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南非煤制油公司——萨索故事.pdf

南非煤制油公司——萨索故事.pdf

上传者: 塞上的风 2011-03-03 评分1 评论0 下载8 收藏0 阅读量924 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《南非煤制油公司——萨索故事pdf》,可适用于工程科技领域,主题内容包含萨索故事作者:橡树村文章首发于西西河(wwwtalkccnet)煤化工是需要大规模资金支持的行业。煤化工技术的发展也都是需要持续的高额投入的。所以这符等。

萨索故事作者:橡树村文章首发于西西河(wwwtalkccnet)煤化工是需要大规模资金支持的行业。煤化工技术的发展也都是需要持续的高额投入的。所以这种基础化工基本上关键技术都掌握在发达国家手里象德国美国英国就是这个领域的领先者。所以南非这样一个偏远的远离文明世界的还是来自非洲的一个遥远的地方能够产生世界领先的煤化工技术并四处输出实在是很罕见的。这个企业就是南非最大的化工企业萨索SASOL。这个系列争取介绍一下这个企业的发展历史并借此介绍一下相关的煤化工常识。文字是基于萨索的公开资料和我个人的经验。我第一次去萨索讲课是年那个时候是油价低谷原油价格跌到过每桶美元正是萨索赔钱的时候。我们去讲课连简单的手指午餐都只给了一点点根本不能果腹。那个时候也是萨索技术人员流失最厉害的时候低于同行业的工资在南非都缺乏竞争力更不要说薪水高出好几倍的欧美同行。不过现在不一样了萨索目前不仅员工收入在南非的同类大公司里面位居前列还在欧洲建立了研究中心那钱花的仿佛是白来的一样。我们再去那里待遇自然完全不一样了。不过才八年时间变化的原因就是油价涨了萨索这个世界上唯一的煤液化的企业终于依靠卖油也能赚钱了。萨索的合成油目前供应南非的油品市场有两百多种化学产品是从煤炭生产到最终化学品销售一体的一个庞然大物虽然比起欧美的大油品公司仍然还算一个小不点。财年萨索每股的利润达到了兰特(目前汇率美元大约折合兰特)毛利润超过亿兰特。对于一个年产量不过是六百多万吨油品和化学品的企业来讲利润是非常可观的。萨索同时还有超过亿兰特的对外投资项目在进行。不过五十多年的路走起来可是真不容易。这个是SASOL的LOGO。萨索的企业网站是http:wwwsasolcom要讲萨索的故事咱们先讲讲煤化工是怎么回事。煤化工就要从一百多年前欧洲新兴中产阶级的消费习惯说起了。如果那个时候这些中产没有兴趣把自己打扮得花枝招展和贵族一样可能煤化工就不会诞生了。人类发现煤应该有几千年历史了但是一直没有大规模应用。三百多年前英国人对铁的需求忽然大增炼铁使用的木炭立刻供不应求直接影响了铁的产量。于是煤炭才作为一种重要能源形式被人类大规模使用。在无氧的条件下加热煤煤里面的气体跑出去了液体就是煤焦油也可以分离出来剩下的就是焦炭。这个工艺就叫炼焦。焦炭基本上是纯碳是非常优秀的燃料到现在炼钢也离不开这个东西。钢铁生产的主要污染也来源于此。得到的气体就是煤气。这个我们以后还要说。在一百多年前煤气的主要用处就是照明。不仅大街上使用煤气灯家里面也是要点煤气灯的。我们现在关心的是煤焦油。煤焦油的成分非常复杂大约有上千种的化合物。所以呢这个东西就成了化学家们的研究对象时不时地从里面提取出一点东西四处宣扬满足满足自己的虚荣心。到了世纪德国的煤炭业和炼钢业已经成了国家的支柱产业丰富的资源也使得德国产生了不少化学家。那时候似乎化学家们相信什么东西都能从煤焦油里面找出来。年不过二十几岁的AugustHofmann跑到皇家化学院教书其中有一个学生叫做WilliamPerkin。这个学生后来自己在家里建了一个实验室干什么呢?打算从煤焦油里面提取奎宁。奎宁是治疗疟疾的药当时只能从金鸡纳树中提取价格非常昂贵。科学史上很多东西的发现都是偶然的。有一天晚上Perkin把一片丝掉到了一瓶煤焦油衍生物中第二天早晨他发现丝绸染成紫红了。要是染成了其他的颜色比如绿的什么的也就不这么轰动了。紫红色可是太难得了。