631

NAFTA-GAZ wrzesie2012 ROKLXVIII

Wiesaw Grski, Magdalena Monika JaboskaInstytut Nafty i Gazu

Eter dimetylowy uniwersalne, ekologiczne paliwo XXI wieku

Wprowadzenie

Wkrtce polski przemys stanie przed zadaniem racjo-nalnego zagospodarowania gazu z formacji upkowych wydobywanego ze z krajowych. Przed Polsk otwie-raj si nowe perspektywy gospodarcze, ktre wymagaj opracowania nowych planw i wypracowania technik uytkowania tego surowca. Podstawowym skadnikiem gazu zakumulowanego w upkach jest metan (gaz ziem-ny). Opracowano i wdroono wiele technologii uyt-kowania i przetwarzania metanu. Jednym z kierunkw zagospodarowania tego surowca jest wykorzystanie go w postaci spronej (CNG compressed natural gas), jako paliwa silnikowego. Gaz ziemny, jako paliwo silni-kowe, wykazuje jednak pewne wady, co jest powodem ograniczenia jego stosowania. Natomiast powszech-

ne zastosowanie znalaz tzw. autogaz skroplony gaz naftowy (LPG liquefied petroleum gas), zawierajcy gwnie butany i propan, uywany jako paliwo do spe-cjalnie dostosowanych silnikw z zaponem iskrowym. Paliwo to w porwnaniu z benzyn silnikow wykazuje wiele zalet, m.in.: posiada relatywnie nisz cen, ko-rzystniejsze parametry oddziaywania na rodowisko naturalne i atwo dostosowania silnikw benzynowych do jego uytkowania. LPG nie moe by stosowany jako samoistne paliwo do silnikw z zaponem samoczynnym (Diesla) gwnie ze wzgldu na niekorzystne waciwoci zaponowe (nisk liczb cetanow). Natomiast paliwem gazowym, ktre bez ograniczenia moe by wykorzystane w silnikach Diesla, jest eter dimetylowy (DME).

Eter dimetylowy waciwoci fizyczne i chemiczne

Eter dimetylowy (CH3-O-CH3) w temperaturze po-kojowej jest bezbarwnym gazem o charakterystycznym zapachu. Spala si on niebieskim pomieniem.

Podstawowe waciwoci DME przedstawiono w tabli-cy 1. W publikacjach na temat DME s podawane rne wartoci odpowiadajce jego poszczeglnym waciwo-ciom.

Poniewa waciwoci fizykochemiczne DME s zbli-one do waciwoci LPG, zwizek ten moe stanowi rodek zastpczy dla tego paliwa, zwaszcza w zastoso-waniach energetycznych i komunalnych. Ze wzgldu na wysok liczb cetanow i dobre waciwoci ekologiczne jest on uznawany za czyste paliwo do silnikw z za-ponem samoczynnym (Diesla). Nie dziaa korozyjnie na

metale konstrukcyjne silnika oraz nie wpywa szkodliwie na stan zdrowia ludzi [10]. Wykorzystywany jako paliwo nie powoduje emisji tlenkw siarki (SOx) oraz czstek staych (PM). Spalany generuje jedynie niewielkie iloci tlenkw azotu (NOx), tlenku wgla (CO) oraz niedopa-

Rys. 1. Model czsteczki DME

NAFTA-GAZ

632 nr 9/2012

lonych resztek paliwa, niekiedy okrelanych jako THC (THC total hydrocarbons).

Zgodnie z wynikami bada prowadzonych przez japoski instytut High Pressure Gas Safety of Japan [12], ze wzgldu na chemiczn stabilno w czasie magazynowania, wspczynnik dyfu-zji oraz niebezpieczestwo eksplozji zbiornika podczas ogrzewania DME stanowi zagroenie takie jak LPG. DME moe by magazynowany w postaci ciekej, pod umiarkowanym cinieniem powyej 0,6 MPa.

Eter dimetylowy zasuguje na uwag jeszcze z innych powodw, a mianowicie ma bardzo podobne zalety do tych, jakimi charakteryzuje si metanol, czyli: dobre waciwoci niskotempera-turowe, atwo transportowania oraz niski koszt

Tablica 1. Wybrane waciwoci fizykochemiczne DME

Waciwoci Jednostki Wartoci

Wzgldna masa czsteczkowa 46,07

Zawarto wgla % [m/m] 52,2

Zawarto wodoru % [m/m] 13,0

Zawarto tlenu % [m/m] 34,8

Stan skupienia gaz

Barwa bezbarwny

Rozpuszczalno w wodzie w 20C [kg/m3] 3,28 103

Rozpuszczalno w metanolu, etanolu rozpuszczalny

CAS nr 115-10-6

UN nr UN 1033

katalizatora Cu-Zn, najczciej stosowanego w procesie reformingu parowego [12].

