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日本二甲醚加注站及其技术

  日本从上世纪九十年代开始大规模的开展DME应用研究,在DME研发方面取得了相当多的成果,最为重要的是在日本政府的资助下,十几家日本相关企业组建了一个DME发展联合会,建立了一条从DME燃料生产线、DME运输车对队、若干示范加注站,并开发出多种DME发动机汽车(主要替代目标为原来的柴油车型,如载重卡车、公交车、中型客车等)进行路试的完整产业链,并提出了DME民用那、车用燃料行业标准,其中取得的成就值得我们借鉴。

1、加注站及相关技术
  日本现有车用DME加注站4座,由日本DME联合会的几家企业建设、运营管理(中央精工,东邦燃气,岩谷、伊藤忠等企业),各加气站的加注方式不尽相同:落差式重力加注系统;类似于LPG的自增压加注系统;氮气加压加注系统。
  在加注站关键技术中,日方解决了DME专用橡胶件、计量系统、加注枪系统(加注口径标准没有确定,目前沿用LPG装置)、储罐、系统控制仪表等技术,但是润滑剂添加当量、扩散速度及混合方式、DME燃料系统通用口径、车用燃料瓶规格、DME专用泵、加注站氮气溶解进DME等问题没有最终解决。日本国内没有石油、煤、天然气,无论汽油、柴油,还是DME都需要进口,对他们来说原料价格都无法控制,且日本国内的汽车已经实行相当于欧四的排放标准,在目前的价格体系下,在经济、环保上他们都没有商业运营DME车的实际需求。因此DME加注站相关标准还处在准备阶段,储罐容积、设计规范、消防等方面的工作都没有制订,都完全参照LPG系统,但是形成了一个重要的标准——二甲醚车用、民用燃料行业标准。日方所有的研究都是严格控制在日本现有法律的框架下,因为一旦突破这个框架,很多的工作都要重新开始,投入也要增加,在现在没有明朗的市场前景的情况下,这种突破日本方面还没有企业愿意承担。
  由于日本的DME加注系统都应用在示范运营站上,加注速度都较低(20~30L/min),在车用DME燃料瓶大于现有柴油车燃料瓶的基础上,加注时间过长(一台公交车的加注时间在20分钟左右),很难满足商业运营的要求。因此我们在国内开展DME加注站的研究应集中在泵加注的方式:一是其他的加注方式已有现实成果,且工艺相对简单,我们无需多费精力在此;二是泵加注方式(地面泵、潜液泵,而潜液泵又更符合大城市加气站建设的相关要求)流量大、加注速度容易控制,能避免氮气混入DME释放后产生的压升给燃料瓶带来的放散危险,便于燃料添加剂的混合。这方面的工作欧洲沃尔沃公司有较为先进的理念和技术,已经有多篇技术专著和多项技术专利,并且已成功开发出DME小型发动机组为为主体的热电三联供系统(此系统在下一节有详细的介绍)。
  我们还要关注的一个问题是,DME燃料热值低于柴油,因此在保持同样续驶里程上,DME车的燃料罐将大于现有柴油车燃料罐。要保证加注速度,加注口径势必会增大,因此加注站开发要紧密和车用燃料系统开发紧密联系,在加注要求和车用燃料系统双方面的角度,共同来确定最优的加注通径,形成统一的规格尺寸,避免异地异尺寸。日本方面很关注中国的加注规格,希望和中国形成标准联盟,这也从另一个方面反映了他们偏注于车的应用,以及未来向中国出口DME汽车。

2、DME发动机技术
  日本大发柴油机株式会社已经开发出100~2 000kw的DME发电机组,中央精工则开发出了8.2kw的小型DME三联供机组。由于厂商出于技术上保密,没有非常确切的给出有参考价值的燃料消耗量。但是通过他们提供的资料,对比参考国内上柴厂的相关指标,我们可以初步判断在相同热值下,DME发动机的效率比柴油机高15~20%,预计DME与柴油的替代比在1.35~1.55之间,如果上海柴油机厂能最终将其变成现实,这对DME燃料供应商来说是个福音。
  我本人从头参与了上海车用DME项目,但参与这个项目,一直以来我最重要的关注点不在车,因为新奥不是丰田公司,整体的关注点更集中在DME发动机,以及可能形成的DME发电机组,这是柴油发电机的良好替代品。在中国东部沿海个体经济地区,随着经济的进一步发展,负荷高峰电力的紧缺将会进一步加剧,分布式能源利用方式将逐渐成为主要能源供给方式。一旦更加高效、低污染的中小型DME发动机组开发成功,我们可以在现在的江浙、广东、福建地区为用户提供DME分布式能源解决方案,每家配备一个DME燃料罐就可以解决电力、空调、热水以及燃烧的需求,这种技术也许会给我们的能源分销带来革命性的变化,而这也正是目前日本城乡LPG应用的实情,屋外挂的LPG燃料罐解决家庭的主要能源供给。
  现在日本已经开发出小型DME热电联供技术,而上柴也正在积极攻关,我们无法制造发动机,但是我们可以利用这些技术,尝试推动DME发动机技术的发展,在解决车用加注的同时形成民用加注的方案,与关键技术厂商形成共享自主知识产权,在未来的市场中形成双赢。

3、DME燃烧设备及其他应用
  岩谷产业株式会社有一个国家级的DME燃烧实验室,在DME流动性能,燃烧性能方面做了很多工作,但是此次日本之行,日本方面并没有安排参观这个实验室。
  该实验室目前主要进行的工作有工业和民用燃烧器具、燃料添加剂、DME涡轮发电燃烧器、燃油喷射泵的相关实验,这些都是很基础性的工作,一旦突破将会带来广阔的市场,沃尔沃虽然主业车用,但是在燃烧研究方面有很高的水平,也做了相当多的工作,而国内还没有相关的机构系统进行这些工作。

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