01煤制油的出現(xiàn)
講煤制油的故事，繞不開德國。
可以說煤液化的技術都是德國人原創(chuàng)的，煤氣化的技術，要么是德國人原創(chuàng)的，要么是在德國實現(xiàn)工業(yè)化的。
100多年前，當歐洲的化學家們從煤焦油中提取出各種稀有化學品并獲得巨大利潤后，化學家們似乎相信什么物質都可以從煤炭中變出來。
于是化學家們的目光又從煤焦油轉向了合成氣的研究，不出意外，合成氣的研究又使得一批人發(fā)了財。
當人們不再單純利用煤炭所蘊含的能量，其蘊含的元素和結構開始爆發(fā)出力量。
1914年7月27日，德國在魯爾工業(yè)區(qū)成立了凱撒威廉（Kaiser Wilhelm）煤炭研究所，這是以當時德國皇帝凱撒.威廉二世冠名的煤炭研究所，也是世界上第一個專門研究煤炭利用的科學機構。
當時在這個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，當今一切的煤炭間接液化都與這兩人有關。
一個是研究所的所長費舍爾（Fischer），一個他的助手叫托普斯（Tropsch），這兩個人合作發(fā)明了費托合成(F-T 合成)，為日后煤炭間接液化奠定了基礎，當然，這個反應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，所長費舍爾（Fischer）說了發(fā)人深省的話。我們來看看他當時是怎么說的。
“煤炭是我國能源和資源的寶庫，對德國的未來有不可估量的價值。對煤炭的研究決不能自己不做而讓其他國家去做，否則我們將會因忽視這樣重要的研究領域而受到歷史的責備”。Fischer鄭重地說。
研究所成立的日子，也是一個特殊的日子，就在第二天，也就是1914年7月28日，德國向塞爾維亞宣戰(zhàn)，第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)。
雖然化學家們一直沒有研究明白煤炭的化學結構，但對煤炭的基本化學構成做了大量的研究。
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，通過調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，一種是對煤炭加氫，增加氫的比例，一種是對煤炭進行去碳來調整氫碳原子比。
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。
費托合成就是間接液化的代表，在費舍爾和托普斯發(fā)明費托合成之前，德國人已經在這個領域開展了類似的工作。
因為對高壓氫化技術的看好，德國有個叫貝吉烏斯（Bergius）的化學家投身于此。1911年6月，貝吉烏斯在研究水煤氣時，實現(xiàn)了煤的人工合成，進一步研究發(fā)現(xiàn)人工煤和合成煤可以實現(xiàn)氫化反應。
1913年夏天，通過對人工煤的研究，貝吉烏斯發(fā)現(xiàn)人工煤可以分解成小分子產物，于是他決定在天然煤氫化方面試一試。
這是一個見證奇跡的時刻。1914年，貝吉烏斯把150kg的煤放到油里，通入5kg氫氣，對煤進行催化加氫，當溫度達到400℃，壓力達到200個大氣壓時，得到了柴油和汽油的混合物，這就是煤炭直接液化過程。
因為對高壓氫化技術的貢獻，貝吉烏斯獲得了1931年的諾貝爾獎，這也是迄今為止，研究煤炭的人獲得的唯一一個諾貝爾獎。
但這個反應條件實在是太苛刻了，在那個年代，根本沒有多少企業(yè)能夠去干這個。1915年貝吉烏斯開始建造煤氫化工藝的設備，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題沒有解決，加之第一次世界大戰(zhàn)后期，德國從羅馬尼亞掠奪到石油，制造合成油就不那么重要了。
貝吉烏斯法的產業(yè)化困境引起了Fischer和Tropsch的關注，他們決定換個思路。
在這之前，還有另外一項引人注目的發(fā)現(xiàn)，1902年，法國化學家保羅·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決定利用這個技術路線去試一試，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,通過對催化劑的改良，夢寐以求的結果出現(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向專利局提交了專利，費托合成正式出現(xiàn)。