Metody otrzymywania

Eter dimetylowy jest wytwarzany z gazu syntezowego (CO + H2) dwiema metodami: syntez poredni (przez metanol) i syntez bezporedni. Eter dimetylowy, po-przez gaz syntezowy, mona produkowa [12] z takich surowcw jak: biogaz, biometanol, biomasa, gaz ziemny, wgiel kamienny, wgiel brunatny, upki bitumiczne, odpady tworzyw sztucznych, odpady komunalne.

Schemat przemysowych drg otrzymywania DME przedstawiono na rysunku 2.

Gaz syntezowy, otrzymany w wyniku reformingu pa-rowego z rnych surowcw i biosurowcw, mona na dalszym etapie wykorzysta do bezporedniej syntezy eteru dimetylowego.

Cay proces jest poczeniem trzech reakcji (1, 2, 3) prowadzonych w jednym reaktorze. Przebieg kadej z re-akcji przedstawiono poniej [11]:

2CO + 4H2 2CH3OH (1)

2CH3OH CH3OCH3 (DME) + H2O (2)

H2O + CO H2 + CO2 (3)

Sumaryczny przebieg procesu wyglda nastpujco (4):

3CO + 3H2 CH3OCH3 (DME) + CO2 ++ 246,0 kJ/DME-mol (4)

Z tlenku wgla i wodoru powstaje metanol, zgodnie z reakcj 1. Dwie czsteczki otrzymanego metanolu tworz DME i wod (reakcja 2). Z wody i tlenku wgla, zgodnie z reakcj 3, powstaje wodr i ditlenek wgla. Wodr, uzy-skany w procesie 3, staje si jednym z substratw reakcji i jest wykorzystywany w procesie 1. Produktem ubocznym penej syntezy (reakcja 4) jest, tworzcy si w reakcji 3, ditlenek wgla.

Proces otrzymania DME metod bezporedni jest eg-zotermiczny ( 246,2 kJ/mol DME) [11], dlatego przepro-wadza si go w reaktorze z chodnic i faz zawiesinow. Jego schemat przedstawiono na rysunku 3.

Rys. 2. Drogi otrzymywania DME

artykuy

633nr 9/2012

Proces bezporedniej syntezy DME wykazuje najwikszy wspczynnik konwersji gazu syntezowego wwczas, gdy stosunek H2/CO w gazie wynosi okoo 1,0. Z tego powodu niezbdne jest wzbogacanie gazu syntezowego w wodr.

Synteza porednia jest procesem zoonym z dwch odrbnych etapw: syntezy metanolu (5, 6) oraz jego odwodnienia do DME (7). Jednoczenie przebiega pro-ces konwersji: woda-tlenek wgla (8). Reakcja syntezy poredniej (poprzez metanol) przebiega w nastpujcy sposb [11, 12]:

CO + 2H2 CH3OH (5)

CO2 + 3H2 CH3OH + H2O (6)

2CH3OH CH3OCH3 (DME) + H2O (7)

CO + H2O CO2 + H2 (8)

Cinienie przy syntezie metanolu powinno wynosi od 8 do 9 MPa, za proces dehydratacji naley prowadzi w temperaturze od 250 do 400C i przy cinieniu od 1,0 do 2,5 MPa [12].

Zarwno w syntezie poredniej, jak i bezporedniej, procesy s egzotermiczne na rysunku 4 przedstawiano ich pogldowy przebieg.

Rys. 3. Schemat reaktora z faz zawiesinow do produkcji DME metod bezporedni

1 przelew, 2 mieszanina reakcyjna z zawieszonym katalizatorem, 3 wymiennik ciepa, 4 dyspergator gazu reakcyjnego

Rys. 4. Zestawienie procesw otrzymywania DME

Proces Synteza porednia Synteza bezporednia

Kom

bino

wan

yR

efor

min

g M

etan

u

Ref

orm

ing

auto

term

iczn

y

2CH4 + H2O + O2 2CO + 4H2 + H2O

Teoretyczna wydajno: 95,3%Aktualna wydajno: 84,4% (-71,4 kJ/DME-mol)

Ref

orm

ing

z di

tlen

kiem

w

gla

2CH4 + CO2 + O2 3CO + 3H2 + H2O

Teoretyczna wydajno: 98,3%Aktualna wydajno: 87,0% (-30,4 kJ/DME-mol)

Produkcja DME

Synteza metanolu:

2CO + 4H2 2CH3OH Synteza DME:

3CO + 3H2 CH3OCH3 (DME) + CO2Dehydratacja metanolu:

2CH3OH CH3OCH3 (DME) + H2O

Oglny zapis reakcji 2CH4 + O2 CH3OCH3 + H2O 2CH4 + O2 CH3OCH3 + H2O

NAFTA-GAZ

634 nr 9/2012

Jeeli do produkcji DME zostan wykorzystane takie surowce jak: biometanol, biomasa bd biogaz, wwczas jest on formalnie [15] uznawany za biopaliwo (BioDME). Proces produkcji BioDME nie rni si istotnie od proce-sw produkcji DME z innych surowcw. Przykad schema-tu instalacji do produkcji BioDME z biogazu przedstawia rysunek 5. W przypadku, gdy jako surowiec zostanie uyty biogaz, dodatkowo wymaga on dokadnego oczyszczenia w celu przeciwdziaania zatruciu katalizatora.

Unia Europejska w znacznej czci finansuje dziaania zmierzajce do przemysowej produkcji i zastosowa Bio-DME [8]. Komisja Europejska przewiduje rozwj produkcji tego biopaliwa i do 2030 roku BioDME powinien zastpi

Stosowanie DME, jako paliwa do pojazdw samo-chodowych z silnikami z zaponem samoczynnym (CI), wymaga zmodyfikowania ukadw zasilania pojazdw oraz stworzenia systemu dystrybucji, analogicznego do LPG.

Systemy dystrybucji

Rys. 5. Schemat instalacji do procesu otrzymywania BioDME z biogazu

poow wglowodorowego oleju napdowego stosowanego w transporcie samochodowym. Zastosowanie BioDME w transporcie samochodowym moe zmniejszy emisj gazw cieplarnianych (GHG) o 9295% [4], w zalenoci od zastosowanego surowca i przy zachowaniu parametrw pracy silnika jak w przypadku wglowodorowego oleju napdowego.

Volvo Trucks prowadzi testy zastosowania Bio-DME (EUCAR-CONCAWE-JRC 2007 [17]) z uyciem 14 po-jazdw Volvo FH z 13 litrowym silnikiem CI, zasilanym BioDME. Badania eksploatacyjne bd prowadzone do koca 2012 r., po czym zostanie przeprowadzona wszech-stronna analiza rezultatw.

System dystrybucji DME, zaczynajcy si od pro-ducenta, a koczcy na stacji paliwowej (lub innym uytkowniku), jest analogiczny do systemu dystrybu-cji LPG. DME jest transportowany tankowcami, cy-sternami kolejowymi, cysternami samochodowymi lub

DME jako biopaliwo

artykuy

635nr 9/2012

DME jest uniwersalnym paliwem gazowym, o wysokiej liczbie cetanowej i pozostaych waciwociach zblionych do innych paliw gazowych tablica 2.

Niska temperatura samozaponu, natychmiastowe odpa-rowanie i niska emisja gazw cieplarnianych s powodem stosowania DME jako paliwa do silnikw z zaponem samoczynnym. Podstawowe waciwoci fizykochemiczne DME, istotne dla jego zastosowania jako paliwa silni-kowego, podano w tablicy 2. Budowa chemiczna i dua zawarto tlenu s powodem znacznego obnienia emisji czstek staych, a zmniejszenie emisji NOx jest moliwe przez ustawienie prdkoci wtrysku paliwa i zastosowanie systemu common rail (CR). Dlatego, z punktu widzenia procesu spalania w silnikach CI, DME zosta uznany za najbardziej obiecujcy substytut oleju napdowego.

Rys. 6. System dystrybucji DME na stacji paliwowej

1 cysterna samochodowa, 2 podwjny, zrywalny zawr, 3 wewntrzny zawr nadmiarowy, 4 pompa zanurzeniowa, 5 podziemny zbiornik magazynowy, 6 zawr bezpieczestwa, 7 jednokierunkowy zawr wlewowy, 8 zbiornik paliwowy

pojazdu, 9 w nalewczy, 10 zrywalny cznik, 11 kolumna dozujca

DME jako paliwo gazowe do silnikw CI

Jak podaj niektrzy autorzy [18], dostosowanie sys-temu wtrysku paliwa do pracy na DME okazao si nie tak proste, jak pocztkowo zakadano. Nieszczelnoci w ukadzie zasilania mog prowadzi do spalania ole-ju w silniku, z niepodanymi konsekwencjami emisji czstek staych. W szczeglnoci maa lepko DME jest powodem powstania problemw w zwizku z luzem wystpujcym w konwencjonalnych ukadach wtrysku paliwa. Prowadzi to do duych przeciekw. Z tego wzgldu wymagana jest take modyfikacja uszczelnie w pompie przy poprawie ukadu wtrysku. Ponadto, DME musi by cay czas w stanie ciekym, aby moliwe byo dokadne jego odmierzanie przed wtryskiem do cylindra.