当时一种紫红色的染料只能从海蜗牛中提取一万个海蜗牛才能提取出一克染料价格自然非常昂贵是只有国王、主教、巨贾、大银行家们才可以享用的超级奢侈品。化学家们已经发现了煤焦油里面的一种物质苯胺可以制备不同的染料象洋红紫黑等等。但是紫红色还是太特殊了。Perkin发现的这个染料的颜色叫土耳其红提取方法是从茜草提取的价格昂贵。当时德国和英国的化学家们都在致力于其人工合成。年两国化学家同时发现了茜草中间重要的成分茜草素是可以从煤焦油里面的蒽出发合成的。德国人的运气好比英国人申请专利早了一天于是德国的合成染料工业就开始了领头的就是现在的化工和制药行业巨头拜尔。煤焦油里面的研究导致了巨额的利润也使得一些化学家开始研究煤气。煤气里面含量高也最有价值的是一氧化碳和氢气以煤气为原料化学家们合成了一大堆有用的化学品这个气体索性就被叫成了合成气。当然又有一批人发财了。德国在合成气领域领先了年一直到二次大战结束。这期间和我们话题相关的就是年代发现的一个反应:费托合成。开创了煤化工的紫色费托合成其实是两个人的名字合起来的。一个叫Fischer一个叫Tropsch。这两个人发明了从合成气合成油的反应这个反应就以这两个人的名字命名了。两个人都是KaiserWilhelm煤炭研究所的研究人员。这个地方是年建立的位于德国的工业区鲁尔。年代初Fischer到了这里负责从煤制气合成油的研究。KaiserWilhelm煤炭研究所里面的会议其实类似的工作已经有了。年PaulSabatier使用镍和钴做催化剂从合成气得到了甲烷。甲烷是分子量最小的烃。年以后他获得了诺贝尔化学奖理由是使用镍作为催化剂的贡献。年有一个叫Bergius的把煤分散到了油里面在一个升的反应器内使用氧化铁作催化剂进行加氢反应。当温度达到了摄氏度压力达到了个大气压的时候得到了汽油、柴油的混合物这个就是直接液化过程了。年他也得到了诺贝尔化学奖理由是对于高压反应的贡献。这个就是Bergius这个反应条件实在是太苛刻了。别说那个年代就是现在建一套大一点的这么高压力的反应装置也是非常费劲的全世界都没几个供应商干这个。于是呢Fischer和Tropsh就打算采取其他思路。不是合成气可以合成甲烷么?那么能不能得到碳数更高的东西呢?当然能了。两个人的合作很快就有了成果。年两个人申请的专利得到了批准费托合成就正式出现了。这条煤液化的路线现在被称作煤间接液化。Fischer和Tropsch德国是个富煤少油的国家。二三十年代的德国已经在为后来的战争做准备了而液体燃料又是重要的战略资源。于是煤液化在德国迅速工业化。当时直接液化要相对成熟到二次大战的时候直接液化的年产量最高的时候达到了万吨间接液化也有接近年产万吨的规模为德国的战争机器的运转提供了不少血液。费托合成的专利二战以前英国和美国的公司也对煤液化技术有很大兴趣很多德国的研究资金实际上来源于英美的大公司。但是随着美国和中东发现大油田这些兴趣渐渐的就淡了。二战结束以后德国的工厂基本上没有保留下来毁于战火。相关资料倒是被美国人英国人拿走了分析了之后建了几套小型装置然后就束之高阁了。这些资料现在已经过了保密期。廉价的石油资源使得煤液化没有任何经济竞争力慢慢的煤液化基本上就没有人感兴趣了。而在南非却开始了兴建煤液化企业的尝试。要说起来南非当时决定上煤液化项目还是挺奇怪的。南非在发现钻石矿金矿之前就是个农业国穷得很也没有技术基础。发现了宝藏之后开始开发富起来一些人但是也只能进行基础原料的开采。增值的东西南非做不了。就算有技术也就是矿业还算不错。而作化工南非却一点经验都没有。而且煤液化这个项目也真的不是什么好项目。首先煤液化当时就是个赔钱项目。虽然德国人差不多连续生产了十年但是那种生产是不计成本的。要知道生产成本就比当时的油价高出一倍有余。战争时期无所谓只要有东西就好不在乎价钱但是现在不打仗了这么贵的东西谁买呀?然后这个东西技术门槛挺高的虽然看起来反应很简单实际上技术问题一大堆。日本当时还算说得过去吧?工业化根本就没实现了甚至德国人去教都没教会。其他国家也就是英国美国试了试其他的都不敢碰的。南非一点技术基础都没有玩这个不是找死么?最后这个项目很花钱的。南非当时基本上还是个农业国家经济规模很小政府没有足够的财政能力完成这件事情。