煤制油百年發(fā)展史再回首  

世界煤制油產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況

煤液化技術(shù)起源于德國，早在19世紀(jì)即已開始研究。德國是一個富煤貧油的國家，1913年，德國化學(xué)家弗里德里希·柏吉斯（F.Bergius），研究出煤炭在高溫高壓條件下加氫液化反應(yīng)，生成燃料的煤炭直接液化技術(shù)，并獲得專利。柏吉斯因此獲得1931年的諾貝爾化學(xué)獎。1923年，德國化學(xué)家費歇爾（F.Fischer）和托羅普希（H.Tropsch）試驗成功間接液化技術(shù)。1927年，德國法本（Farben）公司用柏吉斯法，在德國萊比錫附近的洛伊納（Leuna），建成世界第一座年產(chǎn)10萬噸的煤炭直接液化廠。1934年德國魯爾化學(xué)公司用費-托合成工藝，建成世界第一座年產(chǎn)7萬噸的煤炭間接液化廠。1935年，英國卜內(nèi)門化學(xué)工業(yè)公司，在比靈赫姆建起一座年產(chǎn)15萬噸的煤炭直接液化廠。此外，日本、法國、美國、加拿大等國，也先后建過一些實驗廠，世界年總產(chǎn)能達到約34萬噸。

日本同樣是石油資源貧乏的國家。1912年日本石油消耗量僅為4萬噸，到1932年已達到200萬噸。而同時期日本本土石油產(chǎn)量僅為42.7萬噸，臺灣產(chǎn)油3.5萬噸，不足需求量的五分之一。為了彌補石油產(chǎn)量不足，日本重點發(fā)展了所謂人造油，包括油頁巖制油、煤制油和松根汽油。1929年12月30日，撫順頁巖油廠落成，利用撫順煤礦的頁巖油層，用內(nèi)熱式干餾法提煉重油，日產(chǎn)4000噸，主要供應(yīng)海軍艦艇使用。但這種方法生產(chǎn)的重油雜質(zhì)較高，艦艇燃油噴嘴經(jīng)常被堵塞，海軍非常氣憤。撫順頁巖油廠負責(zé)人長谷川清二因此引咎自殺。1931年日軍全面占領(lǐng)中國東北，這里豐富的煤炭資源，使日本開始關(guān)心煤炭液化技術(shù)。日本曾派考察團去德國和英國考察煤液化工廠，但英德將其視為軍事機密，導(dǎo)致日本人無功而返。撫順頁巖油工廠燃料課長阿部良之助等人，經(jīng)過長期實驗后，摸索出一套煤制油流程。即將煤和焦油1：1混合，以氧化鐵做催化劑，在100個大氣壓的氫氣下加熱到450攝氏度。其遵循的原理是，煤和石油相比，煤的氧多氫少，加高壓之后加氫，氧就已水的形式流出。但是試驗并不成功，阿部注意到應(yīng)該先把煤這個大聚合體加以分解，于是把研究重點轉(zhuǎn)移到用以分解聚合體的催化劑上，最后找到了硫化亞鐵。其次，為了防止煤在粉碎過程中接觸空氣氧化，于是采取水中粉碎的方法，可是這樣做出來的是膠泥狀煤粉，最終采取在水中加入低溫焦油的方法提取煤粉。就這樣日本的煤炭液化技術(shù)取得了進展。

1937年日本的七年規(guī)劃，對于煤液化寄予了很大希望，計劃在1944年前，建成87個合成油裝置，總生產(chǎn)能力達到年產(chǎn)1300萬桶，滿足大約三分之一的需求，成為原油的重要補充。在這個計劃中，有10個是直接液化裝置，每個年產(chǎn)10萬噸，11個是間接液化的費托合成裝置，總產(chǎn)量50萬噸，其余的都是低溫焦化。1937年5月4日，日本海軍德山燃料廠決定采取阿部方式生產(chǎn)煤制油，由滿鐵出資1800萬日元建設(shè)新廠。1939年7月21日，工廠投產(chǎn)，生產(chǎn)出日本第一批煤液化油，但產(chǎn)量少得可憐，只裝滿3個玻璃瓶。其中1瓶獻給了皇宮，另1瓶送給伊勢神宮，第3瓶送給阿部的母校，北海道輕臼小學(xué)。