Innym sabym punktem DME jest jego niedostateczna smarno, ktr jednak mona poprawi, wprowadzajc

rurocigami. Paliwo na stacj paliwow dostar-cza si cystern samochodow z niej jest ono przepompowywane do zbiornika podziemne-go lub naziemnego, zainstalowanego na stacji paliwowej, co take nie rni si od systemu dystrybucji LPG. Zasadnicze elementy stacji paliwowej DME przedstawiono na rysunku 6. Zdjcie komercyjnej stacji paliwowej DME w Szanghaju przedstawia rysunek 7. Stacje takie s coraz bardziej rozpowszechnione w uprzemysowionych regionach Chin.

Rys. 7. Stacja paliwowa DME (Shanghai Diesel Engine Co., Chiny)

NAFTA-GAZ

636 nr 9/2012

5002000 ppm dodatku smarnociowego, np. FAME. Ocze-kuje si, e dowiadczenie uzyskane ze stosowania meta-nolu w ukadach wtryskowych moe okaza si pomocne w wykonaniu trwaego, szczelnego ukadu wtrysku DME, pracujcego przy cinieniach wtrysku nieprzekraczajcych 30 MPa. Niewykluczone, e bdzie to wymagao pewnych modyfikacji konwencjonalnego ukadu wtrysku, bazujcego na pompie typu rotacyjnego oraz przeksztaceniu go na nowy ukad, oparty na pom-pie o zmiennym skoku lub na systemie CR.

Przykad schematu uka-du zasilania CR silnika CI przedstawiono na rysun-ku 8 [5].

Przy projektowaniu zbior-nikw pojazdw naley bra pod uwag fakt, e warto opaowa DME jest mniejsza ni warto opaowa oleju napdowego. Dla zrwno-waenia zawartoci energii, zbiorniki pokadowe na DME powinny by odpowiednio wiksze.

Pokadowe instalacje DME s podobne do instala-cji LPG. Eksperymentalnie

Rys. 8. Schemat ukadu zasilania CR silnika ZS, wg Tadanori Yanai [18]

1 zawr ograniczajcy cinienie paliwa, 2 CR, 3 czujnik CR, 4 wtryskiwacze, 5 regulator przepywu, 6 zawr zwrotny, 7 chodnica paliwa, 8 ssak, 9 zbiornik pojazdu,

10 pompa podajca, 11 filtr paliwa, 12 sprarka powtrnie skraplajca, 13 nadmiar DME, 14 pompa wysokiego cinienia

Tablica 2. Porwnanie waciwoci DME z innymi paliwami gazowymi

Waciwoci Jednostki DME Propan Butan LPG LNG

Gsto (ciecz) [kg/m3] 668 507,4 578,8 510580 716,8

Warto opaowa dolna [MJ/kg] 28,763 46,46 45,37 46,3 49,0

Warto opaowa dolna [MJ/l] 19,21 23,57 26,26 23,626,8 35,12

Warto opaowa dolna [MJ/Nm3] 59,3 91,25 118,46 91,0 35,9

Temperatura wrzenia [C] -25,1 -42,06 -0,50 a -161,58

Temperatura krzepnicia [C] -138,5 -189,9 -138,3 -160 -182,49

Przedzia ste zaponu %[V/V] 3,418,6 2,19,4 1,98,4 1,99,8 515

Temperatura samozaponu [C] 235 470 430 470 650

Temperatura zaponu [C] -41 -100 -60 -95-60 -188

Liczba cetanowa - 5560 5 10 7 0

Liczba oktanowa - n.o. 112 88,9 90110 110120

Liczba metanowa - 0 35 10,5 ~30 90

Prno pary w temperaturze [C] [MPa] 0,61 (25) 0,93 (25) 0,24 (25) 1,65 (65) -

n.o. nieoznaczalnaa zalena od proporcji skadu: propan-butan-buten

s stosowane zbiorniki na cinienie 0,9 MPa, z zaworem bezpieczestwa.

Aby unikn tworzenia si korkw gazowych i kawita-cji w przewodach paliwowych, pompa powinna podawa paliwo pod cinieniem od 1,2 do 3,0 MPa. DME nie jest aktywny korozyjnie, ale wymaga stosowania specjalnych materiaw na uszczelnienia.

artykuy

637nr 9/2012

ISO (International Standardisation Organisation) pro-wadzi prace zmierzajce do znormalizowania waciwosci DME, jako paliwa do silnikw z zaponem samoczynnym, oraz mieszaniny z LPG, jako paliwa komunalnego. Prace prowadzone przez Komitet Techniczny: ISO/TC28/WG13 wkrtce zostan ukoczone. Koncepcj wymaga jakocio-wych, dla ktrych punktem wyjcia byy wymagania norma-tywne na LPG (EN-589), przedstawi W. Grski i zesp [5].

