二甲醚作为工业燃料的应用研究Word文档下载推荐.docx
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八、结论-----------------------------------------------------------------------------------------12
九、附录:
二甲醚标准-----------------------------------------------------------------------13
一、二甲醚简介
二甲醚又称甲醚,简称DME,分子式CH3OCH3,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℃)0.661,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。
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。
二甲醚是醚的同系物,但与用作麻醉剂的乙醚不一样,毒性极低;
能溶解各种化学物质;
由于其具有易压缩、冷凝、气化及与许多极性或非极性溶剂互溶特性,广泛用于气雾制品喷射剂、氟利昂替代制冷剂、溶剂等,另外也可用于化学品合成,用途比较广泛。
二甲醚作为一种新兴的基本化工原料,由于其良好的易压缩、冷凝、汽化特性,使得二甲醚在制药、燃料、农药等化学工业中有许多独特的用途。
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。
由于其良好的水溶性、油溶性,使得其应用范围大大优于丙烷、丁烷等石油化学品。
代替甲醇用作甲醛生产的新原料,可以明显降低甲醛生产成本,在大型甲醛装置中更显示出其优越性。
二甲醚易压缩、易贮存、燃烧效率高、污染低,作为民用燃料气其储运、燃烧安全性、预混气热值和理论燃烧温度等性能指标均优于石油液化气,可作为城市管道煤气的调峰气、液化气掺混气。
作为车用燃料二甲醚具有较高的十六烷值,可以替代柴油成为柴油发动机的理想燃料,与甲醇燃料汽车相比,不存在汽车冷启动问题。
它还是未来制取低碳烯烃的主要原料之一。
作为工业用燃料,二甲醚的发展潜力巨大,应用领域越来越多:
国内陶瓷业已经广泛采用二甲醚做燃料,烧制出的陶瓷洁白纯净;
替代乙炔作为切割气主体,切割质量好、成本低、安全、环保;
在日本也用于发电燃料。
由于石油资源短缺及人们环保意识的增强,二甲醚作为清洁燃料而日益受到重视,成为近年来国内外竞相开发的性能优越的碳一化工产品。
其在燃烧时不会产生破坏环境的气体,且能便宜而大量地生产,因此被期望成为21世纪的能源之一。
二甲醚特有的理化性能奠定了其在国际、国内市场上的基础产业地位,是目前国际、国内优先发展的产业。
二、二甲醚主要用途
1用途:
、可以替代液化气,或与液化气复合作为民用燃料和工业燃料。
、作为推进剂,溶剂等,用于生产自喷漆、彩带、发泡胶等,可以替代氟利昂作制冷剂,是一种优良的精细化工原料。
、可以替代乙炔作为工业切割气。
、可以替代汽、柴油作为车用燃料。
、作为工业原料用于陶瓷、发电燃料等。
2、使用优势:
2.1二甲醚作为复合燃气的优势:
、价格比液化气便宜;
、有效减少红火苗,锅、壶没有黑烟,比液化气更清洁、更环保。
、提高燃烧质量和热效率,发挥两种气体的优势,有效带动液化气中80%以上残液的燃烧,用完后基本无残液,使燃烧更充分。
、安全无毒,压力比液化气低,储存运输比较安全,即使泄露也不会中毒。
2.2精醚在精细化工领域的优势
、生产自喷漆溶解性好、挥发性好、喷到物体上无麻点,在生产自喷漆上跟丙丁烷相比具有互溶性强、雾化好和喷涂效果光亮美观的优点。
、生产聚氨脂泡沫填缝剂,主要优点是环保、溶解性好、成本降低。
、生产杀虫剂及空气清新剂,主要优点是:
气味柔和,雾化效果好、压力稳定、环保清洁、成本低。
2.3二甲醚作为切割气主体的优势:
、切割面光滑,节省加工时间,切割速度快。
、挥发性能好,无余气。
、价格便宜,比乙炔节约成本60%以上。
、安全、环保。
燃烧时不产生有害气体,对操作工人的身体健康不会产生职业病。
2.4二甲醚替代柴油作为车用燃料的优势:
、十六烷值比柴油高10%-15%。
、低温启动效果好,噪音比柴油发动机降低2%-3%。
、动力足、爬坡能力强。