实际上煤液化企业一建立起来就经历了大大小小无数的问题政府给的那点钱很快就烧光了于是投资一加再加没办法已经开始了不干更亏呀!那么南非政府犯什么毛病非要玩这个不可呢?那还要讲讲南非的历史。南非成为一个国家的时间很短正式定下来国名是在年代。实际上南非内陆的开发就很晚不过年历史。虽然葡萄牙人是欧洲人里面最早发现了非洲大陆最南端的最早在南非建立殖民地的白人却是荷兰人。当时荷兰是海上的霸主控制了整个印度洋。为了船只补给方便三百五十年前就在现在开普敦的地方建立了第一个白人定居点。定居点的日子非常艰难。早期殖民也是非常辛苦的。慢慢兴旺起来了却赶上了荷兰海上王国的衰落。于是英国人就来了。这时候是两百年前。这时候英国人已经开始玩什么文明了有一个废奴运动。英国人控制了开普地区也把这个东西带到了南非。南非的白人居民大部分还是荷兰人这些人以农业为生是需要使用奴隶的(有点像美国的南部?)。英国人要求他们废奴这些人就不高兴了。不过南非当时没有开发的土地还多的是犯不着和英国人计较于是年代这些人就开始向内陆的迁徙。对此英国人也懒得干涉正好给自己的移民腾地方么。迁徙的故事很多这个帖子不是讲这个的就少说了。迁徙的结果是荷兰人建立了两个共和国一个是现在南非北部的南非共和国一个是南非中部的自由州。艰辛的大迁徙刚刚稳定下来自由州附近的金伯利就发现钻石了。英国人就跟上来了。再不久约翰内斯堡地方发现黄金。于是呢英国人就想要这些资源。都是钱闹的。荷兰人这时候叫布尔人了当然不给。打了两次布尔战争英国人基本算赢了于是就把两个布尔人的国家与英国的殖民地合并了。到年代成立了南非共和国。原来不是三个政权么?于是新国家就有了三个首都。到现在南非的首都还是三个:行政首都比勒陀利亚司法首都布卢芳丹议会在开普敦。南非金伯利的大矿坑。从这里开始了钻石潮。布尔战争显而易见这个国家是由英国人执政的。而年布尔人现在已经叫亚菲利康人了终于赢得了大选(普选占少数但是议会席位选举占优)。而英国人在此以后就再也没有了执政机会。这个政府是臭名昭著的南非种族隔离政府的开始。这个话题以后再聊。亚非利康人是少数民族。当时南非的白人大约占人口总数的四分之一白人主要就是英国人和亚非利康人。英国人基本上占有经济优势大的矿业、企业、金融等等都掌握在英国人手里。而亚非利康人基本上只控制了部分矿业和农牧业。经济地位两个民族是不平等的。这样在白人里面亚非利康人就是处于劣等位置。黑人在亚非利康人上台前还多少有一些政治地位的。亚非利康人能感觉出来英国人对他们的威胁也能感觉出来正在上升起来的黑人对他们的威胁所以他们就颁布了一系列的种族隔离法律完全取消了黑人的投票权试图维持自己对于黑人的优越感。同时也需要寻找出路维持这个庞大的专制机器的运行。其后果就是这个政府决定南非要走工业化的道路。而煤液化就成了工业化的重要项目。政治任务么不惜血本也要搞成的。在当时的南非政府看来上煤液化项目还是有很多好处的。南非是个多煤少油的国家。那点原油储量根本没有任何战略意义。而南非的煤炭储量却占到了世界第六位。而且南非的煤炭非常好开采煤层基本上是平面最多有几度的倾角煤层也长十几公里都没有断裂。露天煤矿也不少。这样从解决能源问题的角度出发煤液化也是个比较符合逻辑的选择。虽然这个时候还没有各种制裁但是买油总是要花费大量外汇的自己能生产油至少能节省不少的外汇。再有进行一个大型的工业项目的建设的确能带动整体的工业发展。煤化工项目涉及的方方面面非常广借此机会就可以把南非进行工业化建设。而战后可以预见到的人口增长也需要工业的发展来提供足够的就业岗位。有了自己的工业也可以抵御国际市场的风险。最后新上任的种族隔离政府已经预见到了以后的贸易禁运这也算是做准备。年上台的南非首相种族隔离制度的坚定推进者DFMalan南非在煤液化领域不是完全空白的。南非的研究人员在三十年代就开始了相关领域的研究。南非和欧洲毕竟关系密切欧洲在该领域的发展南非也有人跟进实际上当时欧洲几个主要的实验室也都有南非人的身影。年的时候一个叫FMeyer的就已经向南非政府建议发展煤液化了。这个时候南非还真有了一家非原油原料的炼油企业。企业叫Anglovaal使用的原料是页岩油。在当时中国也有页岩油的炼厂日本人在抚顺建的。