Wymagania i metody bada DME

Tablica 3. Projekt wymaga jakociowych dotyczcych DME [14]

Parametr Jednostki

Wymagania

Na wyjciu z zakadu produkcyjnego

U kocowego uytkownika

Czysto, min. % [m/m] 99,5 98,5

Zawarto wody, maks. % [m/m] 0,050 0,050

Zawarto metanolu, maks. % [m/m] 0,030 0,030

Zawarto wglowodorw (powyej C4), maks. % [m/m] 0,050 1,00

Zawarto CO2, maks. % [m/m] 0,10 0,10

Zawarto CO, maks. % [m/m] 0,010 0,010

Zawarto mrwczanu metylu, maks. % [m/m] 0,050 0,050

Zawarto eteru metyloetylowego, maks. % [m/m] 0,20 0,20

Pozostao po odparowaniu, maks. % [m/m] 0,0070 0,0070

Zawarto siarki, maks. [mg/kg] 3,0 3,0a/

a/ zawarto siarki u kocowego uytkownika, bez dodatku zapachowego

Projekt wymaga jakociowych, na podstawie prac normalizacyjnych komitetu ISO TC 28/SC N 772 [14], przedstawiono w tablicy 3. Polska pocztkowo braa udzia w pracach normalizacyjnych DME, jednak ze wzgldw finansowych przedstawiciel PKN [5] zosta z nich for-malnie wycofany.

Reprezentatywne prbki DME do bada powinny by pobierane zgodnie z postanowieniami ISO 29945 [7].

Inne zastosowania DME

Eter dimetylowy, jako czyste paliwo, ma rne zasto-sowania, np. jako: paliwo do silnikw z zaponem samoczynnym (Diesla), paliwo do zastosowa komunalnych (np. domowe

kuchenki gazowe, paliwo turystyczne), paliwo do turbin gazowych, paliwo do ogniw paliwowych, paliwo do piecw przemysowych, kotw grzewczych, surowiec chemiczny, gaz do ukadw chodzenia,

propelant do aerozoli, substytut paliwa LPG.

We Francji s prowadzone prace zmierzajce do sto-sowania jako paliwa komunalnego mieszanin DME z in-nymi paliwami gazowymi: LPG, propanem czy butanem. Pozytywne rezultaty [1] uzyskano, stosujc mieszanki 30% DME z propanem paliwo P70 oraz z butanem paliwo B70. W Chinach mieszanina DME i LPG (20:80) jest w wielu miastach z powodzeniem stosowana jako paliwo do zastosowa komunalnych.

DME a rodowisko naturalne

DME jako paliwo w trakcie spalania w silnikach z za-ponem samoczynnym praktycznie nie powoduje emisji zwizkw innych ni ditlenek wgla. Jest to moliwe, poniewa zwizek ten nie zawiera wiza wgiel-wgiel oraz siarki. Taki skad eliminuje obecno czstek staych

(PM) oraz tlenkw siarki (SOx), ktre stanowi gw-n przyczyn zjawiska powstawania kwanych deszczy. Poza tym, wspczynnik emisji CO2 ze spalania DME jest o okoo 10% mniejszy od emisji tego gazu przez silniki pracujce na oleju napdowym [19].

NAFTA-GAZ

638 nr 9/2012

Stosujc DME jako paliwo silnikowe naley mie na wzgldzie, e przy obnieniu emisji wspomnianych gazw cieplarnianych ilo emitowanych niespalonych substan-cji, okrelanych jako THC, jest wiksza ni w przypadku naftowego oleju napdowego. Ponadto, przy spalaniu DME obserwuje si wzgldnie nisk emisj tlenkw azotu (NOx) [12]. Ilustruj to wyniki bada [6] emisji 5,9 litrowe-go silnika Cumminsa, przedstawione w tablicy 4. Wedug specjalistw Cummins Co., problemy zwizane z emisj NOx i THC mog by rozwizane poprzez wprowadzenie odpowiednich zmian konstrukcyj-nych ukadu wylotowego silnika.

Ocenia si [6, 9], e stosowa-nie DME jako paliwa silnikowego moe mie korzystny wpyw na zmiany klimatu. Jest to zwizane z krtkim czasem wtrysku paliwa, wynikajcym z waciwoci DME.

