看煤是怎么變成油的？

      有沒有被上面的數(shù)據(jù)震驚呢？沒想到人的一生，吃、穿、住、行能消耗這么多的煤，還有不可思議的事是，煤炭還可以神奇“變身”為生活用品，快來看看煤炭是如何制作成油的吧。

煤怎么變成油？

     煤是由遠(yuǎn)古植物的殘骸浸入水中，并在生物化學(xué)作用下，經(jīng)過泥炭化階段，然后被地層覆蓋且在地壓和溫度條件下，經(jīng)過物理與化學(xué)作用而形成的有機(jī)生物巖。

     石油是古代生物遺骸經(jīng)由很復(fù)雜的生物和化學(xué)作用轉(zhuǎn)化而成的。據(jù)估計(jì)，大約只有千分之一或更少的生物體，有機(jī)會(huì)經(jīng)過很快的掩埋而與氧隔絕以避免腐爛，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成石油的前身——油母質(zhì)。形成的油母質(zhì)在沉積掩埋后，大約經(jīng)歷幾千萬年，沉積物越埋越深，地溫越來越高(100 至150 )，油母質(zhì)的成熟度達(dá)到一定范圍就轉(zhuǎn)化成液態(tài)石油或天然氣。

1、煤制油有現(xiàn)實(shí)物質(zhì)組分基礎(chǔ)

     煤與石油都是由碳、氫、氧為主的元素組成的天然有機(jī)礦物燃料，這是煤能制成油最根本的基礎(chǔ)。但它們?cè)谕庥^和化學(xué)組成上都有明顯差別，其中最明顯的差別就是氫、氧含量的不同。煤中氫含量低、氧含量高，氫/碳比低、氧/碳比高。

     煤的化學(xué)成分中氫含量為5%，碳含量較高，而成品油中氫含量為12%-15%，碳含量較低，且油品為不含氧的液體燃料。這主要是由于煤與石油的分子結(jié)構(gòu)不同。

因此，要將煤轉(zhuǎn)化為液體產(chǎn)物，首先要將煤的大分子裂解為較小的分子。而要提高氫/碳比，就必須增加氫原子或減少碳原子?？傊?，煤液化的實(shí)質(zhì)是在適當(dāng)溫度、氫壓、溶劑和催化劑條件下，提高其氫/碳比，使固體的煤轉(zhuǎn)化為液體的油。

2、煤直接液化技術(shù)路線

     煤直接液化就是讓煤漿在高溫、高壓、催化劑作用下首先打斷煤的大分子結(jié)構(gòu)，然后將外供氫加到碳原子上而生成液體油，再通過加氫提質(zhì)，使煤中雜原子變?yōu)楦黝惢衔铮尚枰囊簯B(tài)產(chǎn)品。直接液化的優(yōu)點(diǎn)是熱效率較高、液體產(chǎn)品收率高；主要缺點(diǎn)是煤漿加氫工藝過程的總體操作條件相對(duì)苛刻。

     1913年德國(guó)科學(xué)家F·貝吉烏斯發(fā)明了在高溫高壓下可將煤加氫液化生產(chǎn)液體燃料的方法，并獲得專利，為煤直接液化技術(shù)的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

     到20世紀(jì)20年代，德國(guó)采用貝吉烏斯法，于1921年建成了煤處理量為5噸/天的試驗(yàn)裝置，奠定了煤直接液化技術(shù)研究的基礎(chǔ)。

     1927年德國(guó)建立了世界上第一座工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的煤直接液化廠，裝置能力10萬噸/年，原料為褐煤或褐煤焦油。

     截至1939年二戰(zhàn)爆發(fā)，德國(guó)共建成投產(chǎn)12套煤直接液化裝置，油品生產(chǎn)能力達(dá)到423萬噸/年，為發(fā)動(dòng)二戰(zhàn)提供了2/3的航空燃料和50%的汽車和裝甲車用油。

     在二戰(zhàn)前后進(jìn)行煤直接液化技術(shù)研究開發(fā)的國(guó)家還有：英國(guó)建設(shè)了一座15萬噸/年汽油的煤加氫液化廠；1937年日本在我國(guó)東北撫順建設(shè)煤液化生產(chǎn)廠，1942年試生產(chǎn)，曾達(dá)到連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1000 小時(shí)的紀(jì)錄，但直到戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束也沒能正式投產(chǎn)。