此后受工業(yè)基礎(chǔ)限制，日本的煤制油始終不成氣候。最終，直接液化裝置在中國撫順和韓國各建了一個，只有撫順的投產(chǎn)，到戰(zhàn)爭結(jié)束的時候總產(chǎn)量只有1000多噸。費托合成裝置在日本本土建立了三個，分別在1940、1942和1943年投產(chǎn)。在中國吉林和錦州還建成了兩套費托合成裝置，到戰(zhàn)爭結(jié)束時沒有完工。五個裝置的總設(shè)計生產(chǎn)能力是年產(chǎn)18萬噸，但實際上整個戰(zhàn)爭期間的總產(chǎn)量還不到6萬噸。最成功的是低溫焦化，建設(shè)了8個，實際年產(chǎn)量也只有幾萬噸，與規(guī)劃相去甚遠。太平洋戰(zhàn)爭后，美英對日本實施全面物資禁運。原油供應(yīng)不足加速了日軍戰(zhàn)敗。為了省油，日軍飛行員幾乎沒有訓(xùn)練的機會就被派到了戰(zhàn)場，損失可想而知。軍艦無油可燒，大部分被困在港里。于是，日本又發(fā)展了生物油技術(shù)，各種各樣的油品都被用于軍事，豆油、菜籽油、松樹油等等只要是液體的就都成了好東西。曾經(jīng)有被擊沉的船只全部使用豆油的例子。這些都使得日本軍方的實力大受挫折，迅速崩潰。帝國海軍的象征——長期缺少油料的大和艦，在最后一次出海中被美軍擊沉。日本本土的合成油廠，大部分在1945年的大轟炸中被摧毀。（二戰(zhàn)中德軍燒木炭的坦克，石油資源匱乏加速了德國與日本的戰(zhàn)敗）

二戰(zhàn)期間，德國由于石油進口受到封鎖，在1936-1943年間重點發(fā)展煤制油技術(shù)，先后建成9套煤炭間接液化裝置和18套煤炭直接液化裝置。1936年，德國的煤制油產(chǎn)量只有62萬噸，1939年達到220萬噸，1940年320萬噸，1941年390萬噸，1942年420萬噸，1943年達到戰(zhàn)時最高峰的560萬噸，1944年由于盟軍轟炸，產(chǎn)量降到約390萬噸，1945年降到110萬噸。在二戰(zhàn)期間，德國近三分之二的飛機燃料和50%的汽車及裝甲車用油，都由煤制油供應(yīng)，產(chǎn)量遠遠高于天然石油。

二戰(zhàn)后，這些工廠在同盟國的干預(yù)下，全部停產(chǎn)或者轉(zhuǎn)產(chǎn)，部分設(shè)備被瓜分。1952年，前蘇聯(lián)利用德國煤直接液化技術(shù)和設(shè)備，建成投產(chǎn)11座單臺產(chǎn)能4-5萬噸/年的裝置，運行7年后停產(chǎn)改作他用。由于中東石油的大規(guī)模開發(fā)，石油價格下降，煤液化產(chǎn)品無法與石油競爭。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)化進程嘎然而止。隨后，西方發(fā)達國家對煤制油技術(shù)研究陷入低潮，甚至實驗裝置也都停止試驗。

當(dāng)時，世界上只有南非重視煤炭液化技術(shù)。南非因種族隔離政策，長期遭到貿(mào)易禁運，而南非又是富煤貧油的國家，煤炭探明儲量587.5億噸，約占全非洲的三分之二，因此希望將其豐富的煤炭資源轉(zhuǎn)化成石油燃料。早在1927年，南非就開始探索煤液化技術(shù)，由于南非的煤為高揮發(fā)高灰分的劣質(zhì)煤，所以當(dāng)時選擇了間接液化工藝。

