前言：近年来，我国对石油进口的依赖程度迅速增加，发展石油替代品，开发清洁能源成为能源战略的重要选择。二甲醚作为替代能源渐显优势，得到了世界各国的广泛重视。我国有丰富的煤炭和天然气资源，以煤或天然气为原料采用自主开发与引进相结合生产二甲醚，建立清洁能源基地，减少环境污染，是综合解决能源问题的新途径。
1. 二甲醚的性质与用途
二甲醚(DME)是一种无色气体，具有轻微的醚香味，室温下的蒸气压力约为0.5 MPa，它与液化石油气的物理性质很相似。二甲醚具有惰性、无腐蚀性、无致癌性、几乎无毒。与二乙醚不同，二甲醚在空气中长期曝露不会形成过氧化物。二甲醚的饱和蒸气压低于液化气，储存运输比液化石油气更安全，并且燃烧性能好，热效率高，燃烧过程中无残渣、无黑烟，CO、NO排量低，二甲醚还可掺入石油液化气、煤气或天然气混烧并能提高热量，≥95％二甲醚可直接作为替代液化气的燃料使用。所以，它将可能是取代液化气的一种理想的清洁燃料。此外，二甲醚还可用做化工原料，主要用于制造喷雾油漆、杀虫剂、空气清香剂、发胶、防锈剂和润滑剂等。
2．国内外二甲醚研发进展
二甲醚的生产方法最早是由高压甲醇生产中的副产品精馏后制得，随着低压合成甲醇技术的广泛应用，副反应大大减少，二甲醚的工业生产技术很快发展到甲醇脱水或合成气直接合成工艺。甲醇脱水法包括液相甲醇法和气相甲醇法，前者的反应在液相中进行，甲醇经浓硫酸脱水而制得，但因该法存在装置规模小、设备易腐蚀、环境污染、操作条件恶劣等问题，逐步被淘汰。近年来，二甲醚的需求量增长较大，各国又相继开发投资省、操作条件好、无污染的新工艺，主要包括二步法和一步法。
二步法先由合成气制取甲醇，然后将甲醇在催化剂下脱水制取二甲醚。以前主要采用硫酸作催化剂，现在大多采用由γ-Al2O3/SiO2制成的ZSM-5分子筛作催化剂，性能优良，选择性好，故能制备出高纯的二甲醚，还能避免污染。
一步法由合成气直接制取二甲醚，包括合成气进入反应器内同时完成甲醇合成与甲醇脱水两个反应和水-煤气变换反应，产物为甲醇与二甲醚的混合物，混合物经蒸馏分离得二甲醚，未反应的甲醇返回反应器。一步法多采用双功能催化剂，一般由两类催化剂混合而成，其中一类为合成甲醇催化剂，另一类为甲醇脱水催化剂。合成甲醇催化剂包括Cu-Zn-Al(O)基催化剂，如BASF、S3-85和I-CI-512等。甲醇脱水催化剂有氧化铝、多孔SiO2-Al2O3、Y型分子筛、ZSM-5分子筛、丝光沸石等。一步法根据反应器类型分为固定床和浆态床两种。
一步法制二甲醚的反应可分为以下几步：
CO+H2—>CH3OH -ΔH=90.7kJ/mol (1)
2CH3OH—>CH3OCH3+H2O -ΔH=23.5kJ/mol (2)
CO+H2O—>CO2+H2 -ΔH=41.2kJ/mol (3)
总反应式：3CO+3H2—>CH3OCH3+CO2 -ΔH=246.1kJ/mol (4)
一步法与二步法相比较，各有优势。一步法中CO的转化率远高于二步法，但在一步法中，由于三个反应必须同时发生，且三个反应均为放热反应，这就要求所用的催化剂有很好的耐热性，在高温下具有高选择性。一步法生产的二甲醚一般用作醇醚燃料，若想生产高纯度，还需进一步分离提纯。二步法的转化率虽然不如一步法高，但是它具有生产工艺成熟，装置适应性广，后处理简单等特点，既可直接建在甲醇生产厂，也可建在其它公用设施好的非甲醇生产厂。与一步法相比，二步法合成流程稍长，但两类催化剂装在不同反应器，互不干扰。从目前的技术发展趋势来看，一步法具有流程短、设备效率高、操作压力低和CO单程转化率高等特点，使得设备投资费用和操作费用大大减少，合成二甲醚的生产成本较两步法大幅度降低。因此，一步法经济上更加合理，市场上更具竞争力，总体上来说更具技术优势。