这家公司在年购买了费托合成的使用权并在做建厂的准备。二次大战使得这一切都停顿下来。虽然南非远离战火但是大型设备根本运不到南非工厂自然就建不成了。但是Anglovaal仍在进行相关的技术准备并又购买了一些相关专利技术。年战争结束后Anglovaal又开始了向政府的游说工作年南非政府终于下了决心。但是这时候Anglovaal自己却打了退堂鼓。南非货币忽然贬值使得厂子的造价不是这个私人企业能够负担得了的同时这家公司名下的一些土地上发现了大量的金矿还是采金子要紧而建设金矿也是非常费钱的事情。于是南非政府想做这件事情就只能自己掏腰包了。年南非政府指定了专门委员会研究相关问题。这个委员会到英美进行考察结论说政府应该接管Anglovaal手上的项目并确定了使用费托合成工艺德国的反应器来生产柴油、润滑油、石蜡和各种化学品以及Kellogg生产汽油的技术。年月南非煤炭、油品和气体联合企业就成立了。这个企业就是SASOL。萨索选用的工艺现在叫做煤炭间接液化。前面稍微介绍了一点这里多罗嗦几句。叫作间接液化就是说不是直接的。直接液化是把煤一次就变成油间接液化就需要把煤先变成别的然后再变成油。先看看煤炭怎么个液化法。煤炭的主要成分是碳稍微有一点氢暂时忽略不计那么原料就是一个C。油呢基本上是CH氢和碳的比例是。好无论什么过程我们的原料和产物是不变的。原料:C产物:CH在这里推出一个重要原理:物质不灭!物质既不会无故出现也不会无故消失。化学反应是原子的重新排列组合在没有任何反应的情况下原料里面的原子都需要体现在产物中而产物中的所有原子也需要在原料中找到。讲这个干什么?看看我们的原料和产物相比有什么区别。对了原料里面还需要氢!真聪明。找氢就是了么。不过自然界里面基本没有单质氢。怎么办呢?就需要找有氢的东西。有氢的都有什么?油里面有氢!这个不行产物是油原料也是油那不就没有煤什么事情了么。还有什么呢?甲烷。这个也不错不过不是什么地方都有。当然了有煤矿的地方就有煤层气煤层气里面甲烷就不少。不过煤层气开发到现在还不成熟先把这个放下。还有什么呢?又好找还不能太贵的?水呀!水就是一氧化二氢么。好了现在重新看一下我们的工艺:原料:CHO产物:CH还是不对。原料里面的氧需要有去处。氧能怎么处理呢?氧气么!这个理论上说也没错比如水电解得到氢气和氧气氢气作为原料氧气就是产物了。不过分解水不那么容易这个工艺稍微贵了点而且氧气本身卖了市场太小扔了可惜还是要想办法用起来的。所以产生的氧气工厂自己不使用在目前的阶段是非常不实际的那就不能把氧气放到产物里面。所以就需要放个含氧的化合物。什么呢?水?不行原料里有的东西咱就别往产物里面放了。那么就剩下氧化碳了。一氧化碳还是二氧化碳呢?一氧化碳你排放个试试!这东西剧毒!出售一氧化碳呢?这个目前也不现实。一氧化碳实在是个好东西工厂一般自己都舍不得的。不过的确有副产的煤气作为燃料使用的在南非引入莫桑比克的天然气之前约翰内斯堡的城市煤气也就是一氧化碳和氢气都是由萨索提供的国内可能一些地方的煤气仍然用作燃气。但是这个比例很低而且一般以煤气为目的的直接生产气就是了。在我们液化的工艺里面这个并不实际。一氧化碳不合适所以呢产物里面就要加个二氧化碳。好了我们新的工艺就出来了:原料:CHO产物:CHCO化工一个重要原则就是质量要平衡。所以呢我们给他们平衡一下:CHOCHCO你看你看煤液化就要排放二氧化碳排放的比例还不少。除了质量平衡化工还有一个能量平衡。这个反应本身需要能量于是呢我们还需要找到一个提供能量的方法。方法很多比如电就很方便不过我们要是考虑一个独立的厂子呢可以考虑自己提供能量。这个能量的提供方法比较方便的就是烧煤么。烧煤的过程原料是煤和氧气。我们的原料里面就有多了一个:氧气。好了现在再看一下:原料:CHOO产物CHCO好了这样我们就知道了煤液化的原料:煤、水、空气煤液化的产物呢:油二氧化碳。这个是最主要的其他的暂时忽略。好现在我们知道煤液化原料是煤、水、空气。产物呢油二氧化碳。过程呢?显然把煤掺了水放在空气里面是产生不了油的。具体怎么回事呢?具体的过程就叫做工艺。煤液化主要有两大类一个叫直接液化一个叫间接液化区别就是变化的过程不同。