01煤制油的出現(xiàn)
講煤制油的故事，繞不開德國(guó)。
可以說(shuō)煤液化的技術(shù)都是德國(guó)人原創(chuàng)的，煤氣化的技術(shù)，要么是德國(guó)人原創(chuàng)的，要么是在德國(guó)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的。
100多年前，當(dāng)歐洲的化學(xué)家們從煤焦油中提取出各種稀有化學(xué)品并獲得巨大利潤(rùn)后，化學(xué)家們似乎相信什么物質(zhì)都可以從煤炭中變出來(lái)。
于是化學(xué)家們的目光又從煤焦油轉(zhuǎn)向了合成氣的研究，不出意外，合成氣的研究又使得一批人發(fā)了財(cái)。
當(dāng)人們不再單純利用煤炭所蘊(yùn)含的能量，其蘊(yùn)含的元素和結(jié)構(gòu)開始爆發(fā)出力量。
1914年7月27日，德國(guó)在魯爾工業(yè)區(qū)成立了凱撒威廉（Kaiser Wilhelm）煤炭研究所，這是以當(dāng)時(shí)德國(guó)皇帝凱撒.威廉二世冠名的煤炭研究所，也是世界上第一個(gè)專門研究煤炭利用的科學(xué)機(jī)構(gòu)。
當(dāng)時(shí)在這個(gè)研究所工作的有兩位猛人，這兩位老兄在煤制油的歷史上留下了種種傳奇，當(dāng)今一切的煤炭間接液化都與這兩人有關(guān)。
一個(gè)是研究所的所長(zhǎng)費(fèi)舍爾（Fischer），一個(gè)他的助手叫托普斯（Tropsch），這兩個(gè)人合作發(fā)明了費(fèi)托合成(F-T 合成)，為日后煤炭間接液化奠定了基礎(chǔ)，當(dāng)然，這個(gè)反應(yīng)是以他倆的名字命名的。
凱撒.威廉（Kaiser Wilhelm）煤炭研究所成立典禮上，所長(zhǎng)費(fèi)舍爾（Fischer）說(shuō)了發(fā)人深省的話。我們來(lái)看看他當(dāng)時(shí)是怎么說(shuō)的。
“煤炭是我國(guó)能源和資源的寶庫(kù)，對(duì)德國(guó)的未來(lái)有不可估量的價(jià)值。對(duì)煤炭的研究決不能自己不做而讓其他國(guó)家去做，否則我們將會(huì)因忽視這樣重要的研究領(lǐng)域而受到歷史的責(zé)備”。Fischer鄭重地說(shuō)。
研究所成立的日子，也是一個(gè)特殊的日子，就在第二天，也就是1914年7月28日，德國(guó)向塞爾維亞宣戰(zhàn)，第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)。
雖然化學(xué)家們一直沒(méi)有研究明白煤炭的化學(xué)結(jié)構(gòu)，但對(duì)煤炭的基本化學(xué)構(gòu)成做了大量的研究。
人們發(fā)現(xiàn)，煤碳的氫碳原子比接近1，石油氫碳原子比接近2，天然氣氫碳原子比接近4，從煤炭到石油，再到天然氣，氫碳原子比是逐步提高的。
這也就意味著，通過(guò)調(diào)整煤炭的氫碳原子比，可能得到石油和天然氣。這就出現(xiàn)了兩種路線，一種是對(duì)煤炭加氫，增加氫的比例，一種是對(duì)煤炭進(jìn)行去碳來(lái)調(diào)整氫碳原子比。
這就是煤制合成油的兩種路線，煤炭加氫直接液化，煤炭去碳間接液化。
費(fèi)托合成就是間接液化的代表，在費(fèi)舍爾和托普斯發(fā)明費(fèi)托合成之前，德國(guó)人已經(jīng)在這個(gè)領(lǐng)域開展了類似的工作。
因?yàn)閷?duì)高壓氫化技術(shù)的看好，德國(guó)有個(gè)叫貝吉烏斯（Bergius）的化學(xué)家投身于此。1911年6月，貝吉烏斯在研究水煤氣時(shí)，實(shí)現(xiàn)了煤的人工合成，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)人工煤和合成煤可以實(shí)現(xiàn)氫化反應(yīng)。