根据反应过程的相态和工艺特点来分，合成气一步法制二甲醚工艺主要有两相法和三相法之分。两相法又称气相法（GPDME），三相法又称液相法（LPDME）。气相法主要在固定床反应器中进行，合成气在固体催化剂表面进行反应，如果使用富碳合成气，则催化剂表面会很快结炭而失活，因此气相法只能使用富氢合成气（H2/CO远大于2），并在低转化率情况下操作（未反应的合成气大量循环）。气相法主要技术工艺有丹麦托普索公司的TIGAS法和日本三菱重工业公司与COSMO石油公司联合开发的ASMTG法。液相法主要在浆态反应器中进行，CO、H2和二甲醚为气相，惰性溶剂为液相，悬浮于溶剂中的催化剂细粉为固相。由于液相的热容大，因此液相法很容易实现恒温操作，而且催化剂颗粒表面为溶剂所包围，结炭现象大为缓解，因此可使用富碳合成气为原料。目前，中国清华大学、美国空气化学品公司和日本的NKK公司均正在致力于开发用浆态反应器由合成气一步法合成二甲醚的产业化技术，并且于上世纪末本世纪初分别进行了中试，为大规模的二甲醚生产奠定了基础。
目前国内二甲醚技术研发单位主要有山东久泰化工科技股份有限公司、清华大学化工系、兰化公司研究院、浙江大学、杭州大学催化研究所、中科院大连化物所、太原理工大学、华东理工大学化工学院、化工部西南化工研究院等。
山东久泰化工科技股份有限公司李继进、李奇父子，长期致力于能源化工研究，积极攻关二甲醚技术，经过反复实验研究，在2001年开发出一种低成本、高效率的二甲醚生产方法，即“液相法复合酸脱水催化生产二甲醚”，并申请了中国专利。2002年7月，山东省科技厅组织专家对该项目进行鉴定，认为该项生产技术达到国际领先水平，解决了生产二甲醚过程中的世界性难题。在2004年5月国家知识产权局举办的中国国际专利与名牌博览会上，该项专利技术获得金奖，山东久泰化工科技股份有限公司被评为“中国专利十佳企业”。
清华大学化工系在金涌院士的主持下，开发出浆态床一步法合成二甲醚技术，小试已通过国家教委组织的技术鉴定，已达到具有国际先进水平。2003年清华大学与重庆英力燃化有限公司联合投资2000万元建设3000t/a二甲醚中试装置，于2004年4月底投入运行，并产出合格二甲醚产品。重庆英力燃化有限公司将在此基础上，开展技术跟踪及相关配套产业化工作，并建设大规模工业化生产装置。
从反应结果来看，清华大学所开发的循环浆态床二甲醚生产技术结果明显优于美国空气产品公司的LPDMETM工艺和日本NKK公司的中试结果，CO单程转化率有了很大的提高。同时，反应过程中还副产中压蒸汽（2.0MPa），能量利用率高。LPDMETM工艺中使用的催化剂对水很敏感，因而只能利用低H2/CO摩尔比的合成气联产甲醇和二甲醚，无法提高DME的选择性。清华大学所开发的循环浆态床二甲醚生产工艺中采用自行开发的催化剂，二甲醚选择性达到94%以上，并且在试车运行过程中未见明显的催化剂失活现象，表明此催化剂具有较好的稳定性。
但一步法制二甲醚时，生成一分子二甲醚就会产生一分子CO2，即在生产过程中有三分之一的CO被生成了CO2，不仅增加了原料气消耗，CO2的排放从环保角度考虑是不希望的，从资源保护上看也是一种浪费。
