把煤变成油,本文主要内容关键词为:,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。
1948年辽沈战役结束后,一批中共专家来到抚顺,他们发现了当年日本遗留下来的一座非常现代化的化工厂,设备的复杂精密令人吃惊,经了解,这是一座人造汽油工厂,它的原料是煤。日本在原油资源被美军切断的情形下,从德国那里学来了用煤转化成汽油的技术。
上世纪50年代,新中国石油极度缺乏。工程技术人员依照抚顺工厂的流程,设计了我国自己的人造汽油厂。该厂的全部图纸已经完成,厂址定在产煤大省山西,设计年产量为30万吨汽油。后来因国民经济困难和大庆油田的开发,人造汽油厂未能兴建,但这次努力为后来人打下了基础。
由于矿产资源分布的原因,一些国家石油储量丰富,另一些国家石油资源缺乏。在多煤少油的国家里,人们就幻想有朝一日把煤变成石油。
纳粹德国发动第二次世界大战后,其汽油完全仰仗罗马尼亚的普罗耶什蒂油田和炼油厂。该油田遭到盟军的猛烈轰炸后(见本刊2001年8期《轰炸普罗耶什蒂》),德国只有孤注一掷——发展以煤为原料的合成人造汽油。德国化学家完成了这一艰难的工作,大型人造汽油工厂建成,德国的人造汽油产量一度达到200~300万吨/年。
二战过后,由于廉价原油大量供应,人们不再去合成那种成本高昂的人造汽油了。但随着中东地区的几次战争,特别是两伊战争和海湾战争,原油价格几次涨到30~40美元1桶(1吨=7桶)。面对这种严峻的现实,人们不禁又重新想起合成人造汽油的老办法。
汽油是一种复杂的烃类混合物,它的成分中以碳原子数4~12的烃类为主。它的沸点80~205℃,相对密度0.70~0.78;当空气中含量为74~123克/立方米时遇火爆炸。利用原油的炼制工艺是:原油蒸馏→催化裂化→热裂化→加氢裂化→催化重整。这些过程都能产生汽油成分。
把煤液化转变成汽油有两种工艺流程,一种是直接液化;另一种是间接液化,这两种方式还可以生产柴油(它是碳原子数10~22的复杂烃类混合物)。二战中德国使用的工艺流程就属于直接液化法。
中国是石油资源很不充裕的国家。随着现代化进程的加快,每年1.5亿吨的原油产量远远无法满足需求。所缺部分只能靠进口。2001年,中国进口了原油7000余万吨,有专家预计到2010年,中国的原油进口量将达到1.6亿吨,占全部原油消费量的一半以上。如此巨大的进口量已经威胁到我国的国家能源战略安全。一朝天下有变,产油国出现变局,或海上石油通道被卡,现在满街的汽车到哪里找油去?
因此,专家认为,通过煤液化合成油是实现我国油品自给的现实途径之一。
2001年,河南省有关部门经过详尽考察研究,决定上马煤合成汽油项目。该工程选在平顶山煤矿,设备工艺引自南非萨索尔公司,设计年产量50万吨。炼油专业的中国工程院院士陈俊武等人参加了项目的研究和论证。
南非在过去白人政府时代奉行种族隔离政策,遭到联合国禁运,石油来源极不稳定。它被迫研发煤变油的较低成本的工艺流程。萨索尔公司的研发获得成功。它的合成汽油厂年合成油品500万吨,消耗4200万吨煤。除合成油品外,萨索尔还从煤化工中生产各种化工产品200万吨,产值40亿美元。它既出产品又输出技术,成了南非经济的支柱产业。无论走哪种工艺流程,由煤合成的汽油和柴油不含琉、氮等污染物,质量高于第四代洁净油品,符合环保要求,人们可以放心使用。
从实际应用上看,煤直接液化合成油品,是把煤粉碎,在一定温度、压力的条件下,通过特殊的催化剂与氢气反应,把煤中的碳变成碳氢化合物。然后再通过催化剂加氢,最终形成汽油和柴油。这种工艺流程操作条件苛刻,对煤炭种类依赖性强,德国在二战中就走的这条路线。
我国黑龙江省依兰进行了煤炭的直接液化成油试验并取得了成果。但到目前为止,直接液化的大规模生产,成本相当高,尚不具备商业上的竞争力。南非的工艺流程属间接液化成油。它先将煤气化成一氧化碳,然后在适当的温度、压力、催化剂作用下加氢,变成合成气。合成气再催化加氢变成合成汽油和合成柴油。由于间接液化的反应操作条件相对温和,对煤炭种类也几乎没什么苛求,只要能生成一氧化碳就行。所以南非工艺流程经不断改进已经成为大规模的足以同原油竞争的商业化工程技术。