1913年夏天，通過(guò)對(duì)人工煤的研究，貝吉烏斯發(fā)現(xiàn)人工煤可以分解成小分子產(chǎn)物，于是他決定在天然煤氫化方面試一試。
這是一個(gè)見證奇跡的時(shí)刻。1914年，貝吉烏斯把150kg的煤放到油里，通入5kg氫氣，對(duì)煤進(jìn)行催化加氫，當(dāng)溫度達(dá)到400℃，壓力達(dá)到200個(gè)大氣壓時(shí)，得到了柴油和汽油的混合物，這就是煤炭直接液化過(guò)程。
因?yàn)閷?duì)高壓氫化技術(shù)的貢獻(xiàn)，貝吉烏斯獲得了1931年的諾貝爾獎(jiǎng)，這也是迄今為止，研究煤炭的人獲得的唯一一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)。
但這個(gè)反應(yīng)條件實(shí)在是太苛刻了，在那個(gè)年代，根本沒(méi)有多少企業(yè)能夠去干這個(gè)。1915年貝吉烏斯開始建造煤氫化工藝的設(shè)備，1918年一批工業(yè)家和金融家也開始建立煤氫化工廠，但煤炭直接液化尚有許多問(wèn)題沒(méi)有解決，加之第一次世界大戰(zhàn)后期，德國(guó)從羅馬尼亞掠奪到石油，制造合成油就不那么重要了。
貝吉烏斯法的產(chǎn)業(yè)化困境引起了Fischer和Tropsch的關(guān)注，他們決定換個(gè)思路。
在這之前，還有另外一項(xiàng)引人注目的發(fā)現(xiàn)，1902年，法國(guó)化學(xué)家保羅·薩巴捷（Paul Sabatier）和讓-巴蒂斯特·森登斯（Jean BaptisteSSenderens）提出了CO與H2轉(zhuǎn)化為CH4的可行性，并成功利用合成氣制備了甲烷。
Fischer和Tropsch決定利用這個(gè)技術(shù)路線去試一試，既然合成氣可以制備碳一化合物，那可不可以制備碳數(shù)更高的汽油和柴油呢。
答案是顯而易見的，1925年,通過(guò)對(duì)催化劑的改良，夢(mèng)寐以求的結(jié)果出現(xiàn)了，這兩仁兄成功利用合成氣獲得了液體烴類燃料，7月，Fischer和Tropsch向?qū)＠痔峤涣藢＠M(fèi)托合成正式出現(xiàn)。
1931年二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，戰(zhàn)爭(zhēng)的出現(xiàn)，某種程度上推動(dòng)了煤液化的進(jìn)程。
1934年德國(guó)魯爾化學(xué)公司采用費(fèi)托合成工藝建成了世界第一座年產(chǎn)7萬(wàn)噸的煤炭間接液化工廠。到1945年二戰(zhàn)結(jié)束時(shí)，德國(guó)共建成21家工廠，采用直接液化技術(shù)的有12家，采用費(fèi)托合成的有9家，高峰時(shí)期年產(chǎn)油品560萬(wàn)噸。
整個(gè)二戰(zhàn)期間，德國(guó)近三分之二的飛機(jī)燃料和超過(guò)一半的汽車、裝甲車用油，都是由煤制油供應(yīng)。
二戰(zhàn)后，以蘇聯(lián)為首的華約和以美國(guó)為首的北約占領(lǐng)了德國(guó)，將德國(guó)分成了東德和西德，從德國(guó)獲取了煤制油裝備和技術(shù)資料。
1952年，前蘇聯(lián)利用德國(guó)煤直接液化技術(shù)和設(shè)備，建成投產(chǎn)11座單臺(tái)產(chǎn)能4-5萬(wàn)噸/年的裝置，運(yùn)行7年后停產(chǎn)改作他用。