由化学反应式可知，在制二甲醚过程中理论上H2和CO的摩尔比为1：1，而一般方法制气，如以煤为原料的固定床空气气化所制的煤气、以天然气为原料采用蒸汽转化或纯氧制气所得的煤气，都达不到这一要求。为此将CO2回收利用就具有重要意义。
CO2加氢直接合成DME工艺作为合成DME的一种新路径正处于探索阶段。CO2是地球上最丰富的碳资源，由它引起的温室效应已给人类生态平衡带来了巨大的损失。因此，以CO2为原料合成各种化学品来实现CO2的循环利用已引起各国研究者的兴趣。由于CO2加氢制甲醇受到热力学平衡的限制，使人们开始关注CO2加氢直接制DME。这样就可打破CO2加氢制甲醇的热力学平衡，提高CO2的转化率。我国大连化学物理研究所这方面也作了大量工作，目前正准备建工业示范装置，利用CO2与H2反应制甲醇及二甲醚，国内外科研人员都进行了大量工作，取得了一些成果，但CO2转化率只有14～29%，二甲醚的选择率也只有50%左右，因此，此项技术有待于进一步提高。
3．国内二甲醚生产进展
国内二甲醚生产起步较晚，20世纪90年代初，我国仅有江苏吴县合成化工厂、武汉硫酸厂等少数几个厂家生产，且规模较小，年总产量仅3000吨左右。
1994年，广东中山市精细化工实业公司采用西南化工研究院技术建成2500t/a高纯度二甲醚装置；1995年，成都华阳威远天然气化工厂建成2000t/a二甲醚装置；之后，安徽省蒙城县化肥厂、浙江诸暨新亚化工公司、广东江门氮肥厂和浙江义乌光阳化工实业有限公司也纷纷建成1000～2500t/a二甲醚装置，这些千吨级装置的建成投产，标志着我国二甲醚生产有了长足的进步。
2002年，山东久泰化工科技股份有限公司采用自主开发的液相两步法工艺技术建成5000t/a二甲醚装置，接着在2003年10月建成3万t/a二甲醚装置；2003年底，重庆英力燃化公司采用清华大学浆态床一步法建成3000t/a二甲醚示范装置并试车投产。山东久泰化工公司万吨级二甲醚装置和重庆英力燃化公司浆态床一步法二甲醚装置的成功投产，标志着我国二甲醚生产有突破性的发展，并跻身世界先进行列。
与此同时，20世纪90年代建成的3000t/a以下二甲醚装置，与近年来建成的新装置相比，规模小、工艺技术落后、生产成本高，没有竞争力，大多数处于停产或半停产状态。
目前国内仅大陆的二甲醚生产能力就达到7万t/a左右，年产量约4万吨。中国台湾的二甲醚生产能力在2万t/a左右，年产量约1.5吨。中国大陆和中国台湾的二甲醚生产能力加起来一共9万t/a左右，约占全球30%，所以可以说我国已成为二甲醚生产大国。
鉴于二甲醚市场前景看好，以及二甲醚生产技术的发展，国内有许多地方在建设或计划建设二甲醚项目，从发展趋势上看，二甲醚装置规模向大型化方向发展，将从目前的万吨级升级到十万吨级，再升级到百万吨级；生产技术向一步法发展，尤其是液相浆态床一步法；原料则继续保持煤与天然气并举的局面，各地因地制宜，选择煤或天然气。
目前我国有6个煤化工基地正在规划建设二甲醚生产线，其规模均在60万吨／年以上。其中山东临沂准备投资40亿元兴建100 万吨／年的当今世界上规模最大的二甲醚生产线。二甲醚能代替柴油作为汽车的燃料。它的大量面世能弥补我国石油储备不足的问题。
4．二甲醚发展建议及未来发展前景
4．1市场定位
二甲醚作为日用化工原料及化工中间体等虽然利润高，经济效益好，但受市场需求的制约，目前以致较长时间还不可能成为二甲醚的大市场。 随着我国经济的发展，石油消耗不断增加，特别是柴油的需求量增加较快。而我国是一个石油贮量相对贫乏，煤炭资源十分丰富的国家，煤炭的开采年限比石油长得多，如何利用丰富的煤炭资源将其转化为洁净燃料，以替代石油产品，不仅充分利用了我国的资源优势，而且具有重要战略意义。
