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神奇煤制油原来煤炭可以这样烧流量

发布时间:2019-11-20 20:13:56 阅读: 来源:放料阀厂家

神奇煤制油:原来煤炭可以这样烧

相不相信,烧“煤”也能让你的汽车飙起来?

生产一吨柴油或汽油,是不是一定要用到深褐又难看的、黏稠又难搞的、还深藏在地壳缝隙的原油呢?

现在告诉你,这可不一定。可燃有机岩,也就是人们俗称的“煤炭”,现在也能成为你汽车油箱里的新“食粮”。

不要不相信,在远离世界经济中心地带的南非,他们用了近50年掌握了这一技术。

神奇的“费托合成”

从约翰内斯堡市区驱车2个小时,就抵达了南非的东部小城赛空达。3月已是当地的初秋季节,整座城市人烟稀少,唯有一些用铁皮房所组成的村落,还会时不时地在眼前掠过。

普通的小镇,每天却能迎来一批接着一批的油罐车。它们从当地一家炼厂里鱼贯而出,装载着汽柴油,再送到南非的各个加油站,这家工厂就是南非沙索集团的核心石油生产基地——赛空达工厂。

站在宽4公里、长约3公里的土地上,能看到鳞次栉比的化工设备,有空气分离装置、汽柴油合成装置(循环流化床)、大型储罐、一排排管道、冒着白烟的烟囱……虽然也偶尔能闪出几个穿着制服的工作人员,但整个厂区十分宁静,连机器的轰鸣声都几乎听不到。

这座工厂,靠的就是煤炭这种黑色的固体原料,出产标号等于或高于“欧Ⅴ”汽车排放标准的洁净汽柴油。

南非2600万吨/年的油品中,有近三分之一来自于这里,它也是全世界第一座、唯一一座煤制油工厂。

用原油路线生产的石油产品,可归结为“液体到液体”的加工过程。把原油先做脱盐、脱水处理,再放在蒸馏塔中,按照蒸发能力分出不同沸点的油品,这便是馏分。

当然,产出的馏分还需要做调和、精制(如酸碱精制、加氢、脱蜡等),以去除硫、氮、氧以及蜡和胶质等成分,最终获得汽油、柴油等产品。

而“煤制油”则是“固体到液体”的生产路线。其细分为“直接液化技术”和“间接液化技术”两大类。

将煤炭直接加氢、产出石油就是直接液化技术。上世纪30年代它在德国实现了工业化。中国神华集团引入了美国碳氢技术公司的煤液化核心技术,现已有少量汽柴油出品。

沙索集团也曾做过“直接液化技术”的试点,但最终该公司还是选择了“间接液化”的煤制油技术,并使之成功运行。

沙索集团总经理李斯陶告诉记者,同“间接液化”相比,“直接液化”技术,多了一道“气体生产”环节——把煤炭和水、空气这三样物质首先做混合,就会有气体冒出来,产出物是一氧化碳和氢气。

接下来的环节,就是“间接液化”技术中最关键的一步:如何让气体变为汽柴油。

目前,国际上能实现这种转化的主流技术叫做“费托合成”,其工艺如下:一氧化碳在催化剂的作用下,先会变为一种活性的碳物,该物质再与氢气反应,产生甲基后,进一步聚合为各种化学品,其中就有汽油和柴油。

整个“费托合成”技术中必须要用到催化剂。

19世纪20年代,德国人选用了与铁离子相关的物质做催化。它可以产出柴油和石蜡,但也有不少缺点,如寿命不长(30天到40天左右,导致铁催化剂的消耗量会很大),一旦碰到硫,或被氧化、积碳,它都会失去作用。

于是,技术人员又找到了钴催化剂。早期的钴催化剂只是一些钴氧化物、钴-锌氧化物等,经过反复试验研究者们也发现,若把氧化钴放在二氧化硅上并且增加一些催化剂的活性(即与氧化镁等混合),催化剂的作用会更妙;而且,钴的水处理设施简单,其寿命也更长(能使用一年或以上)。此后,“费托技术”就长期使用钴做催化处理。

