01煤制油的出现
讲煤制油的故事，绕不开德国。
可以说煤液化的技术都是德国人原创的，煤气化的技术，要么是德国人原创的，要么是在德国实现工业化的。
100多年前，当欧洲的化学家们从煤焦油中提取出各种稀有化学品并获得巨大利润后，化学家们似乎相信什么物质都可以从煤炭中变出来。
于是化学家们的目光又从煤焦油转向了合成气的研究，不出意外，合成气的研究又使得一批人发了财。
当人们不再单纯利用煤炭所蕴含的能量，其蕴含的元素和结构开始爆发出力量。
1914年7月27日，德国在鲁尔工业区成立了凯撒威廉（Kaiser Wilhelm）煤炭研究所，这是以当时德国皇帝凯撒.威廉二世冠名的煤炭研究所，也是世界上第一个专门研究煤炭利用的科学机构。
当时在这个研究所工作的有两位猛人，这两位老兄在煤制油的历史上留下了种种传奇，当今一切的煤炭间接液化都与这两人有关。
一个是研究所的所长费舍尔（Fischer），一个他的助手叫托普斯（Tropsch），这两个人合作发明了费托合成(F-T 合成)，为日后煤炭间接液化奠定了基础，当然，这个反应是以他俩的名字命名的。
凯撒.威廉（Kaiser Wilhelm）煤炭研究所成立典礼上，所长费舍尔（Fischer）说了发人深省的话。我们来看看他当时是怎么说的。
“煤炭是我国能源和资源的宝库，对德国的未来有不可估量的价值。对煤炭的研究决不能自己不做而让其他国家去做，否则我们将会因忽视这样重要的研究领域而受到历史的责备”。Fischer郑重地说。
研究所成立的日子，也是一个特殊的日子，就在第二天，也就是1914年7月28日，德国向塞尔维亚宣战，第一次世界大战爆发。
虽然化学家们一直没有研究明白煤炭的化学结构，但对煤炭的基本化学构成做了大量的研究。
人们发现，煤碳的氢碳原子比接近1，石油氢碳原子比接近2，天然气氢碳原子比接近4，从煤炭到石油，再到天然气，氢碳原子比是逐步提高的。
这也就意味着，通过调整煤炭的氢碳原子比，可能得到石油和天然气。这就出现了两种路线，一种是对煤炭加氢，增加氢的比例，一种是对煤炭进行去碳来调整氢碳原子比。
这就是煤制合成油的两种路线，煤炭加氢直接液化，煤炭去碳间接液化。
费托合成就是间接液化的代表，在费舍尔和托普斯发明费托合成之前，德国人已经在这个领域开展了类似的工作。
因为对高压氢化技术的看好，德国有个叫贝吉乌斯（Bergius）的化学家投身于此。1911年6月，贝吉乌斯在研究水煤气时，实现了煤的人工合成，进一步研究发现人工煤和合成煤可以实现氢化反应。
1913年夏天，通过对人工煤的研究，贝吉乌斯发现人工煤可以分解成小分子产物，于是他决定在天然煤氢化方面试一试。
这是一个见证奇迹的时刻。1914年，贝吉乌斯把150kg的煤放到油里，通入5kg氢气，对煤进行催化加氢，当温度达到400℃，压力达到200个大气压时，得到了柴油和汽油的混合物，这就是煤炭直接液化过程。
因为对高压氢化技术的贡献，贝吉乌斯获得了1931年的诺贝尔奖，这也是迄今为止，研究煤炭的人获得的唯一一个诺贝尔奖。
但这个反应条件实在是太苛刻了，在那个年代，根本没有多少企业能够去干这个。1915年贝吉乌斯开始建造煤氢化工艺的设备，1918年一批工业家和金融家也开始建立煤氢化工厂，但煤炭直接液化尚有许多问题没有解决，加之第一次世界大战后期，德国从罗马尼亚掠夺到石油，制造合成油就不那么重要了。
贝吉乌斯法的产业化困境引起了Fischer和Tropsch的关注，他们决定换个思路。
在这之前，还有另外一项引人注目的发现，1902年，法国化学家保罗·萨巴捷（Paul Sabatier）和让-巴蒂斯特·森登斯（Jean BaptisteSSenderens）提出了CO与H2转化为CH4的可行性，并成功利用合成气制备了甲烷。
Fischer和Tropsch决定利用这个技术路线去试一试，既然合成气可以制备碳一化合物，那可不可以制备碳数更高的汽油和柴油呢。