此后，由于中東石油的大規(guī)模開發(fā)，石油價(jià)格下降，煤液化產(chǎn)品無(wú)法與石油競(jìng)爭(zhēng)。這使得投資巨大、工藝流程復(fù)雜的煤制油技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程嘎然而止，使全世界對(duì)煤制油失去了興趣。
02薩索的崛起
然而，在遠(yuǎn)離世界中心的南非，一個(gè)名叫薩索（Sasol）的煤制油公司即將出現(xiàn)在世界舞臺(tái)，這家公司在不久的未來(lái)將在全球煤制油領(lǐng)域掀起巨大風(fēng)浪。
而這家企業(yè)的發(fā)展歷程，對(duì)我們國(guó)家煤炭清潔高效利用也有著很大的啟示。
說(shuō)來(lái)也奇怪，煤制油是個(gè)高技術(shù)門檻、高資本投入的行業(yè)，二戰(zhàn)結(jié)束后蘇聯(lián)和美國(guó)也是靠搬走了原德國(guó)的技術(shù)裝備和技術(shù)資料才建了那么幾套裝置，即便如日本這樣的國(guó)家，在德國(guó)的指導(dǎo)下也沒(méi)搞出個(gè)樣子。
況且煤制油成本奇高，德國(guó)人在二戰(zhàn)期間大量發(fā)展煤制油，那是因?yàn)閼?zhàn)爭(zhēng)，不計(jì)成本，有用的就行。
南非這樣一個(gè)農(nóng)業(yè)國(guó)，為什么會(huì)在世界上工業(yè)強(qiáng)國(guó)都普遍放棄煤制油的情況下，逆勢(shì)而上？
答案也很明確。
南非煤炭資源豐富，基本沒(méi)有石油，而當(dāng)時(shí)南非實(shí)行種族隔離制度，致使全世界對(duì)南非石油禁運(yùn)。
沒(méi)有石油可用，也買不來(lái)石油，南非不得不走上煤制油的路。
當(dāng)然，南非在煤炭液化領(lǐng)域也不完全是空白的，早在1927年，一個(gè)叫Meyer的人已經(jīng)建議南非政府發(fā)展煤液化了，而這個(gè)時(shí)期，南非也有一家叫安格羅瓦爾(Anglovaal)的公司從德國(guó)魯爾化學(xué)(Ruhrchemie)公司引進(jìn)煤制油技術(shù)，并與德國(guó)魯奇(Lurgi)公司簽訂了技術(shù)轉(zhuǎn)移協(xié)議，并游說(shuō)政府，著手建廠的準(zhǔn)備。
在安格羅瓦爾公司的鼓動(dòng)下，1947年，南非通過(guò)了《液化燃料和石油法案》，將開發(fā)煤炭液化（CTL）技術(shù)列為解決能源問(wèn)題的國(guó)家戰(zhàn)略，等南非政府下定決心開展煤制油時(shí)，這家公司卻打起了退堂鼓，巨額的造價(jià)使得一個(gè)私營(yíng)企業(yè)難以承受，二是這個(gè)企業(yè)的原有廠址發(fā)現(xiàn)了金礦，轉(zhuǎn)頭去挖金子掙錢去了。
南非政府只能自己做了。1950年9月，Sasol成立，廠子的選址建在了薩索爾堡，一個(gè)靠近約翰內(nèi)斯堡的內(nèi)陸區(qū)域。
Sasol采用的工藝，就是Fischer和Tropsch發(fā)明的費(fèi)托合成工藝。當(dāng)時(shí)有兩項(xiàng)合成技術(shù)可以選擇，一個(gè)是德國(guó)魯奇公司提供的以生產(chǎn)柴油為主的技術(shù)，一個(gè)是Kellogg公司的以生產(chǎn)汽油為主的技術(shù)。
南非人認(rèn)為魯奇公司工藝有成功的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，比較靠譜，并且魯奇氣化爐的供應(yīng)商和費(fèi)托合成的技術(shù)供應(yīng)商在1932年組成了聯(lián)合企業(yè)，可以提供整包技術(shù)，薩索在合成氣制備上選擇了魯奇氣化爐。