萨索用的是间接液化。前面讲过了直接液化呢把煤在高温高压加氢就产生油了这不是没有用水和空气吗?其实用了。目前工业上最方便的制氢方法原料就是煤、水和空气。具体一点呢是煤先要气化制成煤气。这个过程叫做气化气化呢就需要水和空气。得到的煤气再经过一个叫水煤气变换的过程得到氢气。水煤气变换非常重要我们后面还要讲这里先放一放。现在先讲讲气化。初中化学里面大约就有煤气化得到煤气。究竟是个什么反应呢?看看我们有什么原料:煤简化成C水HO空气我们简化一下只考虑氧气O。简单吧?这些东西都有什么反应?就三个原料么能有什么东西。提醒一下这里提到的反应很多都是要在温度很高的情况下发生的至少要两三百摄氏度有的需要的温度更高。常温下是没这么热闹的。煤和水的反应:CHO–COH煤和氧气的反应两个:COCOCOCO水和氧气没有反应。就这三个吗?仔细看看发现多了三个东西:CO,H,CO。那么就还有这三个参与的反应:煤和一氧化碳没有反应煤和二氧化碳CCOCO煤和氢气CHCH煤和氢气还能合成油我们先不考虑。水和一氧化碳的反应HOCOHCO水和氢气、二氧化碳没有反应氧和一氧化碳的反应COOCO氧和氢气HOHO氧和二氧化碳没有反应一氧化碳和氢气COHCHO二氧化碳和氢气COHCOHO一氧化碳和二氧化碳没反应一氧化碳自己还有一个反应COCCO已经够热闹了吧?还有吗?看看发现现在有多了一个东西:甲烷。甲烷也可以有很多反应。我不列了。太复杂了。看看这么个简单体系就有这么多反应。热闹不热闹?这还是已经充分简化过的体系还没有考虑煤里面的各种各样的杂质没有考虑氮气的影响等等等等。所以呢煤气化虽然已经有了两三百年历史了煤气化用于化工也差不多一百年了煤气化仍然是个没有人能够说得清楚的事情。我也就不费劲了。好在我们关心的反应不多最重要的就是一个:CHOCOH我们需要的就是一氧化碳和氢气。这个反应需要不小能量。那么再记住一个提供能量的反应:COCO这样我们的原料是煤、水和空气气化产物是一氧化碳氢气二氧化碳。现在我们知道了煤气里面的主要成分一氧化碳氢气还有二氧化碳。二氧化碳是废物我们不去考虑。气化以后干什么呢?对于煤直接液化煤炭气化的目的是制氢。看看煤气的成分里面有氢呀!这时候我们有两个选择一是想办法把氢气分离出来再有就是嫌氢气量不够想办法多做一点。分离就不讲了。分离以后一氧化碳需要寻找出路。如果整个体系里面可以使用这些一氧化碳那么分离是个选择。反正别把一氧化碳排到空气里面就好。还能多弄出来些氢气么?可以。加水给点温度前面我们列的一个反应就可以用上了:COHOCOH这样就可以得到更多的氢气。这个反应前面也提到了叫水煤气变换。这不是个能够完全转化的反应。或者说这是个平衡反应。什么是平衡反应呢?很多化学反应都不是单向的。反应物我们列在方程式左边的可以生成产物而产物也可以生成反应物。两个互相反方向的反应可以达到一个平衡这个时候产物和反应物的含量都不变化了。所以这样的反应就是平衡反应。不过这个平衡点可以是偏向反应物的也可以是偏向产物的。了解了这个平衡反应以后可以控制这个反应偏向你想要的一边。所以呢我们要得到更多的氢气就可以控制反应向尽可能生成氢气的一边。当然如果需要比较纯的氢气最后还是需要分离。好直接液化的氢气有了。直接液化我们就讲这么多了。下面看间接液化。间接液化需要把煤先气化我们前面介绍过了。气化以后就是合成。间接液化的核心是我们前面提到的那个叫费托合成的反应反应是这样的:COHCHHO发现问题没有?我们的煤气里面一氧化碳和氢气差不多是:主要反应是CHOCOH看到没有?氢气不够!那么怎么办呢?我们上面刚讲了水煤气变换。通过水煤气变换就可以把氢气和一氧化碳的比例调到合适的比例。综合一下反应就是:CHOCHCO又出现了一个问题水煤气变换要把一氧化碳变成二氧化碳又在浪费碳了。唉没办法。浪费这么多碳我也着急呀。到目前为止我们提到油的时候用的分子式都是CH。这个是错误的。错误的?这不是开玩笑么?前面不少结论都是依靠这个的全白玩了?不要担心没错得这么厉害。其实准确地说是做了个简化而已。作为一个分子CH并不存在。也有分子式是CH的这个东西叫作卡宾是个自由基。自由基是什么?这个我就不解释了否则需要讲有机化学了。