“费托技术”的难点还在于,操作过程不如想象的那么轻松。制造成品油之前,催化剂到底在流化床里放多少量,分离器(合成装置中的一个环节)如何不被催化剂堵住,高温加热操作时是否会破坏催化剂的属性,该怎样增加整套装置的压力都是一个个难点。

南非沙索工厂正在使用的叫做“循环流化床”反应装置,成功地解决上述难题,这使得汽柴油的生产变得容易许多。

扬名南非

“费托技术”于1925年开发,1929年在德国投入大批量生产。第二次世界大战期间,德国的合成原油年产量超过50万吨。20世纪20至30年代,英美公司也投身于该技术的开发中,并建立了示范工厂。

然而,当得克萨斯州、路易斯安那州和中东地区发现了新的大油田时,“费托技术”则被搁在了一边。虽然二战后美国仍然在继续费托研究,特别是美国矿务局进行了合成液体燃料项目(1944~1985年),但这项技术一直没有从实验室阶段进入大规模生产阶段。而该技术在南非被应用后,终于得到了政企的各方重视。

南非煤炭储量丰富,是世界第三大煤炭出口国,煤炭占能源生产的98%、能源消费的78%,但石油资源匮乏。上世纪20年代,政府便意识到了需要做一些特别的实践。

1927年,南非议会的一项有关于煤制油工业是否可行的官方调查全面展开,政府希望通过了解煤制油的工艺技术,来保持国家收支平衡、增强能源供应的可靠性。

1935年,南非块煤矿业精炼公司在南非的约翰内斯堡附近建设了一家工厂,用煤产出了少量的汽油,这让当时的企业界和学界都格外振奋。

1937年时,该企业也获得了费托技术的许可。1945年到1947年,虽然也有其他公司使用过费托技术,并且获得了建厂许可,但由于找不到资金,还是放弃了煤制油的商业计划。

当时的南非政府还是意识到,整个南非的能源需求未来将会增加,只有建立国有企业,由政府投入大量资金,并发展煤制油技术,才会解决能源自给问题。于是到1950年时,沙索这家国有公司终于出现,展开了煤制油的技术攻关。

沙索合成燃料国际有限公司董事总经理欧博阳告诉记者,1954年沙索集团的第一个工厂落户在了南非北部的沙索堡地区。1955年,最早一批汽油从该厂面世。当时大约4700万兰特的投资额全部是由政府实业发展公司来提供的。

在1955到1960年,煤制油工艺中的一个环节“合成醇反应器”的效率不断提高,整个费托工艺的基本原理和商业化等都被技术、操作人员所掌握,工厂逐渐步入了正轨。

“1972年的时候,沙索集团也考虑是不是要做第二个煤制油工厂以应对不断增加的能源需求。但当时石油价格偏低,并没有太大的经济性。”欧博阳告诉记者,真正的机遇和挑战出现在1973年“10月赎罪日”之战后,石油输出国组织将石油价格大幅上涨到了每桶12美元,相比3年前翻了4倍,而且宣布对美国实行石油禁运。

通过9个月的论证,南非政府决定在1974年修建一座比沙索堡工厂面积大10倍的工厂,这也就是现在的赛空达厂。1980年该工厂建设完毕后,总计投资32亿美元。

在赛空达二厂建设期间,国际油价按照现在的汇率来看,已经约为85到86美元/桶,赛空达如果建成的话,应该是有盈利的。

随后,1979年的伊朗革命再次催生油价大涨到了每桶40美元,南非政府决意开建第三个沙索煤制油厂,地点也设置在了赛空达。二厂和三厂的每日产量各为8万桶。

如今,沙索集团已成为一个总计产油15亿桶的炼厂,创造就业19.8万人,为国家每年节省了47亿美元的外汇。其煤制油业务既可以看作是经济层面(油价较高)所推动的,也有“石油制裁”等这样的政治因素蕴含其中。因为当欧佩克宣布禁运之后,欧美等大型石油企业就无法得到原油,更谈不上向其他国家供应石油产品了。