1931年二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，戰(zhàn)爭的出現(xiàn)，某種程度上推動了煤液化的進程。
1934年德國魯爾化學公司采用費托合成工藝建成了世界第一座年產7萬噸的煤炭間接液化工廠。到1945年二戰(zhàn)結束時，德國共建成21家工廠，采用直接液化技術的有12家，采用費托合成的有9家，高峰時期年產油品560萬噸。
整個二戰(zhàn)期間，德國近三分之二的飛機燃料和超過一半的汽車、裝甲車用油，都是由煤制油供應。
二戰(zhàn)后，以蘇聯(lián)為首的華約和以美國為首的北約占領了德國，將德國分成了東德和西德，從德國獲取了煤制油裝備和技術資料。
1952年，前蘇聯(lián)利用德國煤直接液化技術和設備，建成投產11座單臺產能4-5萬噸/年的裝置，運行7年后停產改作他用。
此后，由于中東石油的大規(guī)模開發(fā)，石油價格下降，煤液化產品無法與石油競爭。這使得投資巨大、工藝流程復雜的煤制油技術產業(yè)化進程嘎然而止，使全世界對煤制油失去了興趣。
02薩索的崛起
然而，在遠離世界中心的南非，一個名叫薩索（Sasol）的煤制油公司即將出現(xiàn)在世界舞臺，這家公司在不久的未來將在全球煤制油領域掀起巨大風浪。
而這家企業(yè)的發(fā)展歷程，對我們國家煤炭清潔高效利用也有著很大的啟示。
說來也奇怪，煤制油是個高技術門檻、高資本投入的行業(yè)，二戰(zhàn)結束后蘇聯(lián)和美國也是靠搬走了原德國的技術裝備和技術資料才建了那么幾套裝置，即便如日本這樣的國家，在德國的指導下也沒搞出個樣子。
況且煤制油成本奇高，德國人在二戰(zhàn)期間大量發(fā)展煤制油，那是因為戰(zhàn)爭，不計成本，有用的就行。
南非這樣一個農業(yè)國，為什么會在世界上工業(yè)強國都普遍放棄煤制油的情況下，逆勢而上？
答案也很明確。
南非煤炭資源豐富，基本沒有石油，而當時南非實行種族隔離制度，致使全世界對南非石油禁運。
沒有石油可用，也買不來石油，南非不得不走上煤制油的路。
當然，南非在煤炭液化領域也不完全是空白的，早在1927年，一個叫Meyer的人已經建議南非政府發(fā)展煤液化了，而這個時期，南非也有一家叫安格羅瓦爾(Anglovaal)的公司從德國魯爾化學(Ruhrchemie)公司引進煤制油技術，并與德國魯奇(Lurgi)公司簽訂了技術轉移協(xié)議，并游說政府，著手建廠的準備。
在安格羅瓦爾公司的鼓動下，1947年，南非通過了《液化燃料和石油法案》，將開發(fā)煤炭液化（CTL）技術列為解決能源問題的國家戰(zhàn)略，等南非政府下定決心開展煤制油時，這家公司卻打起了退堂鼓，巨額的造價使得一個私營企業(yè)難以承受，二是這個企業(yè)的原有廠址發(fā)現(xiàn)了金礦，轉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，一個靠近約翰內斯堡的內陸區(qū)域。
Sasol采用的工藝，就是Fischer和Tropsch發(fā)明的費托合成工藝。當時有兩項合成技術可以選擇，一個是德國魯奇公司提供的以生產柴油為主的技術，一個是Kellogg公司的以生產汽油為主的技術。
南非人認為魯奇公司工藝有成功的產業(yè)化經驗，比較靠譜，并且魯奇氣化爐的供應商和費托合成的技術供應商在1932年組成了聯(lián)合企業(yè)，可以提供整包技術，薩索在合成氣制備上選擇了魯奇氣化爐。
在合成工藝上，薩索同時選擇了魯奇的Arge固定床工藝和Kellogg的流化床工藝兩種技術，與魯奇合成不同的是，美國凱洛格（Kellogg）的工藝雖然在實驗室數(shù)據(jù)上表現(xiàn)優(yōu)異，但從來沒有進行過商業(yè)化規(guī)模的應用，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，這個工藝需要在340℃的溫度下進行，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。
材料問題，最主要還是流化問題，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、連接件損耗嚴重，經常泄露，而這里面裝的本來都是可燃氣體，這就導致Kellogg工藝投產以來，薩索公司一直處于在滅火狀態(tài)，是真的再滅火，字面意思，因為它真的太容易著了。