Porwnujc emisj zanieczysz-cze podczas spalania w silniku paliwa DME z olejem napdo-wym, zauwaono, e istotniejsze oddziaywanie na rodowisko, zwizane gwnie z emisj gazw cieplarnianych, wykazuje olej na-pdowy [16].

Silniki napdzane DME charakteryzuj si ma emisj haasu. DME jest mniej korozyjny w stosunku do mate-riaw konstrukcyjnych silnika, natomiast oddziauje na lakiery i niektre materiay uszczelnie. Nie wykazuje waciwoci kancerogennych i mutagennych. Nie wpywa take na powikszanie tzw. dziury ozonowej, poniewa jego czas przebywania w atmosferze jest krtki [12]. Eter dimetylowy nie wpywa negatywnie na system wodny i na gleb. Jest to zwizane z ma rozpuszczalnoci DME w wodzie i jego atwym przejciem do atmosfery.

Tablica 4. Porwnanie emisji silnika Cummins zasilanego DME i wglowodorowym olejem napdowym [6]

PaliwoCO

(g/bhp-hr)CO2

(g/bhp-hr)NOx

(g/bhp-hr)THC

(g/bhp-hr)PM

(g/bhp-hr)

DME 0,253 544,7 3,33 0,427 0,02

Olej napdowy 0,445 588,5 3.54 0,180 0,08

Rys. 9. Porwnanie emisji silnikw CI z zastosowaniem jako paliwa DME i oleju napdowego bez katalizatora [9]

Dotychczasowe dowiadczenia innych krajw

W wielu krajach DME jest produkowany na skal maso-w. Surowcem najczciej stosowanym do produkcji DME jest wgiel kamienny. Zakady produkcyjne zlokalizowane s przewanie w pobliu kopal wgla.

W Chinach produkcja DME technologi poprzez me-tanol oparta jest gwnie na wglu kamiennym (~ 80%), a tylko czciowo na gazie ziemnym (~ 20%). Powodem tego jest ograniczony dostp do ropy naftowej oraz re-latywnie nisze ceny wgla. Wedug Chen Wei Guo [2], w 2007 r. istniao 15 zakadw produkujcych DME z w-gla kamiennego, o wydatku od 0,1 do 1,2 mln ton/ rok (cznie 3,2 mln ton/rok). W budowie jest kolejnych 13

zakadw o planowanej produkcji 58 mln ton/rok. Dalsze plany (do roku 2020) przewiduj budow 12 zakadw o wydatku 0,53 mln ton/rok cznie 40 mln ton/rok.

DME jest stosowany jako paliwo komunalne oraz su-rowiec do produkcji poliolefin. Prowadzone s intensywne prace zmierzajce do powszechnego stosowania go jako paliwa silnikowego. Analogiczne dane (rysunek 10) przed-stawi Jean-Alain Taupy [13].

Nowe zakady produkcji DME s budowane take w wielu innych krajach tablica 5 [13].

W Szwecji uruchomiono w Pite (Chemrec/Topse) [8] dowiadczaln, pilotow produkcj BioDME z biomasy.

artykuy

639nr 9/2012

Surowcem jest odpadowa lignoceluloza (black liquor). O duym znaczeniu tego zamierzenia dla Szwecji wiadczy fakt, e kamie wgielny pod pierwszy na wiecie zakad produkcyjny BioDME pooy Krl Szwecji Karol Gustaw XVI (18 wrzenia 2009 r.). Udziaowcami w tym zamierzeniu s rzdy: Finlandii (50%), Szwecji (30%), Portugalii (8%) i UE (1,5%). Pozostae koszty pokrywaj uczestnicy konsorcjum, w skad ktrego wchodz firmy: CHEM-REC, DELPHI, ETC, HALDOR TOPSE, PREEM, TOTAL i VOLVO.

Rys. 11. Demonstracyjna instalacja NKK Corporation do produkcji DME, o wydatku 100 t/dob (Kushiro, Japonia), wedug de Mestier du Burg H. [3]

Rys. 10. Produkcja DME na wiecie (2010), wedug Jean-Alain Taupy [13]

Tablica 5. Zakady produkcji DME w budowie [13]

Koncern LokalizacjaPlanowana produkcja,

ton/rok

Mitsubishi Gas Chemical Zachodnia Australia 1 500 000

India DME Consortium rodkowy Wschd 1 800 000

DME International Corp. Zachodnia Australia 800 0001 500 000

NKK Corporation instalacja pilotowa Japonia (Kushiro) 1800

NKK Corporation Japonia (Kawasaki) 1820

Moliwoci wytwarzania i stosowania DME w warunkach polskich

Mimo e Polska posiada warunki do wytwarzania DME, prace zmierzajce do podjcia produkcji tego paliwa nie s prowadzone. W warunkach polskich DME moe by wytwarzany z wgla kamiennego oraz wgla brunatnego,

w ramach programu Czysty Wgiel, a w perspektywie z gazu z formacji upkowych oraz w niewielkich ilociach z biogazu (BioDME).