除了技术引进外,令人欣慰的是,中国科技人员在“煤变油”上最近获得了突破性的进展。承担这一项目的是中科院山西煤炭化学研究所,它已经完成了流程和设备的中间试验阶段。这套装置年产合成油数千吨,转化率为5∶1(即5吨煤合成1吨油品)。由于构思设计、工艺先进,完全具备了大规模商业应用的条件。这样,我国就成了世界上掌握“煤变油”技术的少数几个国家之一,与南非、日本、荷兰、美国比肩。
山西流程的成功为大规模商业生产奠定了基础。2001年10月,中国科学院启动了“煤基液体燃料合成浆化床工业化技术开发”项目。它是全院首批知识创新工程,也是中科院为我国解决重大战略科技问题所列的重点攻关项目。根据项目规划,未来3年内将在山西建成一个年产量达到万吨级的“煤变油”合成装置,再下一步就达到10万吨级的规模。
山西煤化所的进展不同于南非流程,完全是我国自有的知识产权。在这一课题上,他们已经研究了20余年,在许多关键技术上都获得了突破。据该所所长项目主管孙予罕称:最关键的技术是催化剂。我们的主要突破也在催化剂。因此,我们有了自主的知识产权,成本是原来的六分之一。按照这一成本,1万吨级工厂的油品价格在2300元/吨;如果合成油的规模达到百万吨级,每吨合成油的成本将控制在2000元左右,完全具有市场竞争力。
目前我国每吨汽油价在2800~3500元浮动,柴油在2400~2900元升降,完全受制于“欧佩克”、中东形势,也被美欧经济所左右。
我国是世界上煤炭储量最多的国家。1000米深度以上的煤炭储量超过1万亿吨。目前由于煤化工成本高,不得不把煤烧掉发电。俄罗斯著名化学家门捷列夫曾心痛地评价说“把煤烧掉等于把钞票烧掉”。如果中国利用自己3亿千瓦的水电优势在水电资源丰富的西南地区大力兴建水力发电站,在沿海和南方建造核电站,就可以顶替下大约1.5亿~2亿吨用于发电的煤。通过广泛采用低温汽冷核反应堆冬季供暖,又将节约出一部分取暖燃煤,把这些煤转变成油品,可大致相当于4000万~5000万吨原油,相当于进口原油的1/3到一半。
充分开发我国的煤炭资源并利用目前的生产能力,不难使我国的煤产量达到14亿~16亿吨。(光是目前关闭或限产的中小煤矿和小煤窑产能就有2亿~4亿吨)那样,我国将能用煤顶替进口原油的大部分,只剩下一小部分作为油价的调节杠杆。那时,中国人就可以用上放心油,开上放心车了。
除了合成汽油和柴油外,煤的液化还有大量的化工产品。它们是制造塑料、聚酯、人造橡胶、油漆、洗涤剂、炸药、染料、医药……的原料。煤液化后油品和化工品的生成比例大致为5∶2,就是说每合成5吨油,同时生产2吨化工原料。这样利用下来,每吨煤液化后的价值将是用它纯发电的3~5倍。从长远看,它不仅解决了我国石油资源相对不足的大难题,还会成为国民经济的新增长点。
除了各省、中科院在上煤变油项目外,中国政府也极其重视这一战略性的工业技术。中国政府已经把煤液化成油工程列为“十五”期间国家重点组织实施的12大高技术工程之一。为推进该项目的实施,国家将集中部分经济资源和科技资源予以强有力的支持。我国投资上百亿元人民币,在云南和陕西兴建两个煤液化项目,年产油品200万吨以上。
在煤炭储量丰富、采掘容易的内蒙古自治区,一项投资250亿元、总产量达500万吨的“煤变油”计划已经启动。
“煤变油”工程的受益者不仅是拥有汽车的人们,消费各种化工产品和最终产品的用户也将从中受益。随着该工程大规模的实施,煤将越来越珍贵,被白白烧掉的煤越来越少,排放的二氧化碳,二氧化硫,氧化氮也将大大减少,我国的天空将会更蓝,水将更清。
人们曾记得,当大庆油田开发成功时,石油工人自豪地宣称:“把中国贫油的帽子扔到太平洋里去了。”
今天,展望祖国丰饶的煤炭变成石油的前景,中国人也可以自豪地说:“比中东还大的油田就在我们脚下。”