中国样本:同一技术的不同产品

南非赛空达的煤制油生产厂模式,正在向全世界其他地区复制。

沙索中国区总裁庄思强表示,目前在中国,沙索与神华集团在宁夏着手建立一家1:1投资的煤制油厂,总投资约为560亿元人民币,总产量相当于一个300多万吨的柴油厂。双方期望今年能获得国家发改委的核准。

庄思强说,就煤制油的成本和收益,无论是在中国,还是在南非,都非常相似,区别在于时间。

之所以要选择宁夏,原因是这里有多个神华集团的煤矿,资源能够解决。当初在南非选址时,沙索集团也是因为看到了当地距离煤炭基地较近(2到4公里)这一条件。

沙索技术有限公司一位高层Steve Venables表示:“我们拥有煤矿,所以我们不从市场买。”而神华和沙索两方未来也可能单独成立一家煤矿企业,将宁煤的部分煤矿资产直接注入到这家公司之中,供应给宁夏煤制油项目。

李斯陶告诉记者,沙索并不是一家单单卖“费托技术”的公司,在全球投资时,他们采用的模式就是与合作伙伴参股。

煤制油工艺还需要大量的水作为原料。赛空达厂距离水源地也比较近,在20公里左右。宁夏当地的煤制油用水也将通过引黄河水来解决。

在赛空达,一吨油需耗水10到12吨,当然这包括了化工产品在内的水耗情况。而在中国宁夏项目,估计每吨油的耗水量在8吨左右。无论是南非还是中国宁夏,水资源都是比较匮乏的,更省水的设计才可能更加具有经济性。

另一处差异还在于费托工艺路线的不同。在南非赛空达厂使用了“高温费托”技术,它可以产出更多汽油。

在中国宁夏,将采用“低温费托”技术,产出的成品油中大部分为柴油(约为75%),其次为石脑油、液化气等(分别占产出品总量的23%、2%左右)。这也是因地制宜的结果。毕竟中国目前已有了大量传统工艺的石油炼厂,汽油产量并不少,柴油需求较大但目前产量还不充足。

“我们工厂生产出来的柴油品质超过了欧Ⅴ的标准。这种油品既可以直接应用于终端消费用户,也可以由炼厂作为调和油使用。我们在卡塔尔(气制油工厂)的实践表明,我们已有两年半的时间进行产品的销售,多数都是用于炼厂对其进行调和。”欧博阳说道。

煤制油的另一个关键性技术还有二氧化碳的收集和排放。李斯陶说:“这不仅仅是中国面临的问题,而且是一个世界性的问题。和一般火力发电比,费托工艺所产生的二氧化碳是非常高纯度的。如果做二氧化碳封存,我们收集二氧化碳所发生的费用只有火力发电收集二氧化碳花费的20%。”

欧博阳也表示:“我们已与合作伙伴神华集团达成了一致,将支出的一部分额外费用用于提高产能、减少二氧化碳的排放。为了做二氧化碳的封存和驱油工作,公司委托了斯伦贝谢公司做这方面的研究,研究的第一阶段已经完成,现在正在进行第二阶段的研究,在周边寻找一些地区,能做二氧化碳的驱油或将二氧化碳用深度盐水封存。所有这些项目和可能性,都会给投资方带来效益,也希望以此建设一个二氧化碳储存的示范项目。”

背景资料:清洁煤

清洁煤技术是指在煤炭从开发到利用全过程中, 旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。

清洁煤技术主要包括两个方面:一是直接烧煤洁净技术。这是在直接烧煤的情况下,需要采用相应的技术措施:①燃烧前的净化加工技术,主要是洗选、型煤加工和水煤浆技术。②燃烧中的净化燃烧技术,主要是流化床燃烧技术和先进燃烧器技术。③燃烧后的净化处理技术,主要是消烟除尘和脱硫脱氮技术。

二是煤转化为洁净燃料技术。主要是煤的气化以及液化技术、煤气化联合循环发电技术(IGCC)和燃煤磁流体发电技术。

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