Na podstawie analizy dostpnych informacji doty-

Chiny(2008):

3,193,000ton/rok produkcja

4,423,000ton/rokwbudowie (2010)

17,467,000 ton/rokplanowane (20152018)

25,083,000ton/rokogemIran: 800,000 ton/rok:ZagrosPetrochemical

Japonia: 80,000ton/rokw NiigataEgipt: 200,000ton/rok

Australia: DemonstracyjnaInstalacjaFelton:220,000ton/rok

Szwecja: BioDME instalacjapilotowa

KoreaPoudniowa: instalacjapilotowa

Indonezja: ProjectPertaminaPTArrtu MegaEnergie :1,200,000ton/rok(20102013)

NAFTA-GAZ

640 nr 9/2012

czcych procesw produkcji DME w krajach wiodcych w omawianym zakresie, autorzy sugeruj, aby w Polsce proces ten oprze na: otrzymywaniu gazu syntezowego z wgla kamiennego

(Czysty Wgiel) lub/i metanu, syntezie metanolu (do rnych zastosowa), syntezie DME z metanolu.

Zakady produkcji DME powinny by zlokalizowane w pobliu rde surowcw.

Ocenia si, e w Polsce istnieje take moliwo pro-

dukcji BioDME. W takim przypadku gaz syntezowy moe by otrzymywany w procesie zgazowania odpadw ko-munalnych.

W gospodarce polskiej DME moe znale zastosowa-nie jako uniwersalne czyste paliwo komunalne, paliwo turystyczne, wynonik do sprayw, a w przyszoci jako paliwo do silnikw CI, paliwo do ogniw paliwowych, a take w wielu innych dziedzinach. Chcc, aby polska gospodarka rozwijaa si w tym kierunku, ju dzi naley rozpocz odpowiednie prace rozpoznawcze i badawcze.

Podsumowanie

Ze wzgldu na minimalny wpyw na rodowisko oraz mae emisje, przy jednoczenie stosunkowo niskiej progno-zowanej cenie, naley przewidywa, e eter dimetylowy (DME) w najbliszych latach stanie si wanym paliwem do silnikw z zaponem samoczynnym. DME moe by stosowany jako gazowe paliwo do silnikw CI, analogicz-nie jak LPG do silnikw z zaponem iskrowym.

Ze wzgldu na ograniczone zasoby ropy naftowej, pro-dukcja ciekych paliw silnikowych z ropy bdzie rwnie ograniczana. Do czasu opanowania przez ludzko moli-woci pozyskiwania taniej energii ze rde odnawialnych DME moe stanowi paliwo przejciowe.

Biorc pod uwag moliwo produkcji DME z wie-lu atwo dostpnych surowcw, w tym z wgla, gazu ziemnego, gazu ze z hydratw metanu, biomasy (Bio-DME), a w przyszoci z gazu z formacji upkowych, DME naley traktowa jako paliwo perspektywiczne na najblisze dziesiciolecia.

DME moe znale inne zastosowania, m.in. jako: paliwo do turbin gazowych w elektrowniach, paliwo ko-munalne, paliwo do ogniw paliwowych oraz jako surowiec dla przemysu chemicznego, ciecz chodzca, nonik do sprayw (dezodoranty, leki, kosmetyki, lakiery, rodki owadobjcze, rodki ochrony rolin itp.).

W wielu krajach (Japonia, Korea, Chiny, Francja, Szwecja, Australia, Indonezja, Indie) prowadzone s prace badawcze i technologiczne zmierzajce do uruchomienia produkcji DME w skali wielkotonaowej. Polska powin-na wczy si do tych prac ze wzgldu na dostpno surowcw (wgiel, gaz z formacji upkowych, biomasa) oraz przewidywany deficyt energii elektrycznej.

Postuluje si, aby w Polsce podj szeroko zakrojone prace badawcze, technologiczne oraz organizacyjne zmie-rzajce do uruchomienia produkcji i stosowania DME jako paliwa silnikowego oraz komunalnego, a take do wprowadzenia innych jego zastosowa.

Literatura

[1] Bollon F.: DME standardization; DME/LPG blends. POLBIOF2007. Krakw 2007.

[2] Chen Wei Guo: Aplication And Development of DME In China. 3rd International DME Conference & 5th Asian DME Conference. Shanghai, China. 21-24 September 2008.

[3] de Mestier du Bourg H.: Future prospective of DME. 23rd World Gas Conference. Amsterdam 2006.