反正知道这个东西不稳定就够了。自由基嘛听起来就不像是个老实东西。油是碳氢化合物(学名叫烃)的混合物。油里面主要是烷烃还有一些烯烃。烃的分子式是什么?烷烃的分子式是这样的:甲烷:CH乙烷:CH丙烷:CH丁烷:CH戊烷:CH……癸烷:CH十一烷:CH……二十烷:CH……发现规律没有?分子里面氢的数量是碳的数量的两倍再加二。那个甲乙丙丁怎么回事?这个是中国对这些烃的命名方法把天干借了过来一二三四烷说成甲乙丙丁烷显得多有学问呀!不过十以上的找不着词了也只好数数了。这个数字呢我们可以叫它碳数就是一个分子里面有几个碳的意思。这个词我们后面还要用到。为什么不用子丑寅卯呢?这个么子烷丑烷?听起来未免有点太奇怪了。再说地支也只能数到十二没帮多少忙。烯烃呢?烯烃分子里面的氢原子数量正好是碳原子数量的两倍。举例子:乙烯:CH丙烯:CH十八烯:CH这样呢可以看出来用CH来表示油虽然不对但是至少氢和碳的比例是差不多的。这么简化是为了方便否则费托合成就要写成一大堆反应了。这么说费托合成不是一个反应了?对了不是。费托合成本身是一系列的反应产物是烃一大堆呢。产物的一部分就是液体那个部分就是我们讲的油。产物除了液体还有气体固体呢。化合物基本上都有熔点沸点。不同的烃就有不同的熔点和沸点。碳数越高熔点和沸点也就越高。如果沸点低于常温那么这个烃在常温下就是气体。如果沸点高于常温熔点低于常温那么这个烃在常温下就是液体。如果熔点高于常温那么这个烃在常温下就是固体。一般的碳数是的基本上是气体。这里面都有什么呢?甲烷乙烯丁烷都是平常能都听到的名字。碳数开始就是液体也就是油。等到碳数高到左右了就是固体了。液体的烃可以叫做油固体的烃叫做蜡。油还可以再分。根据成分不同可以分成汽油石脑油煤油柴油基础油等等。作为运输燃料的也就是汽油航空煤油柴油。汽油里面的烃碳数差不多是从到航空柴油的碳数在到柴油本身还能细分什么轻柴油重柴油的先不管这些总的说柴油的碳数在到之间。我们在介绍南非政府的专门委员会考察煤液化技术的时候提到了两个技术:一个是来自德国的以生产柴油、石蜡为主的技术一个是美国Kellogg公司的生产汽油的技术。这个德国技术的提供者是鲁奇公司这个美国的Kellogg公司现在已经和其他公司合并叫做KBR。没听说过?听说过美国那个叫切尼的副总统被小布什找来之前在一家大石油公司当老板么?这家公司叫做哈利伯顿KBR就是哈利伯顿控股的负责工程部分的公司。KBR的那个K字就是这个Kellogg。你看这两个技术一个是要生成柴油什么的一个是要生成汽油还真不一样。费托合成不能生成单一的烃。这个到目前为止还没有办法改变。一氧化碳加氢的反应如果只生成一种烃那么就只能是甲烷。这个反应不叫费托合成而叫做甲烷化。甲烷化在实践中也有不少应用但不是我们这里关心的。要想生成碳数是二的烃(简称碳二其他同理碳数是三的烃简称碳三等等使用这个称呼的时候代表的烃包括烷烃、烯烃等等)那就必然要生成甲烷。至少目前的技术状态下是这样的。如果有人能发明一个反应可以不生成甲烷而只生成碳二以及以上的烃那么这个人就能发大财了。费托反应得到的就是从碳一开始各种碳数都有的烃。最大的分子有多大?实验室里面检测到的费托合成的产物最大的分子量好像要上亿了。这么大的分子量的东西当然没有什么用处我们关心的是油。前面介绍了油是碳数在之间的烃。能不能只生成油呢?不行。前面介绍了产物里面肯定有甲烷。其实要生成碳数高的烃所有的碳数小的烃都要出现。而且正常情况下得到的碳数小的烃的分子数量比碳数高的烃的分子要多。分子数量就是分子的个数有一个听起来很科学的说法叫做摩尔数。这个就是数分子个数用的。我们以后再提到分子数量就会用摩尔数这个概念。这样前面那句罗索话就可以说成正常情况下费托合成的产物生成的大分子的摩尔数少于小分子的摩尔数。大约在年代后期有人发现了一个规律就是费托合成的产物分布里面相邻的碳数的烃的摩尔数的比例是相似的。就是说碳五的摩尔数与碳六的摩尔数的比例与碳九的摩尔数与碳十的摩尔数的比例相似。这个比例还是肯定大于一的。我们平常一般用高碳数的比上低碳数的这样这个系数就是小于一的。这个系数可以被叫做产物分布系数使用的符号是希腊字母的第一个阿尔法。