     到20世紀(jì)50年代初期，蘇聯(lián)利用德國(guó)煤直接液化技術(shù)和設(shè)備于1952年在安加爾斯克石油化工廠建成投產(chǎn)了11套煤直接液化和煤焦油加氫裝置，總生產(chǎn)能力為110萬噸/年油品，運(yùn)行7年后停止生產(chǎn)油品而改作他用。

3、煤間接液化技術(shù)路線

     煤間接液化是將煤先氣化生產(chǎn)合成氣(氫氣、一氧化碳)，合成氣經(jīng)凈化，調(diào)整氫氣、一氧化碳比例后，再經(jīng)過催化合成為液體燃料和化學(xué)品。其優(yōu)點(diǎn)是煤種適應(yīng)性較寬、操作條件相對(duì)溫和(壓力較低)、煤灰等三廢問題主要在氣化過程中解決，缺點(diǎn)是總效率比不上直接液化。

     1925年，費(fèi)舍和托羅普歇在室溫下成功合成烴類并申請(qǐng)專利。

     1934年，魯爾化學(xué)公司與托羅普歇簽訂了合作協(xié)議，建成250公斤/天的試驗(yàn)裝置并順利運(yùn)轉(zhuǎn)。

     1936年，該公司建成第一個(gè)間接液化廠，產(chǎn)量為7萬噸/年，到1944年，德國(guó)總共有9套煤間接液化生產(chǎn)裝置，總生產(chǎn)能力57.4萬噸/年。

     在同一時(shí)期，日本、法國(guó)和中國(guó)也有6套這樣的裝置，規(guī)模為34萬噸/年。因此，二戰(zhàn)前全世界煤間接液化廠的總規(guī)模為91.4萬噸/年。

     二戰(zhàn)以后，德國(guó)的間接液化工業(yè)裝置與直接液化裝置一樣完全停頓。

     1952年，蘇聯(lián)利用德國(guó)的技術(shù)和設(shè)備，建了一個(gè)5萬噸/年的小型工業(yè)裝置，但沒有得到進(jìn)一步發(fā)展。

     南非于1950年成立南非煤油氣公司，由于當(dāng)?shù)氐V區(qū)的煤為劣質(zhì)煤，更適合于間接液化對(duì)煤種的要求。第二次世界大戰(zhàn)以后，煤間接液化的中心由德國(guó)轉(zhuǎn)移到了南非。

4、成本考量是技術(shù)長(zhǎng)期擱置主因

     二戰(zhàn)以后，世界范圍內(nèi)的煤制油產(chǎn)業(yè)處于停滯狀態(tài)，主要是由于石油供給的情況決定的。

在上世紀(jì)40年代末50年代初，隨著中東大油田的開采，低成本的石油大量充斥市場(chǎng)，使得煤制油技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上很不合算。

     直到1973年，中東實(shí)行石油禁運(yùn)，世界石油危機(jī)爆發(fā)，大規(guī)模的煤制油研發(fā)才又掀起高潮，美國(guó)、日本、德國(guó)、蘇聯(lián)都紛紛投入巨資研究，并建設(shè)了試驗(yàn)工廠，相繼開發(fā)出多種工藝。

     到20世紀(jì)80年代中期，世界石油價(jià)格迅速下跌，而且至1995年還一直在低價(jià)位上徘徊，使得那些煤液化示范廠和生產(chǎn)廠的計(jì)劃不得不中斷，煤液化工業(yè)化開發(fā)的熱情隨之逐步降溫。

     總的來說，各國(guó)煤制油技術(shù)已相當(dāng)成熟，但國(guó)際油價(jià)頻繁變動(dòng)，時(shí)高時(shí)低，而且煤制油項(xiàng)目從啟動(dòng)到開工建設(shè)，至少需要5年準(zhǔn)備時(shí)間，且煤制油項(xiàng)目也要消耗大量的煤炭資源和水資源，導(dǎo)致各國(guó)往往反應(yīng)滯后，使決策舉棋不定。因此，近年來在國(guó)外，除了南非在發(fā)展煤制油產(chǎn)業(yè)外，各國(guó)對(duì)煤制油產(chǎn)業(yè)普遍保持觀望態(tài)度。

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