1955年南非薩索爾（SASOL）公司以煤為原料制造合成氣，通過對費-托合成工藝進行改進，建成第一座煤炭間接液化廠。至1958年，工廠的產(chǎn)能只達到設(shè)計能力的一半。在花費巨資改進后，至1960年才解決主要技術(shù)問題，達到每年30萬噸的設(shè)計產(chǎn)能。

1973年后，由于在短短5年時間內(nèi)爆發(fā)了兩次中東戰(zhàn)爭，使得原油價格從每桶3.011美元提高到10.651美元。1978年的兩伊戰(zhàn)爭，使得兩伊石油產(chǎn)量從每天580萬桶驟降到100萬桶以下。油價開始暴漲，從每桶13美元猛增至1980年的34美元，從而引發(fā)了世界石油能源危機。在此背景下，煤炭液化技術(shù)又開始活躍起來。德國、美國、日本等工業(yè)發(fā)達國家，在原有基礎(chǔ)上相繼研究開發(fā)了第二代煤炭直接液化工藝。不少國家己完成了中間放大試驗，為建立大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)裝置打下了基礎(chǔ)。具有代表意義的有：德國日處理200噸煤炭的二段液化(IGOR)裝置，美國600噸/日的氫煤法H-coal裝置和日本鹿島150噸/日的NEDOL裝置。

1980年7月，南非薩索爾-2廠建成投產(chǎn)，日處理煤炭4萬噸，年產(chǎn)汽油類燃料260萬噸。1982年薩索爾-3廠建成投產(chǎn)，規(guī)模繼續(xù)擴大。這三座工廠年消耗原煤約4600萬噸，年產(chǎn)油品達768萬噸，包括汽油、柴油、蠟、氨等113種產(chǎn)品。該公司生產(chǎn)的汽油和柴油可滿足南非30%的消費量。

1992年，南非Mossgas公司采用SASOL公司開發(fā)的Synthol工藝，在南非莫塞爾灣建成天然氣制合成油(GTL)裝置。用海洋天然氣生產(chǎn)合成油品，年煉制能力為135萬噸，該廠是目前世界上最大的天然氣制合成油工廠。1993年殼牌石油在馬來西亞砂勞越州的Bintulu，建成年產(chǎn)50萬噸天然氣制合成油裝置。

80年代以后，由于經(jīng)歷兩次石油危機，世界經(jīng)濟嚴重衰退，對石油需求長期疲軟。盡管海灣戰(zhàn)爭曾使油價驟然回升，但戰(zhàn)爭結(jié)束后，油價又開始回落。1998年的油價跌到了1977年以來的最低水平。油價的起伏不定，使得美國的煤炭直接液化研究項目完成后，沒能如期進入工業(yè)化生產(chǎn)就被中斷。日本煤直接液化研究項目結(jié)束最晚，堅持到2000年，完成了日處理150噸煤炭的煤液化中試工廠項目。

從2003年起，世界對煤制油的熱情，因為油價的上升而重新燃起。目前，在全球范圍內(nèi)，主要有十多個國家正在展開煤液化的商業(yè)化研究。主要國家有美國、中國、印度、德國、澳大利亞、印尼、日本、南非。隨著2008年爆發(fā)的全球金融危機，石油價格又從147美元的最高點回落到40美元左右，給煤制油產(chǎn)業(yè)化發(fā)展帶來了不確定性。目前在進行煤制油規(guī)模化生產(chǎn)嘗試的國家還有馬來西亞、巴西等國家，但沒有一個國家能超過百萬噸的生產(chǎn)能力。

通過分析這些國家的石油儲采比，可以發(fā)現(xiàn)對煤制油技術(shù)感興趣的國家，石油儲采比大都不到20年，遠遠低于國際平均水平(全球石油儲采比為40.5年)。同時，這些國家的石油進口占本國總消費量的比例一般都高于40%。