答案是显而易见的，1925年,通过对催化剂的改良，梦寐以求的结果出现了，这两仁兄成功利用合成气获得了液体烃类燃料，7月，Fischer和Tropsch向专利局提交了专利，费托合成正式出现。
1931年二次世界大战爆发，战争的出现，某种程度上推动了煤液化的进程。
1934年德国鲁尔化学公司采用费托合成工艺建成了世界第一座年产7万吨的煤炭间接液化工厂。到1945年二战结束时，德国共建成21家工厂，采用直接液化技术的有12家，采用费托合成的有9家，高峰时期年产油品560万吨。
整个二战期间，德国近三分之二的飞机燃料和超过一半的汽车、装甲车用油，都是由煤制油供应。
二战后，以苏联为首的华约和以美国为首的北约占领了德国，将德国分成了东德和西德，从德国获取了煤制油装备和技术资料。
1952年，前苏联利用德国煤直接液化技术和设备，建成投产11座单台产能4-5万吨/年的装置，运行7年后停产改作他用。
此后，由于中东石油的大规模开发，石油价格下降，煤液化产品无法与石油竞争。这使得投资巨大、工艺流程复杂的煤制油技术产业化进程嘎然而止，使全世界对煤制油失去了兴趣。
02萨索的崛起
然而，在远离世界中心的南非，一个名叫萨索（Sasol）的煤制油公司即将出现在世界舞台，这家公司在不久的未来将在全球煤制油领域掀起巨大风浪。
而这家企业的发展历程，对我们国家煤炭清洁高效利用也有着很大的启示。
说来也奇怪，煤制油是个高技术门槛、高资本投入的行业，二战结束后苏联和美国也是靠搬走了原德国的技术装备和技术资料才建了那么几套装置，即便如日本这样的国家，在德国的指导下也没搞出个样子。
况且煤制油成本奇高，德国人在二战期间大量发展煤制油，那是因为战争，不计成本，有用的就行。
南非这样一个农业国，为什么会在世界上工业强国都普遍放弃煤制油的情况下，逆势而上？
答案也很明确。
南非煤炭资源丰富，基本没有石油，而当时南非实行种族隔离制度，致使全世界对南非石油禁运。
没有石油可用，也买不来石油，南非不得不走上煤制油的路。
当然，南非在煤炭液化领域也不完全是空白的，早在1927年，一个叫Meyer的人已经建议南非政府发展煤液化了，而这个时期，南非也有一家叫安格罗瓦尔(Anglovaal)的公司从德国鲁尔化学(Ruhrchemie)公司引进煤制油技术，并与德国鲁奇(Lurgi)公司签订了技术转移协议，并游说政府，着手建厂的准备。
在安格罗瓦尔公司的鼓动下，1947年，南非通过了《液化燃料和石油法案》，将开发煤炭液化（CTL）技术列为解决能源问题的国家战略，等南非政府下定决心开展煤制油时，这家公司却打起了退堂鼓，巨额的造价使得一个私营企业难以承受，二是这个企业的原有厂址发现了金矿，转头去挖金子挣钱去了。
南非政府只能自己做了。1950年9月，Sasol成立，厂子的选址建在了萨索尔堡，一个靠近约翰内斯堡的内陆区域。
Sasol采用的工艺，就是Fischer和Tropsch发明的费托合成工艺。当时有两项合成技术可以选择，一个是德国鲁奇公司提供的以生产柴油为主的技术，一个是Kellogg公司的以生产汽油为主的技术。
南非人认为鲁奇公司工艺有成功的产业化经验，比较靠谱，并且鲁奇气化炉的供应商和费托合成的技术供应商在1932年组成了联合企业，可以提供整包技术，萨索在合成气制备上选择了鲁奇气化炉。
在合成工艺上，萨索同时选择了鲁奇的Arge固定床工艺和Kellogg的流化床工艺两种技术，与鲁奇合成不同的是，美国凯洛格（Kellogg）的工艺虽然在实验室数据上表现优异，但从来没有进行过商业化规模的应用，这也给日后萨索合成路线造成了不小困扰。
Kellogg合成工艺使用的是循环流化床技术，这个工艺需要在340℃的温度下进行，因此又叫做高温合成。就是这套高温合成工艺，使得萨索麻烦不断。
材料问题，最主要还是流化问题，流化状态不好控制，温度不好控制，催化剂在流化状态下高速的碰撞容易粉碎，更重要的是，各种阀门、连接件损耗严重，经常泄露，而这里面装的本来都是可燃气体，这就导致Kellogg工艺投产以来，萨索公司一直处于在灭火状态，是真的再灭火，字面意思，因为它真的太容易着了。