由此可见，除在化工原料市场应加大下游产品的开发力度外，二甲醚工业的发展应主要立足于燃料市场 ，这是一个广阔的巨大的潜在市场。这一市场在国内外也引起广泛重视。
4．2. 技术目标
虽然我国一步法制二甲醚已经迈出了坚实的步伐，但应清楚地看到，在技术上我们还有许多工作要做。由于我国科研体制正处于转型阶段，经济实力的限制等诸多因素的影响，我们的科研进度，技术转化方面还存在不少问题，这些都会直接影响我们尽快赶上世界水平的步伐。
我国二甲醚技术发展中首先应解决的几个问题：a)先进、高效、廉价的煤制气工艺及设备；b)适应于装置大型化二甲醚反应器的开发；c)以煤为原料制二甲醚生产过程中产生的CO2的利用；d)高CO转化率及二甲醚选择性的催化剂；e)经济的二甲醚分离、提纯技术等。
4．3建厂条件
二甲醚作为燃料工业，要求产品应能与石油产品相竞争，为达到这一目的，二甲醚装置时必须具备投资省，原材料价格低，一定的规模等条件，由于我国幅员广大，在地域上还应充分利用地方、企业的优势，结合本地区市场建设不同规模的生产装置。
对于大型装置应选择在原料（煤或天然气）资源丰富、电力充足的地方建厂，由于原材料便宜，生产规模大，产品成本低，市场竞争力强。大型企业应担负起国家能源骨干的作用。
二甲醚建在合成氨厂也是一个较好的选择，它可以利用合成氨厂装置的富余生产能力和公用工程设施及管理、技术人材，从而大大节省投资，由于投资少可弥补因原材料价格较高的不足，再加上运输距离短，产品成本还可以较低，因而同样会有生存空间。
同时， 各地在发展二甲醚产业中应充分进行社会调查，根据自身条件及市场需求作出判断，防止盲目投资给企业造成损失
4．4 发展二甲醚工业应争取各方面的支持
二甲醚作为燃料虽然市场巨大，前途看好，但还有不少问题摆在我们面前，这些问题有的需要靠企业自身的努力去解决，有的则需要各方面的帮助，特别是政府的帮助才能解决。
作为民用燃料，由于人们习惯于石油液化气，对二甲醚的认识不足，这就需要生产企业进行宣传，作试点、推广工作，只有人们认识了它的好处，接受它，才能打开市场大门。
二甲醚作为车用燃料，涉及到方方面面的工作，如发动机的改造，供应站的建立，环保政策等等，这些除了企业的努力外，更需要国家政策的扶持，否则是难以推广的。 作为国家新兴能源产业，应努力争取国家有关部门在产业化及配套政策上加以扶持，以促进我国二甲醚工业的快速、健康发展 。
二甲醚以煤炭为原料。我国石油储量不多，预计再开采50年左右就有可能枯竭，而煤炭或天然气的储量十分丰富，预计开采100年都没有问题。二甲醚十六烷值高，蒸发潜热大，用它代替柴油作为汽车的燃料，可使发动机的功率提高10％到15％，热效率提高2％到3％，燃烧噪声可以降低5到10分贝。而且氮氧化物、一氧化碳等污染物的排放量也很低，可以满足欧洲Ⅲ号排放标准，所以有人说它是一种超清洁燃料。可以预料在不久的将来将有大量的二甲醚面世，它很有可能成为未来中国能源的新锐。
编者按：综上所述，二甲醚是一个具有发展前景的新兴产业，它对国民经济的发展，能源结构调整，环境保护都具有十分重要意义。 建立以二甲醚为中心的能源系统，当前面临的最大挑战是开发高效低廉的二甲醚生产技术，积极吸收与开发新技术，降低成本，同时加大宣传与推广力度，将其纳入发展绿色能源、解决能源安全问题的重要课题，并给于政策支持，为我国加快可持续发展的能源战略实施提供新途径，使这一新的清洁能源尽快产业化。