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“煤變油”方興未艾

2004/9/23 0:00:00       
    前一段時間,煤變石油在國內(nèi)被炒得沸沸揚揚,旋即歸于沉寂。沸沸揚揚反映了人們對其技術(shù)內(nèi)涵并不很熟悉,沉寂則反映出人們對其價值的不了解,擔心水變油的誤導(dǎo)事件在神州大地重演。然而,這回可的的確確是真的,這不僅因為我國已掌握了世界最先進的煤炭液化技術(shù),而且煤變石油真的離我們并不遙遠。
    石油是一種重要的戰(zhàn)略物質(zhì),有了它,船艦可以乘風(fēng)破浪,汽車可以翻山越嶺,飛機可以穿云透霧……然而,近年來國際石油價格飛漲,供需差距越來越大。以我國為例,石油年消費量約為2.5億噸,生產(chǎn)能力僅約15億噸,預(yù)計2005年和2015年消費量將超過2.6億噸和3.1億噸,尤其若干年后石油開采枯竭的時候,這些動力和交通工具又該靠什么來運行呢?不必擔心,聰慧的科學(xué)家們早已為我們設(shè)計了一個煤變石油的方案。
    許多勘探資料都表明,全世界煤的可開采資源是巨大的,其能量值相當于石油資源的10倍。煤和石油的形態(tài)、形成歷史、地質(zhì)條件雖然不同,但是它們的化學(xué)組成卻大同小異。煤中約含碳80%~85%,含氫4%~5%,平均分子量在2000以上。石油含碳85%,含氫13%,平均分子量在600以內(nèi)。從組成上看,它們的主要差異是含氫量和分子量的不同,因此,只要人為地改變壓力和溫度,設(shè)法使煤中的氫含量不斷提高,就可以使煤的結(jié)構(gòu)發(fā)行變異,由大分子變成小分子。當其碳氫比降低到和石油相近時,則煤就可以液化成汽油、柴油、液化石油氣、噴氣燃料等石油產(chǎn)品了。同時還可以開發(fā)出附加值很高的上百種產(chǎn)品,如乙烯、丙烯、蠟、醇、酮、化肥等,綜合經(jīng)濟效益十分可觀。
    國際上經(jīng)典的煤變石油工藝是把褐煤或年輕煙煤粉與過量的重油調(diào)成糊狀(稱為煤糊),加入一種能防止硫?qū)Υ呋瘎┲卸镜奶厥獯呋瘎,在高壓釜里加壓?0266~70931千帕并加熱到380~500攝氏度的溫度,在隔絕空氣的條件下通入氫氣,使氫氣不斷進入煤大分子結(jié)構(gòu)的內(nèi)部,從而使煤的高聚合環(huán)狀結(jié)構(gòu)逐步分解破壞,生成一系列芳香烴類的液體燃料和烷烴類的氣體燃料。一般約有60%的煤能轉(zhuǎn)化成液化燃料,30%轉(zhuǎn)化成為氣體燃料。具體來說,煤變石油的工藝可分為“直接液化”和“間接液化”兩種,從世界范圍來看,無論哪一類液化技術(shù),都有成熟的范例。
    “直接液化”是對煤進行高壓加氫直接轉(zhuǎn)化成液體產(chǎn)品。早在第二次世界大戰(zhàn)之前,納粹德國就注意到了煤和石油的相似性,從戰(zhàn)略需要出發(fā),于1927年下令建立了世界上第一個煤炭直接液化廠,年產(chǎn)量達10萬噸,到1944年達到423萬噸,用來開動飛機和坦克。一些當時的生產(chǎn)技術(shù),今天還在澳大利亞、德國、巴基斯坦和南非等地應(yīng)用。
    “間接液化”是煤先氣化,生產(chǎn)原料氣,經(jīng)凈化后再行改質(zhì)反應(yīng),調(diào)整氫氣與一氧化碳的比例。此項技術(shù)主要源于南非,技術(shù)已非常成熟,煤變石油成本已低于國際油價,但技術(shù)一直嚴格保密。20世紀50年代,南非為了克服進口石油困難,成立了南非薩索爾公司,主要生產(chǎn)汽油、柴油、乙烯、醇等120多種產(chǎn)品,總產(chǎn)量達到700多萬噸。目前,這家公司的3個液化廠,年耗煤4590萬噸,年產(chǎn)合成油品1000萬噸。該公司累計投資70億美元,現(xiàn)在早已回收了全部設(shè)備投資。此外,俄羅斯、美國、日本等國也相繼陸續(xù)完成了日處理150~600噸煤的大型工業(yè)試驗,并進行了工業(yè)化生產(chǎn)的設(shè)計。
    我國的煤炭科學(xué)總院對煤變石油的研究已進行了20多年,培養(yǎng)了一支專門從事直接液化技術(shù)研究的科研隊伍,建成了具有先進水平的加氫液化、油品加工和分析檢驗實驗室,對幾十種煤樣進行了試驗和評價,篩選了國內(nèi)十幾種適宜液化的煤種,有良好的技術(shù)基礎(chǔ)。1997年,中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所進行的煤基合成汽油年產(chǎn)2000噸的工業(yè)試驗獲得階段性成果,并通過了中科院的技術(shù)鑒定,為萬噸級的工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。其技術(shù)上也取得了突破:在催化劑的作用下,可用4~5噸煤,經(jīng)過一系列工藝流程生產(chǎn)出1噸汽油或柴油。
    自1997年至今,經(jīng)過中德、中美、中日政府間的科技合作,進行了我國煤炭直接液化示范廠的可行性研究,結(jié)果表明,在陜西的神府煤田、內(nèi)蒙古的東勝煤田、云南的先鋒煤田,由于煤炭價格低廉,設(shè)備大部分可以國產(chǎn)化,從而可使煤液化油成本大大降低,一桶柴油產(chǎn)品的成本只有15~17美元,遠低于歐佩克規(guī)定的每桶22~28美元的價格帶。另一方面,以我們已經(jīng)掌握的催化劑技術(shù),間接液化合成部分的成本可以降低為原來的六分之一。這就是說,在煤礦坑口建廠,不要中間環(huán)節(jié),如果合成油規(guī)模達到百萬噸級,按目前市場價,噸油成本將控制在2000元左右,具有很強的市場競爭力。令人欣喜的是,國家發(fā)改委已批準在陜西神府煤田和云南先鋒煤田興建兩個煤液化項目,總投資約200億元,年產(chǎn)油200萬噸。國務(wù)院也已正式批準神華集團(位于神府煤田)關(guān)于煤炭液化的項目建議書,允許其轉(zhuǎn)入可行性研究階段,并將投資追加到250億元。神華集團也已與掌握煤炭液化關(guān)鍵技術(shù)的美國HTI公司簽訂了技術(shù)轉(zhuǎn)讓意向性協(xié)議,已開始初步設(shè)計工作。該項目建成后,年產(chǎn)油250萬噸,每年可創(chuàng)稅收25億元,年實現(xiàn)利潤25億元,對降低石油危機風(fēng)險有十分重大的意義。

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