在合成工藝上，薩索同時(shí)選擇了魯奇的Arge固定床工藝和Kellogg的流化床工藝兩種技術(shù)，與魯奇合成不同的是，美國(guó)凱洛格（Kellogg）的工藝雖然在實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)上表現(xiàn)優(yōu)異，但從來(lái)沒(méi)有進(jìn)行過(guò)商業(yè)化規(guī)模的應(yīng)用，這也給日后薩索合成路線造成了不小困擾。
Kellogg合成工藝使用的是循環(huán)流化床技術(shù)，這個(gè)工藝需要在340℃的溫度下進(jìn)行，因此又叫做高溫合成。就是這套高溫合成工藝，使得薩索麻煩不斷。
材料問(wèn)題，最主要還是流化問(wèn)題，流化狀態(tài)不好控制，溫度不好控制，催化劑在流化狀態(tài)下高速的碰撞容易粉碎，更重要的是，各種閥門、連接件損耗嚴(yán)重，經(jīng)常泄露，而這里面裝的本來(lái)都是可燃?xì)怏w，這就導(dǎo)致Kellogg工藝投產(chǎn)以來(lái)，薩索公司一直處于在滅火狀態(tài)，是真的再滅火，字面意思，因?yàn)樗娴奶菀字恕?/span>
經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證，問(wèn)題依然沒(méi)有解決，Kellogg公司最終退還了薩索公司支付的技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)，退出了薩索，但薩索公司并沒(méi)有放棄這項(xiàng)引進(jìn)失敗的技術(shù)，繼續(xù)探索，逐步開發(fā)出了自有產(chǎn)權(quán)的Synthol工藝。
相比較Kellogg的麻煩，從德國(guó)引進(jìn)的Agre合成工藝就溫順多了，與Kellogg流化床工藝不同的是，Agre是固定床反應(yīng)器，合成溫度只有220℃-235℃，雖然也存在一些問(wèn)題，但德國(guó)人在二戰(zhàn)期間有過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行Agre工藝的經(jīng)驗(yàn)，總體上這套工藝運(yùn)行的還比較順暢。
不管怎么折騰，1955年，薩索公司的第一批油生產(chǎn)出來(lái)了。
但是，它并不賺錢，雖然賬面上可以盈利，但是還沒(méi)有政府給的補(bǔ)貼多，說(shuō)不好聽的，這就是個(gè)靠政府補(bǔ)貼的賠錢的買賣。因此，薩索也成了反對(duì)黨抨擊的對(duì)象。
就這樣，在南非政府不計(jì)虧損的支持下，薩索公司平靜的走了20年，這20年里，全世界基本都放棄了煤制油，薩索公司只能靠單打獨(dú)斗，在薩索建成的這20年里，都在解決各式各樣的問(wèn)題，但是，長(zhǎng)達(dá)20年的投入和實(shí)踐，使得南非在煤制油方面積累了不少技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。
歷史就是這么神奇，在薩索公司命運(yùn)縹緲的時(shí)候，世界上發(fā)生了幾件大事，薩索也在這幾次事件中迎來(lái)了轉(zhuǎn)機(jī)。
1973年10月6日，第四次中東戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)，埃及、敘利亞同以色列打了起來(lái)，冥冥之中注定，煤制油的每次發(fā)展似乎都與戰(zhàn)爭(zhēng)有著關(guān)聯(lián)。
這次中東戰(zhàn)爭(zhēng)的結(jié)果是，OAPEC組織不再向支持以色列的國(guó)家提供原油，第一次石油危機(jī)爆發(fā)，簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，就是油價(jià)漲了。油價(jià)漲了，擴(kuò)建薩索的理由就變的順理成章，1974年，南非政府和薩索公司聯(lián)合宣布，建設(shè)薩索二廠。
