二甲醚作为替代燃料

特洛伊 a, b, 罗德尼. 波鲁普 a, 霍华德·格林 b Semelsberger

一个材料科学与技术部, 洛斯阿拉莫里国家实验室, 邮政信箱 1663, 邮件停止 J579, 洛斯阿拉莫里, nm 87545, 美国 b 化学工程系, 案例西部储备大学, 克利夫兰,oh44106-7217, 美国

2005年3月8日收到;接受2005年5月2日

提供在线2005年7月22日

摘要

随着对环境污染、能源安全和未来石油供应的日益增长的关切, 全球社会正在寻求以石油为基础的替代燃料, 以及更先进的能源技术 (例如燃料电池), 以提高能源使用效率。最有希望的替代燃料将是对社会产生最大影响的燃料。主要影响领域包括 well-to-wheel 温室气体排放、石油饲料存量、well-to-wheel 效率、燃料通用性、基础设施、可用性、经济和安全。与其他主要替代燃料候选者 (如甲烷、甲醇、乙醇和 Fischer–Tropsch 燃料) 相比, 二甲醚似乎对社会有最大的潜在影响, 应被视为消除对石油依赖的首选燃料。

二甲醚可作为一种清洁高效的压缩点火燃料, 具有减少 nox、sox 和微粒物质的功效, 可以在低温下有效地将其改造为氢气, 并且不像其他各种燃料那样具有毒性、生产、基础设施和运输等重大问题。对 dme 使用的相关文献进行了综述和总结, 以证明 dme 作为替代燃料的可行性。

copy;2005唯 bv保留所有权利。

关键词: 二甲醚;蒸汽重整;燃料电池;Well-to-wheel;氢;柴油代用品;乙醇;甲烷;甲醇;效率;温室气体;生物;燃料

1. 导言

在第十九世纪之初, 石油储量丰富, 美国围绕这一燃料建立了自己的社会。石油是供给我们社会和工业革命能源需求的燃料。据估计, 世界石油产量已经见低, 世界石油消费已经超过了新发现的储量。一个世纪后, 我们这一代人面临逆向工程的社会, 以石油为基础的新社会, 作为维持经济、政治和环境的替代燃料。为子孙后代提供安全保障。在 1997年, 美国运输业消费1300万桶 dayminus;1 (占美国66%石油消耗量) 和预测达到2100万桶dayminus;1在2025年之前 [1]。作为发展中国家-像中国、印度和俄罗斯这样的尝试增加了消费, 石油需求可能会增加多达75%。在中国, 汽车的人口是在 2000年1656万, 到2010年预计将达到 6538万。

减少或消除对石油依赖的一种手段是使用来自天然气、生物物质或煤的燃料。由于这个原因,甲醇,乙醇,Fischer–Tropsch 燃料,生物柴油和biogasoline 正在研究作为改变本土燃料。无论用什么燃料来替代石油, 它必须满足以下标准:

（1）实用性

有生产设施吗？他们的电容是多少？

有类似的基础设施吗？

用什么天然资源作为原料？

-燃料 (天然气、煤);

-可再生 (木材、柳枝稷、玉米、甜菜等)。

（2）经济性

什么是燃料生产和燃料分配成本？

建造新的生产设施的成本是多少？

用于燃料生产的原材料的成本是多少？

用新的燃料 (如果可能的话) 改造旧设备的费用是多少, 或者用新技术代替？

（3）接受性

新一代燃料在搬运和加油方面是否安全？

人类或动物生命是否存在固有的健康风险？

（4）环境和排放

新一代燃料如何影响全球变暖？

在大规模发行的情况下, 它是如何影响环境的？

（5）国家安全

原料是否容易获得和加工而不依赖外国材料？

（6）技术

是否有商业化的或新兴的技术-即可以加工燃料？

它们更有效吗？

（7）多功能性

新一代燃料在应用中是否具有通用性 (例如, 燃料是否可以用作取暖和烹调的家用燃料, 作为一种运输燃料, 作为一种发电燃料, 作为一种能产生富含氢气的燃料电池饲料的燃料)？

新一代燃料可以使用各种原料 (如煤、天然气和生物质) 制造吗？

这份报告详细介绍了二甲醚作为替代燃料, 可能取代石油的燃料。二甲醚是比较领先的替代燃料候选;即氢、甲烷、甲醇、乙醇、生物燃料和 Fischer–Tropsch 燃料。作为基准, 对常规柴油和汽油也作了比较。

2.燃料性能

2.1.物理和热物理性质

二甲醚是最简单的醚, 具有化学奥姆拉的 CH3OCH3。二甲醚的物理性质与液化石油气 (即丙烷和丁烷) 相似。二甲醚燃烧与可见的蓝色火焰, 是 non-peroxide 形成在纯状态或气溶胶配方。

与甲烷不同, 二甲醚不需要气味添加剂, 因为它有甜醚样的气味。与其他燃料相比, 二甲醚的物理性能详见表1。传统汽油和表中显示了生物柴油也可以预期类似的价值。

Table 1

Comparison of dimethyl etherrsquo;s physical and thermo-physical properties to commonly used fuels

1. Values per cm³ of vapor at standard temperature and pressure.
2. Density at P = 1 atm and T = minus;25 ^◦
3. Data reproduced from reference [2].
4. Data reproduced from reference [1].
5. Data reproduced from reference [3].
6. Mass basis.

Table 2

Global warming potentials

1. Data reproduced from reference [4].
2. Data reproduced from reference [1].

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