經過反復驗證，問題依然沒有解決，Kellogg公司最終退還了薩索公司支付的技術轉讓費，退出了薩索，但薩索公司并沒有放棄這項引進失敗的技術，繼續(xù)探索，逐步開發(fā)出了自有產權的Synthol工藝。
相比較Kellogg的麻煩，從德國引進的Agre合成工藝就溫順多了，與Kellogg流化床工藝不同的是，Agre是固定床反應器，合成溫度只有220℃-235℃，雖然也存在一些問題，但德國人在二戰(zhàn)期間有過長時間運行Agre工藝的經驗，總體上這套工藝運行的還比較順暢。
不管怎么折騰，1955年，薩索公司的第一批油生產出來了。
但是，它并不賺錢，雖然賬面上可以盈利，但是還沒有政府給的補貼多，說不好聽的，這就是個靠政府補貼的賠錢的買賣。因此，薩索也成了反對黨抨擊的對象。
就這樣，在南非政府不計虧損的支持下，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斗，在薩索建成的這20年里，都在解決各式各樣的問題，但是，長達20年的投入和實踐，使得南非在煤制油方面積累了不少技術經驗。
歷史就是這么神奇，在薩索公司命運縹緲的時候，世界上發(fā)生了幾件大事，薩索也在這幾次事件中迎來了轉機。
1973年10月6日，第四次中東戰(zhàn)爭爆發(fā)，埃及、敘利亞同以色列打了起來，冥冥之中注定，煤制油的每次發(fā)展似乎都與戰(zhàn)爭有著關聯(lián)。
這次中東戰(zhàn)爭的結果是，OAPEC組織不再向支持以色列的國家提供原油，第一次石油危機爆發(fā)，簡單點說，就是油價漲了。油價漲了，擴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，建設薩索二廠。
二廠，是一個年產300萬噸油品的規(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，上面說過，這個工藝的前身就是美國的Kellogg工藝。二廠要擴建，就需要有技術工人，然而環(huán)顧周邊，全球只有薩索一家在這方面有經驗，于是只在再次犧牲一廠，讓一廠的技術工人過來支援二廠。
就這樣二廠也如期建設并達產，有了二廠的經驗，1982年，薩索開展了三廠的建設，并在1984年達到設計產能。三廠建成后，這三座工廠年消耗原煤約5000萬噸，年產油品達850萬噸，包括汽油、柴油、蠟、氨等100多種產品。
為了保障薩索公司的發(fā)展，南非政府可謂花了大力氣，長達數(shù)十年不計成本地堅定支持沙索公司發(fā)展煤制油，除了以汽油稅的收入補貼沙索公司的運營費用外，還對煤制油的價格進行了補貼。
更為夸張的是，南非政府還直接進行市場干預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成了協(xié)議，這些公司必須關閉其部分的煉油產能，轉而買下沙索公司的油品來供應南非的石油市場。
就這樣，大量的補貼以及對石油產業(yè)的嚴控，使得南非的煤制油即便沒有商業(yè)競爭力也能生存。在政府的補貼下，薩索公司賬面上實現(xiàn)了盈利，但這盈利還真不是靠主產品燃料油，而是靠各類高附加值的化學品，在薩索擴建后的大部分時間里，薩索都在以副產品養(yǎng)著主產品。
如今，經過60多年發(fā)展的薩索爾在“煤制油”領域已經具備世界最先進技術，也是全球唯一一家煤制油技術的商業(yè)化生產商。當然，該企業(yè)也極大增強了南非的油品自給能力，南非每年2600萬噸油品中，有近三分之一來自于它。
這60多年的時間里，薩索從一個嚴重依賴政府補貼的企業(yè)，成長年收入2019億南非蘭特的巨型企業(yè)，從完全依靠技術進口，發(fā)展成為擁有獨立的世界領先的技術，在煤炭液化領域占有大塊市場份額的企業(yè)。
薩索爾對于南非的意義不只是一個能源公司，甚至算得上是這個國家穩(wěn)定和發(fā)展的支柱之一了。
這60多年，當真不容易！
當南非的薩索啟動煤制油的時候，遠在東方的中國也著手開始了研究，雖然歷經波折，在一代一代科學家的堅持下，終于完成了技術的創(chuàng)新和突破，躋身世界煤制油前列！
下一節(jié)，我們將講講中國煤制油奮斗的故事！
（未完待續(xù)）
來源：科城能源環(huán)境研究院
