柴油作为我国车用燃料消费量较大的 品 种,2013年柴油消费量1.7亿吨,未来需求仍在增长,与汽油相比较而言,柴油含较多的杂质,燃烧时更容易产生烟灰排放物,造成对大气的污染。针对柴油高标准的出台,一方面炼厂加大技术创新促进油品质量全面升级,另一方面各研究机构积极开展甲醇清洁能源的研发,涌现出了甲醇、二甲醚、碳酸二甲酯、
聚甲氧基二甲醚等柴油添加剂,且相对于煤制油、煤制气、煤制烯烃等现代煤化工项目,经济可行性高,为我国煤代油增添一条新途径。
现有柴油添加剂多以国内过剩且易于采购的甲醇为主要原料,从2008年起,涌现出一批企业和科研院所开始聚甲氧基二甲醚产业化攻关,形成了不同的技术流派,更促进了装置整体技术的进步,能耗和运行成本有了大幅下降,与其他柴油添加剂相比,聚甲氧基二甲醚物化性质与柴油更接近,聚甲氧基二甲醚在柴油中的添加量可以很高(可达30%),添加PODE不仅可以取代部分柴油,还能提高柴油的燃烧效率和排放性能。
1、现有柴油添加剂的物性对比
近几十年来,国内外的众多机构研究了几种常用含氧柴油添加剂,主要展开了相应的调和与车辆调用评价,表1主要对现有柴油添加剂物性与柴油进行对比,分析优缺点。
有研究认为,甲醇与乙醇的十六烷值太低,且甲醇与柴油互溶性不好,存在腐蚀等问题,而二甲醚与柴油直接稳定、均匀掺合的关键技术还未突破,且由于二甲醚沸点和闪点较低,需要改造油箱和加油系统,并提供相应的压力系统,在加压的条件下使二甲醚液化与柴油混合。
从表1中可以看出,聚甲氧基二甲醚十六烷值高达76,闪点高于55℃,馏程160-320℃,由于物性与柴油相近,PODE调和到柴油中使用不需对车辆进行任何改动。柴油中添加5%-15%,可以增加油品含氧量、提高柴油的十六烷值、改善柴油在发动机中的燃烧质量、提高热效率、大幅减少尾气中CO、碳氢化合物、烟度、固体颗粒物等污染物的排放,是较优的柴油调和组分。
表1 柴油添加剂物性对比表
2、开发聚甲氧基二甲醚的意义
近些年,我国大范围雾霾天气严重影响了人们的日常生活和身体健康,频繁出台的环保政策也使地方政府和相关的企业在环保方面的压力与日俱增,然而有研究表明,机动车排放污染已经成为影响大气环境质量的主要来源之一,而柴油机动车成为PM2.5的较大“贡献者”,但柴油车长途运输的安全性高、马力大的优势使其再很长一段时间内不会被取缔,柴油添加剂的研发应运而生,聚甲氧基二甲醚作为新型的高十六烷值清洁柴油替代组分,其不含芳烃、不含硫,是目前世界公认的环保型柴油添加剂和清洁柴油调和组分,加入后可以有效的使柴油燃烧过程中实现达标排放。
2015年我国的甲醇产能6200万吨,其中煤基甲醇占总产能的65%以上,各地甲醇企业开工负荷不足,迫切需要开发下游产品,如果按15%的比例将聚甲氧基二甲醚调和到柴油中,以每吨PODE消耗甲醇1.5吨计算,如果实现规模化生产,每年可以消耗国内甲醇2000万吨以上,这将对市场形势严峻的甲醇行业开拓新的利润增长点,并且甲醇制聚甲氧基二甲醚经济可行性高,能实现煤化工路线代替石油路线生产清洁能源产品。
国内聚甲氧基二甲醚采用多种工艺进行中试和工业示范,为产品多元化发展提供了多种途径,聚甲氧基二甲醚技术核心在于:一是催化剂的选择(决定了生产方式),二是中间物料的选择(液体甲醛、多聚甲醛、三聚甲醛),三是最终反应部分的反应器型式(选择性、转化率),这几点又是相互影响的,因此选用何种技术应结合工业化生产操作弹性和工程投资综合考虑选用合适的技术和设备。