要是碰到有人研究煤间接液化的你问他你们工艺的阿尔法是多少呀?这就问得非常专业了可以吓唬人了。当然这个系数提出来六十多年了现在也已经有了很多特例特别是最近十来年大家都想打破这个分布规律也取得了一些成绩。但是基本上还是正确的。再分析一下这个阿尔法。这个阿尔法肯定小于一。比如阿尔法等于的时候甲烷得到了摩尔碳二就有摩尔碳三碳四碳五到了碳二十就是碳四十就是。这样的反应得到的产物就气体液体固体都不少。阿尔法等于的时候呢?甲烷如果还是摩尔那么碳二是碳三碳四碳十碳二十再往上就可以忽略了。这个时候由于固体的烃的产量太少产物基本上就是气体和液体。要是阿尔法再小比如说只有那么甲烷还是碳二碳三碳四碳五碳十产物基本上就是气体了。产物分布的摩尔数与分布系数的关系摩尔数对普通人来讲并不直观。换算成重量可能更好理解。还看上面的例子。阿尔法是的时候产物里面的气体占总重量的汽油占了,柴油占了固体蜡占了。阿尔法是的时候呢?气体占了汽油柴油还有的蜡。的时候呢?气体占了汽油其他的可以忽略。产物分布重量与分布系数的关系这里面可以看出来想单纯的得到汽油或者柴油那是不可能的。但是呢可以得到以汽油为主或者以柴油为主的成分。但是要是遇到有人说他煤间接液化只生成汽油或者柴油你就可以说了:你是骗子!费托合成的产物可以以汽油为主也可以以柴油为主。大约阿尔法在接近的时候生成的汽油最多而要生成柴油呢阿尔法大约在的样子。通过不同的催化剂不同的反应条件反应工艺可以控制得到不同的产物。于是呢费托合成就有了很多的不同工艺。前文提到了两个一个是以柴油为主的鲁奇工艺一个是以汽油为主的Kellogg工艺。工艺细节我们暂时先不讲先讲讲五十年前萨索的事情。五十多年前萨索遇到了很多困难。南非政府在年代初进行了评估估计建这么个厂子要花费万英镑那可是一辆车也只有一两千磅的年代。然后南非的通货膨胀使得预算迅速超过了两千万英镑。这是资金的问题。南非从来没有进行过这个规模的项目所以人力资源立刻耗尽不得不吸引其他地方的技术人员。这是人员问题。普通操作人员总不能也进口吧?合适的操作工人文盲很多这就有个教育问题。南非的制造能力还很有限所以大型设备都是进口的。拟建厂的地方还位于内陆距离最近的海港公里还要翻越海拔将近三千米的山脉。虽然地点在河边但是这条河流没有通航能力。所以大型设备的陆路运输也是问题。那可是没有高速公路的年代。为什么要选在这么偏远的地方呢?南非的经济中心是约翰内斯堡。南非政府决定要把这个煤液化厂建在经济中心的附近。经济中心一般都是交通非常便利的地方很少有像约翰内斯堡这样的。约翰内斯堡在世界上也差不多算是比较大的城市了。一般的这样规模的城市要么在海边要么在湖边要么在河边。约翰内斯堡位于最近的海边公里周围没有像点样子的自然湖泊最多只有几个水库。河流呢?河流是有一些问题是约翰内斯堡基本上位于印度洋水系和大西洋水系的分水岭这里的河流都是源头最宽的河也就是几米宽旱季的时候抬腿就迈过去了。说起来还有个笑话。约翰内斯堡北面公里是南非的行政首都比勒陀利亚。当年布尔战争的时候那里是布尔人的政权南非共和国的首都。英国人要和布尔人开仗自然没打算自己打输也就做好了占领以后统治的准备。英国人的炮舰政策还是比较有名的在城市的中心航道上弄上几艘炮舰耀武扬威的既显示了存在万一有点事情又方便镇压。英国人找到了比勒陀利亚的地图发现了一条河流觉得也可以用这一招。于是千里迢迢就把炮舰从英国运到了英国人统治的德班。德班距离比勒陀利亚也有六百多公里中间还有险恶的龙山山脉。英国人还是厉害就把船拆了一点一点一件一件的把零件运到了比勒陀利亚。可以想象一下一百年前这个工程的难度。阵地战布尔人不是对手很快英国人就占领了比勒陀利亚。占领了以后就去找地图上标着的那条河流才发现才一米宽!炮舰自然是没有用了怎么来的再怎么运回去吧。南非的主要城市约翰内斯堡没有水面的城市很难发展成为大城市。所以比勒陀利亚虽然是南非的行政首都但是一直也不大。约翰内斯堡是怎么回事呢?金砖在约翰内斯堡地方发现金子之前这里就是牧场。年代初这里发现了金子于是人们蜂拥而来形成了城镇然后慢慢发展成为城市。约翰内斯堡位于金山盆地这个盆地大约蕴藏了世界上目前已经发现的的黄金周边还有很多贵金属比如占有很大比例的白金矿好像的钌储量还有钻石那个钻石矿虽然产量不大但是世界上四克拉以上的钻石将近产在这里品质极高。