[4] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/30/WE z dnia 23.04.2009. Zacznik IV.

[5] Grski W., Ksik A., Skolniak M.: Koncepcja wymaga jakociowych do eteru dimetylowego (DME), stosowane-go jako paliwo silnikowe. Przemys Chemiczny 2009, nr 88(3), s. 228233.

[6] Gray C., Webster G.: A Study of Dimethyl Ether (DME) as an Alternative Fuel Engine Application. Advancet En-gine Technology Ltd, TP 13788E. Canada. May 2001.

[7] ISO 29945: 2009 Refrigerated non-petroleum-based liqu-efied gaseous fuels Dimethylether (DME) Method of manual sampling onshore terminals.

[8] Landlf H.: Production of DME from Biomass and utilisa-tion as fuel for transport and for industrial use; European Project DME. 3rd International DME Conference & 5th Asian DME Conference. Shanghai, China. 21-24 Septem-ber 2008.

[9] McCandless J.: AVS Powertrain Technologies Inc.: Di-methylether: A Fuel for 21th Century. 6th IDA Meeting. Phoenix, Arizona, 2001.

[10] Ogawa T., Inoue N., Shikada T., Ohno Y.: Direct Dimethyl Ether Synthesis.

[11] Olah G. A., Goeppert A., Prakash G. K.: Beyond Oil and gas: The methanol Economy. Wiley-VCH. Weinheim 2009.

[12] DME Handbook, pod red. Kaoru Fujimoto, edycja angiel-ska, Japan DME Forum, 2006.

[13] Taupy J-A.: Emergence of DME. 2nd Conference on Gaseous Fuel. Goa, India. February 2009.

[14] TC1 N 772 ISO/TC 28/SC 4 N772 Petroleum products Fuels (class F) Specifications of Dimethylether (DME) Draft.

artykuy

641nr 9/2012

[15] Ustawa z dnia 25 sierpnia 2006 r. o biokomponentach i bio-paliwach ciekych (Dz.U. z 2006 roku nr 169, poz. 1199).

[16] Wasilewski M.: Wprowadzenie do zagadnienia: Czym jest carbon footprint? [w:] Metodyka wyliczania carbon footprint. Podsumowanie seminarium Ministerstwa Go-spodarki oraz CSRinfo, 2009.

[17] Well-to-Wheels analysis of future automotive fuels and powertrains in the European context WELL-to-WHEELS Report 010307. Version 2c. March 2007.

[18] Yianai T.: Development and Engine Bench Testing a Com-mon Rail Type DME Injection System. 3rd International DME Conference & 5th Asian DME Conference. Shanghai, China. 21-24 September 2008.

[19] Zhang L., Huang Z.: Life cycle study of coal-based dimethyl ether as vehicle fuel for urban bus in China. Energy 2007, nr 32, s. 18961904.

Mgr Magdalena Monika JABOSKA ukoczy-a studia na Uniwersytecie Kardynaa Stefana Wy-szyskiego, kierunek ochrona rodowiska. W latach 20072010 pracowaa w Instytucie Paliw i Energii Odnawialnej na stanowisku referenta ds. normaliza-cji. Od 2010 roku pracuje w Instytucie Nafty i Gazu, Oddzia Warszawa. Wspautorka prac badawczych, z dziedziny ochrony rodowiska.

Dr in. Wiesaw GRSKI pracownik Pionu Technologii Nafty Instytutu Nafty i Gazu w Kra-kowie. Przewodniczcy Komitetu Technicznego 222 ds. Przetworw Naftowych i Cieczy Eksplo-atacyjnych PKN. Autor lub wspautor ok. 50 prac naukowych i technicznych, 35 patentw i wzorw uytkowych oraz ok. 150 publikacji i 3 ksiek, z dziedziny materiaw pdnych i smarw.

Biuro do spraw Biopaliw

Zakres dziaania:

badanie i dziaania wspierajce rozwj biokomponentw, biopaliw wyszych generacji;

rozwj technologii konwersji biomasy staej, w tym zaliczanej do agro oraz odpadowej, do produkcji biopynw przeznaczonej na cele energetyczne;

ocena zgodnoci produktw biodegradowalnych (biomasy, biopaliw i biopynw oraz rodkw specjalnych) z kryteriami zrwnowaonego rozwoju;

wspieranie przemysu we wdraaniu nowych rozwaa systemowych i politechnologii w skali rozproszonej;

przygotowywanie ekspertyz i analiz technicznych w przedmiotowym zakresie.

Kierownik: dr in. Arkadiusz MajochAdres: ul. Kasprzaka 25, 01-224 WarszawaTelefon: 22 631-08-42Faks: 22 632-63-13E-mail: majoch@inig.pl