中國煤制油發(fā)展歷史

我國曾是世界上較早有煤合成油工廠的國家之一。1923年，山西軍閥閻錫山計劃購買40架飛機成立航空兵團，同時提出要擁有500多輛汽車。因此山西當(dāng)局為減少石油輸入量和發(fā)揮當(dāng)?shù)孛禾康膬?yōu)勢，于1924年投資45萬元，從德國購置了一套煤炭間接液化裝置，在左云縣吳家窯建立了育才煉油廠。1925年，育才煉油廠略具雛形，開始以煤炭為原料采用低溫干餾法試煉油品，但因設(shè)備簡陋和技術(shù)不過關(guān)而未能成功。1926年，育才煉油廠又添置設(shè)施繼續(xù)試驗。同年，閻錫山參加直奉戰(zhàn)爭的軍隊駐扎該廠，工廠設(shè)施遭到損壞，無法繼續(xù)試驗。1930年中原大戰(zhàn)時期，閻錫山、馮玉祥倒蔣失敗，閻錫山逃往大連。至此，我國第一次煤制油試驗歷時5年多，未能取得成果。

1932年，閻錫山重回山西，因以前購買的機器陳舊、設(shè)備不全，他一面派人赴歐洲考察，一面添置新設(shè)備。1933年，山西育才煉油試驗廠改名為燃料研究所，并自造連續(xù)外熱式煉油爐一組，聘請德國工程師再次試驗煤制油。然而，試驗了一年也未成功。當(dāng)時，德國的煤炭直接液化廠年產(chǎn)能已達10萬噸，英國也成功研制出了煤制汽油。山西于是又派人到英國和德國學(xué)習(xí)煉油技術(shù)。1935年，外派留學(xué)人員歸國，又從德國購回精制、煉油機器，以及內(nèi)熱式爐兩座、提煉爐一座、分餾釜一座。此后，燃料研究所開始對山西各地的不同炭種進行精制炭油試驗對比，每日干餾煤炭1噸，成功地生產(chǎn)出汽油、柴油、機器油、石蠟、瀝青等。當(dāng)時的試驗結(jié)果顯示，噸煤所得制品最高紀(jì)錄是汽油76升、柴油61升、機器油16升、燃燒油42升、石蠟44千克、瀝青62千克、煤渣14千克。1937年，山西西北煉鋼廠利用燃料研究所，在煤制油實踐中總結(jié)出的技術(shù)參數(shù)和經(jīng)驗，配置了炭油蒸餾和汽油蒸餾設(shè)備，準(zhǔn)備從煤焦化產(chǎn)品中提煉汽油，并計劃于當(dāng)年10月1日正式投產(chǎn)。

然而，就在這個節(jié)骨眼上，“七七事變”爆發(fā)。日寇于1937年9月1日進犯晉北門戶天鎮(zhèn)，11月8日侵占太原。燃料研究所和西北煉鋼廠從國外引進的裝置悉數(shù)被日軍掠奪，裝置被拆卸裝箱運到日本。我國第二次煤制油試驗就這樣被日寇所扼殺。1937年，日本出于侵略戰(zhàn)爭目的，在錦州石油六廠引進了德國煤制油裝置，項目于1943年投產(chǎn)，1945年日本戰(zhàn)敗后企業(yè)停產(chǎn)。新中國成立后，我國重新恢復(fù)和擴建了錦州煤制油裝置，1959年規(guī)模最大時有70臺箱式反應(yīng)器，年產(chǎn)油品4.7萬噸，1967年因大慶油田產(chǎn)油而停產(chǎn)。

1958年大躍進時期，山西再次開展煤制油試驗，全省共建成煤煉油廠34個。由于技術(shù)、成本和質(zhì)量都不過關(guān)，這些煤煉油廠建成后都沒有生產(chǎn)出合格的汽油。后來這些廠陸續(xù)停產(chǎn)改建成縣級小氮肥廠。改革開放之后，山西煤制油試驗再次上馬。1981年，中科院山西煤化所開始進行煤制合成汽油的開發(fā)研究，并開發(fā)出兩段法煤制油試驗裝置。1989年5月至8月，山西省代縣化肥廠完成了兩段法煤制合成油的百噸級中試裝置，連續(xù)運行1600小時，共得汽油5.8噸，汽油收率為90-100克/立方米，油品辛烷值超過80。