、燃烧充分清洁、排放好,无须任何处理即可达到欧Ⅲ以上标准。
、比柴油有良好的价格成本优胜。
三、二甲醚物理性质
分子式:
CH3OCH3
分子量:
46.07
物理性状(101.3Kpa,1atm):
透明无臭气体
沸点:
-24.9℃
熔点:
-141.5℃
闪点(开杯法):
-41.4℃
密度(20℃):
0.661g/ml
临界压力:
5.36atm
临界温度:
126.9℃
临界密度:
0.242g/ml
自燃温度:
350℃
爆炸极限(空气中)(体积):
3.4~18.2℅
蒸汽压(20℃),Mpa(atm)0.53(5.24)
燃烧热(气态):
1455KJ/mol
生成热(气态):
-185.5KJ/mol
熔融热:
107.3KJ/Kg
蒸发热(-24.8℃):
467.4KJ/Kg
生成自由能:
-114.3KJ/mol
熵(25℃):
266.8J/(mol.K)
表面张力(气相),mN/m(dyn/cm):
-40.℃:
21
-20℃:
18
-10℃:
16
气体粘度,μPaS(μP):
0℃:
82.5
20℃:
85.5
介电常数(25℃):
5.02F/m(esn)
贝壳松脂丁醇值:
60
比热:
2.37
体膨胀:
1~324
四、二甲醚的燃烧性质
1、燃烧性质
平均热值:
31450kJ/kg
理论空气量:
6.96m3/kg
理论烟气量/:
7.46m3/kg
预混气热值/:
4219kJ/kg
液相低位热值:
28800kJ/kg
气相低位热值:
64580kJ/m3
十六烷值:
>
55
理论燃烧温度:
2250℃
氧含量:
34.8%
2、二甲醚燃烧机理分析
二甲醚用作燃料替代LPG被市场看好,被誉为“二十一世纪的新能源”。
究其主要原因,一方面在于能源价格高企下DME的价格优势,而另一方面则是其燃烧效率高和燃烧产物排放洁净的显著特点。
2.1DME燃烧效率分析
二甲醚易燃,燃烧时火焰略带光亮,同等质量条件下,理论热值约为汽柴油的64%。
以质量计,二甲醚本身含氧量高达34.8%,理论燃烧温度可达2250℃,燃烧性能较好,热效率也较高。
因为本身含氧,需要添加的理论空气量(N2量)相应减少
DME燃烧反应分子式为C2H6O+3O2—→2CO2+3H2O
将其与乙烷燃烧过程比较:
C2H6+3.5O2—→2CO2+3H2O
由上述反应方程式可知,1.0摩尔体积的DME与相同摩尔体积乙烷燃烧过程比较,乙烷所需要的氧气量较二甲醚多0.5摩尔,而DME气相热值与乙烷热值(气态低位热值为64.36MJ/m3)基本相同。
亦即,假定燃烧效率相同,获得相同的燃烧热量,1.0摩尔的DME燃烧时,混入的氧气量较乙烷可降低0.5摩尔。
我们知道,空气中1.0摩尔氧气附带3.76摩尔的氮气和其它惰性气体,因此,上述DME及乙烷完整的燃烧反应方程式应为:
C2H6O+3O2+3×
3.76N2—→2CO2+3H2O+3×
3.76N2
C2H6+3.5O2+3.5×
3.76N2—→2CO2+3H2O+3.5×
上两式表明,在燃烧温度不太高的情形下,反应前后N2的摩尔数不变。
N2虽然进入燃烧区,但并未参加氧化反应,相反,它带走DME部分燃烧热,进而影响热效率。
因此,降低不参与反应的N2量(空气量),则减少了热损失,相当于提高了DME的热效率,这是DME热效率高的其中一个原因。
燃烧状况改善,过剩空气系数降低
一般情况下,燃烧装置空气系数α控制范围为:
工业燃烧装置α=1.05~1.20;
民用α=1.30~1.80。
从提高燃烧效率方面讲,理想情况下,α=1.0时,如果能确保空气与燃气混合充分、燃烧完全,燃烧效率最高。
实际燃烧过程中,取α>
1.0的原因是为了避免不完全燃烧情况发生,而付出的代价则是需加热不参与反应剩余的O2、N2,导致热效率降低。
对于DME,其自身含氧,由于改善了燃气与空气的混合效果,且氧气与氮气之比较普通空气大,属“富氧燃烧”工况,因而改善了燃烧状况;
而另外一方面,氧气与DME混合情况趋好,除混入的空气总量可以相应降低外,还可以将空气系数控制在较低位置,α适当朝1.0方向降低,即减少剩余空气量,减少不参与燃烧的O2、N2量,自然,这是DME燃烧效率提高的另一个原因。
民用燃具燃烧效率分析
对于民用燃具,假定α由1
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- 甲醚 作为 工业 燃料 应用 研究