產(chǎn)方法

在目前的化學(xué)技術(shù)水平下，二甲醚的生產(chǎn)方法主要有兩種，分別是甲醇脫水法和合成氣制取法。由于合成氣制取法具有很高的轉(zhuǎn)化率和較強(qiáng)的選擇性的特點(diǎn)，而且效果很好，所以現(xiàn)在成為了生產(chǎn)二甲醚的主流方法。除此之外還有一些正在研究中的方法。下面將簡要介紹下上面兩種方法。

1.甲醇脫水法

甲醇脫水可制得二甲醚。早期采用的輔助原料是濃硫酸，在液相和加熱的條件下，用濃硫酸對甲醇進(jìn)行脫水，主要的反應(yīng)生成式如下：

該反應(yīng)過程需要在100℃以下的溫度環(huán)境中進(jìn)行。高于80%的轉(zhuǎn)化率、99%的選擇性、反應(yīng)溫度低是該過程的優(yōu)點(diǎn)，但該過程也存在設(shè)備損毀嚴(yán)重、廢水殘液污染、操作難度較大等缺點(diǎn)。從上個(gè)世界60年代開始，二甲醚的甲醇脫水法水平因?yàn)榇呋瘎┑陌l(fā)展也得到了提高。催化劑的發(fā)展，經(jīng)歷了五十多個(gè)年頭，從一開始出現(xiàn)的含金屬鹽的碳酸鋁催化劑催化二甲醚生產(chǎn)開始，到后來的HZSM-5催化劑，再到γ-A l2O3催化劑，催化劑技術(shù)的不斷發(fā)展，使得甲醇的轉(zhuǎn)化率也不斷提高，二甲醚選擇性也到了99%的高度，生產(chǎn)環(huán)境和條件也進(jìn)一步改善，到現(xiàn)在的催化劑已經(jīng)可以保持長期的使用壽命，有效地節(jié)約了生產(chǎn)成本。國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)在甲醇脫水法方面也進(jìn)行了一定的研究，促進(jìn)了甲醇脫水制備二甲醚的催化劑水平在國內(nèi)的進(jìn)步和發(fā)展。

2.合成氣制取法

用合成氣制取法制取二甲醚是目前的主流方法，主要采用一氧化碳CO和氫氣H2進(jìn)行反應(yīng)，某些時(shí)候也會(huì)采用二氧化碳CO2。該方法的相關(guān)反應(yīng)方程式如下：

由于直接使用一氧化碳CO制取二甲醚在實(shí)際生產(chǎn)中速度較慢，因此核心為催化劑和反應(yīng)器的甲醇合成法和甲醇脫水法在實(shí)際生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，反應(yīng)方程式如上面(3)、(4)所示。

在反應(yīng)器方面，目前反應(yīng)器的種類繁雜、使用方法都不盡相同。在國際上，憑借著良好的傳熱性和溫度可控性，漿態(tài)床反應(yīng)器得到了廣泛的應(yīng)用。漿態(tài)床反應(yīng)器制法通過MeOH氣相、惰性溶劑和催化劑的液相和固相三者相互協(xié)作配合，引導(dǎo)一氧化碳CO和氫氣H2在固體催化劑表面完成反應(yīng)，制取二甲醚。

在催化劑方面，目前國內(nèi)外還是以鋁氧化物混合金屬鹽的使用為主。對于不同的操作方法，催化劑的選擇也不盡相同。甲醇合成催化劑可以選擇Cu-ZnO-ZrO2或者CuO-ZnO-A l2O3，而甲醇脫水催化劑可選擇的種類更多，A l2O3、沸石、陽離子交換樹脂等都可以。除此以外，以HZSM-5、SiW 12O40-La2O3、CuOZnO-A l2O3為代表的雙效應(yīng)催化劑可同時(shí)適用于上面兩種方法。國內(nèi)相關(guān)的高校研究室和產(chǎn)業(yè)科研機(jī)構(gòu)也對催化劑做了相關(guān)的研究，有了一定的成果。

相對于甲醇脫水法生成二甲醚既有打破甲醇合成的熱力學(xué)平衡，又有通過逆水氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)來抑制該反應(yīng)副作用的優(yōu)點(diǎn)來說，雖然通過二氧化碳CO2與氫氣H2直接反應(yīng)也可制取二甲醚，但由于較低的轉(zhuǎn)化率和選擇性一般不會(huì)被采用。

三、市場應(yīng)用

在現(xiàn)代社會(huì)注重環(huán)境保護(hù)和資源有效利用的情況下，新型原料二甲醚憑借其獨(dú)有的優(yōu)勢在農(nóng)業(yè)、化工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)中得到了廣泛的運(yùn)用。傳統(tǒng)的空調(diào)使用氟利昂作為制冷劑，雖然有效，但會(huì)造成環(huán)境污染特別是臭氧層的破壞，高純度的二甲醚則會(huì)有效地解決這個(gè)問題。在石油產(chǎn)業(yè)里，由于易溶于水、易溶于油的特性，二甲醚具有很大的優(yōu)越性。除此以外，由于二甲醚使用和分解產(chǎn)生物的純潔性和安全性，它在城市煤氣、發(fā)電和交通運(yùn)輸?shù)娜剂戏矫娑际抢硐氲倪x擇。未來所倡導(dǎo)的低碳生活，二甲醚將發(fā)揮很大的作用。

結(jié)語

利用先進(jìn)的化學(xué)技術(shù)生產(chǎn)的二甲醚是世界大力發(fā)展碳化學(xué)技術(shù)的結(jié)果。二甲醚作為作為資源和技術(shù)優(yōu)勢相結(jié)合的產(chǎn)物，作為清潔能源，在將來世界工業(yè)轉(zhuǎn)型、環(huán)境治理和可持續(xù)發(fā)展的過程中將發(fā)揮重要的作用。持續(xù)地對二甲醚技術(shù)的研究與發(fā)展，將對化工產(chǎn)業(yè)、能源產(chǎn)業(yè)的結(jié)合，對社會(huì)效益的產(chǎn)生，特別是對資源有效利用和可持續(xù)發(fā)展方面具有現(xiàn)實(shí)和深遠(yuǎn)的意義。

[1]“高價(jià)油”催生清潔能源二甲醚，能源工程，2008（2）：35.

[2]王棟，王樹榮等，潔凈燃料二甲醚的制取方法，能源與環(huán)境，2004：34～36.

[3]蘭基智，淺談二甲醚的生產(chǎn)方法及應(yīng)用前景，煤化工，2006（4）：59～60.