经过反复验证，问题依然没有解决，Kellogg公司最终退还了萨索公司支付的技术转让费，退出了萨索，但萨索公司并没有放弃这项引进失败的技术，继续探索，逐步开发出了自有产权的Synthol工艺。
相比较Kellogg的麻烦，从德国引进的Agre合成工艺就温顺多了，与Kellogg流化床工艺不同的是，Agre是固定床反应器，合成温度只有220℃-235℃，虽然也存在一些问题，但德国人在二战期间有过长时间运行Agre工艺的经验，总体上这套工艺运行的还比较顺畅。
不管怎么折腾，1955年，萨索公司的第一批油生产出来了。
但是，它并不赚钱，虽然账面上可以盈利，但是还没有政府给的补贴多，说不好听的，这就是个靠政府补贴的赔钱的买卖。因此，萨索也成了反对党抨击的对象。
就这样，在南非政府不计亏损的支持下，萨索公司平静的走了20年，这20年里，全世界基本都放弃了煤制油，萨索公司只能靠单打独斗，在萨索建成的这20年里，都在解决各式各样的问题，但是，长达20年的投入和实践，使得南非在煤制油方面积累了不少技术经验。
历史就是这么神奇，在萨索公司命运缥缈的时候，世界上发生了几件大事，萨索也在这几次事件中迎来了转机。
1973年10月6日，第四次中东战争爆发，埃及、叙利亚同以色列打了起来，冥冥之中注定，煤制油的每次发展似乎都与战争有着关联。
这次中东战争的结果是，OAPEC组织不再向支持以色列的国家提供原油，第一次石油危机爆发，简单点说，就是油价涨了。油价涨了，扩建萨索的理由就变的顺理成章，1974年，南非政府和萨索公司联合宣布，建设萨索二厂。
二厂，是一个年产300万吨油品的规模，气化依然选取的是鲁奇的汽化炉，在合成方面，选择了Synthol工艺，上面说过，这个工艺的前身就是美国的Kellogg工艺。二厂要扩建，就需要有技术工人，然而环顾周边，全球只有萨索一家在这方面有经验，于是只在再次牺牲一厂，让一厂的技术工人过来支援二厂。
就这样二厂也如期建设并达产，有了二厂的经验，1982年，萨索开展了三厂的建设，并在1984年达到设计产能。三厂建成后，这三座工厂年消耗原煤约5000万吨，年产油品达850万吨，包括汽油、柴油、蜡、氨等100多种产品。
为了保障萨索公司的发展，南非政府可谓花了大力气，长达数十年不计成本地坚定支持沙索公司发展煤制油，除了以汽油税的收入补贴沙索公司的运营费用外，还对煤制油的价格进行了补贴。
更为夸张的是，南非政府还直接进行市场干预以保障煤制油的销售。南非政府与所有的南非石油公司都达成了协议，这些公司必须关闭其部分的炼油产能，转而买下沙索公司的油品来供应南非的石油市场。
就这样，大量的补贴以及对石油产业的严控，使得南非的煤制油即便没有商业竞争力也能生存。在政府的补贴下，萨索公司账面上实现了盈利，但这盈利还真不是靠主产品燃料油，而是靠各类高附加值的化学品，在萨索扩建后的大部分时间里，萨索都在以副产品养着主产品。
如今，经过60多年发展的萨索尔在“煤制油”领域已经具备世界最先进技术，也是全球唯一一家煤制油技术的商业化生产商。当然，该企业也极大增强了南非的油品自给能力，南非每年2600万吨油品中，有近三分之一来自于它。
这60多年的时间里，萨索从一个严重依赖政府补贴的企业，成长年收入2019亿南非兰特的巨型企业，从完全依靠技术进口，发展成为拥有独立的世界领先的技术，在煤炭液化领域占有大块市场份额的企业。
萨索尔对于南非的意义不只是一个能源公司，甚至算得上是这个国家稳定和发展的支柱之一了。
这60多年，当真不容易！
当南非的萨索启动煤制油的时候，远在东方的中国也着手开始了研究，虽然历经波折，在一代一代科学家的坚持下，终于完成了技术的创新和突破，跻身世界煤制油前列！
下一节，我们将讲讲中国煤制油奋斗的故事！
（未完待续）
来源：科城能源环境研究院