1991年初，國家撥款600萬元，山西省自籌900萬元，利用晉城市第二化肥廠的廠區(qū)空地、公用設(shè)施和輔助生產(chǎn)裝置，建成規(guī)模為年產(chǎn)汽油2000噸、副產(chǎn)城市煤氣750萬立方米的工業(yè)化試驗裝置。1993年12月16日順利產(chǎn)出90號車用汽油，并通過了連續(xù)開車1500小時的考核。之后原化工部第二設(shè)計院開始進行年產(chǎn)5-10萬噸，煤制合成汽油大型裝置的方案設(shè)計工作。然而，由于當(dāng)時國際石油價格很低，煤制油的成本高于進口石油，加上當(dāng)時我國已開始大量進口石油，這套工業(yè)化試驗裝置也因經(jīng)費問題，在試驗成功后就不再開車了。

中國煤制油崛起

1997年以后，隨著我國石油需求快速增長，煤制油技術(shù)重新得到重視。目前我國在建和擬建煤制油裝置的公司，主要包括神華集團、兗礦集團、潞安礦業(yè)集團和內(nèi)蒙古伊泰集團。其中兗礦、潞安和伊泰采用煤間接液化技術(shù)，神華集團采用煤炭直接液化工藝，并在寧夏寧東項目采用間接液化工藝。

早在1998年，山東兗州礦業(yè)集團已經(jīng)開始進行煤制油的技術(shù)儲備。當(dāng)時，兗礦集團從南非薩索爾公司請回了其副總工程師孫啟文博士。孫的回國加快了煤間接液化技術(shù)研發(fā)。兗礦主要研究低溫鐵基漿態(tài)床技術(shù)，和高溫鐵基固定流化床技術(shù)。2006年2月，兗礦集團在獲得國家發(fā)改委同意后，啟動了陜西榆林煤制油項目。計劃投資1000億元，分兩期建設(shè)1000萬噸煤間接液化項目。一期工程于4月21日奠基。準(zhǔn)備投資134.5億元，在陜西榆林市榆橫煤化學(xué)工業(yè)區(qū)北區(qū)，建設(shè)年產(chǎn)100萬噸的煤間接液化裝置。主要產(chǎn)品包括柴油78.08萬噸/年、石腦油25.84萬噸/年,液化石油氣5.648萬噸/年。但該項目受到國家政策轉(zhuǎn)向影響，仍處于審核溝通階段。

2006年2月22日，山西潞安礦業(yè)集團年產(chǎn)16萬噸煤間接液化示范裝置，在長治市屯留縣開工。該項目投資18.86億元人民幣，采用山西煤炭化學(xué)研究所自主研發(fā)的鈷基固定床費托合成技術(shù)，2008年12月正式出油。按照規(guī)劃，潞安礦業(yè)集團準(zhǔn)備在2015年前，建成2座年產(chǎn)260噸煤間接液化廠。

2006年5月11日，內(nèi)蒙古伊泰集團年產(chǎn)16萬噸煤間接液化示范裝置，在鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗大路煤化工園區(qū)正式開工。該項目投資21.76億元，設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模為48萬噸/年，采用山西煤化所自主研發(fā)的鐵基漿態(tài)床費托合成技術(shù)。主要產(chǎn)品為柴油、石腦油及液化石油氣，2009年3月聯(lián)動試車、投料出油。2007年伊泰集團委托中國石油和化工規(guī)劃院編制了伊泰500萬噸煤制油項目規(guī)劃，擬投資661.4億元，分四期建成500萬噸產(chǎn)能。其中二期工程建設(shè)規(guī)模為350萬噸/年。