二廠，是一個(gè)年產(chǎn)300萬(wàn)噸油品的規(guī)模，氣化依然選取的是魯奇的汽化爐，在合成方面，選擇了Synthol工藝，上面說(shuō)過(guò)，這個(gè)工藝的前身就是美國(guó)的Kellogg工藝。二廠要擴(kuò)建，就需要有技術(shù)工人，然而環(huán)顧周邊，全球只有薩索一家在這方面有經(jīng)驗(yàn)，于是只在再次犧牲一廠，讓一廠的技術(shù)工人過(guò)來(lái)支援二廠。
就這樣二廠也如期建設(shè)并達(dá)產(chǎn)，有了二廠的經(jīng)驗(yàn)，1982年，薩索開展了三廠的建設(shè)，并在1984年達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能。三廠建成后，這三座工廠年消耗原煤約5000萬(wàn)噸，年產(chǎn)油品達(dá)850萬(wàn)噸，包括汽油、柴油、蠟、氨等100多種產(chǎn)品。
為了保障薩索公司的發(fā)展，南非政府可謂花了大力氣，長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年不計(jì)成本地堅(jiān)定支持沙索公司發(fā)展煤制油，除了以汽油稅的收入補(bǔ)貼沙索公司的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用外，還對(duì)煤制油的價(jià)格進(jìn)行了補(bǔ)貼。
更為夸張的是，南非政府還直接進(jìn)行市場(chǎng)干預(yù)以保障煤制油的銷售。南非政府與所有的南非石油公司都達(dá)成了協(xié)議，這些公司必須關(guān)閉其部分的煉油產(chǎn)能，轉(zhuǎn)而買下沙索公司的油品來(lái)供應(yīng)南非的石油市場(chǎng)。
就這樣，大量的補(bǔ)貼以及對(duì)石油產(chǎn)業(yè)的嚴(yán)控，使得南非的煤制油即便沒(méi)有商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力也能生存。在政府的補(bǔ)貼下，薩索公司賬面上實(shí)現(xiàn)了盈利，但這盈利還真不是靠主產(chǎn)品燃料油，而是靠各類高附加值的化學(xué)品，在薩索擴(kuò)建后的大部分時(shí)間里，薩索都在以副產(chǎn)品養(yǎng)著主產(chǎn)品。
如今，經(jīng)過(guò)60多年發(fā)展的薩索爾在“煤制油”領(lǐng)域已經(jīng)具備世界最先進(jìn)技術(shù)，也是全球唯一一家煤制油技術(shù)的商業(yè)化生產(chǎn)商。當(dāng)然，該企業(yè)也極大增強(qiáng)了南非的油品自給能力，南非每年2600萬(wàn)噸油品中，有近三分之一來(lái)自于它。
這60多年的時(shí)間里，薩索從一個(gè)嚴(yán)重依賴政府補(bǔ)貼的企業(yè)，成長(zhǎng)年收入2019億南非蘭特的巨型企業(yè)，從完全依靠技術(shù)進(jìn)口，發(fā)展成為擁有獨(dú)立的世界領(lǐng)先的技術(shù)，在煤炭液化領(lǐng)域占有大塊市場(chǎng)份額的企業(yè)。
薩索爾對(duì)于南非的意義不只是一個(gè)能源公司，甚至算得上是這個(gè)國(guó)家穩(wěn)定和發(fā)展的支柱之一了。
這60多年，當(dāng)真不容易！
當(dāng)南非的薩索啟動(dòng)煤制油的時(shí)候，遠(yuǎn)在東方的中國(guó)也著手開始了研究，雖然歷經(jīng)波折，在一代一代科學(xué)家的堅(jiān)持下，終于完成了技術(shù)的創(chuàng)新和突破，躋身世界煤制油前列！
下一節(jié)，我們將講講中國(guó)煤制油奮斗的故事！
（未完待續(xù)）
來(lái)源：科城能源環(huán)境研究院