真的是富得流油的地方。所以虽然自然条件不好这里还是成为了南部非洲的经济中心。代价呢就是运输不方便。SASOLBURG的位置年发现的大钻石南非基本上没有原油。年代的时候有一个小油田在开采但是产量太低起不到战略作用年代初期南非政府还在鼓励世界大公司在南非投资建炼油厂和输送管道。这些炼油厂都是建在海边的在德班在开普敦。而南非的经济中心在内陆南非政府就需要考虑内陆的能源安全问题。而南非的煤炭资源正好分布在内陆地区这样在内陆建一个煤液化厂还是有道理的。选的这个地点还是不错的。位于Vaal河附近有水资源旁边是煤原料是不愁了。距离约翰内斯堡公里也不算远而且路途是一马平川。不过这里当时还是牧场。建这么规模的化工厂除了物质资源还需要人呢所以还需要建设足够的基础设施来吸引技术人员。于是一个小城市就出现了叫Sasolburg。但是还有一个问题是大家都没办法的这个地方风太大了大风一起黄沙飞起。后来南非钢铁公司的焦化厂建起来之后这里更是没办法居住整个一个石景山。创业都不容易呀。建设中的萨索一厂技术上这个新兴的企业也有非常大的风险。萨索选用的是鲁奇的气化炉。鲁奇的气化炉在德国是成功的但是德国由于为战争做准备化工厂的规模都不大气化炉的规模也不大。而萨索需要建设的规模要大不少。气化炉的放大也不是想象得这么容易再说不同的煤的气化表现也是完全不一样的。萨索还选用了美国Kellogg的工艺生产汽油。这个是当时最为迫切的。但是这个工艺从来没有在商业规模尝试过。萨索也同样需要为放大费尽脑筋。再加上当时南非的政府在国际上逐渐被孤立困难重重。不过这些导致南非培养自己的工业技术人才建立了自己的工业体系。萨索第一个厂子的设计能力是日产三万桶。桶是油品交易使用的单位一个非常讨厌的单位。一桶究竟是多少?一桶是大约升合成油的密度要比传统油品低大约在这样一桶就是大约公斤。日产三万桶就是日产吨年产万吨。年萨索终于生产了第一批油。萨索生产的第一批油五十年代的萨索工地建设期的厂区和年代的厂区对比出了产品就还有一个问题:销售。在萨索建立之前南非除了那家从页岩油提炼油的就没有油品生产企业了(当时还有一家生产燃料乙醇的)。使用的燃料基本上依靠进口。年美孚在德班建立了第一个炼油厂南非才开始生产燃油。但是政府出资的合成油企业的出现显然不利于吸引其他的投资人投资炼油产业。几经谈判最后达成了协议:所有的加油站都需要有萨索的油泵萨索自己不能直接向用户销售产品。这样至少在价格方面其他油品公司可以控制萨索。同时南非政府也在其他方面补贴了其他的油品公司保持其投资的热情。萨索的最终销售权直到年才拿到。同时南非的油品行业在那个时候也形成了一个不成文的规矩:优先销售本地企业炼制的油品然后销售外资企业炼制的油品最后才进口。这个原则可以保证南非的炼油企业的稳定可靠的投资回收。这个阶段南非所有的油品炼制企业都是享受补贴的。补贴的额度每加仑分对于炼油厂另外有每加仑半分的补贴。当时的油价是每加仑分左右补贴的额度占了油价的。萨索的油泵萨索现在的加油站已经遍布南非萨索在运行的初期还是经历到了很多的技术问题。化工厂么试车成功是一回事运行的状态符合设计状态是另一回事成功运行是一回事盈利又是另一回事。一般来说试车成功也就是所有设备都转起来了原料进入了产品出来了。工艺路线走通了。至于产量如何产品品质如何都不是这时候考虑的事情。化工厂设计的时候是有一大堆预测的实际运行结果与预测的相吻合那么就说明对于这个工艺已经很清楚了这一般只发生在很成熟的工艺上。对于新工艺放大这个预测一般是不大靠谱的。接近程度就体现了对于放大的理解。当然是越接近越好。成功运行就是说主要技术问题都解决了但是运行成本如何就难说了。可能需要增加不少设备可能需要的能量也不一样可能产品质量不合格可能产率达不到设计要求等等。但这时候都能说是成功运行。只有宣布盈利符合预期的时候才是商业意义上的成功。大家再看化工的新闻的时候可以留意这些不同就知道技术是不是真的成功了。萨索在建成的前二十年都在解决各式各样的技术问题。产品基本上不能达到设计产量但是二十年的投入使得南非具有了其他国家所没有的经验为扩建做好了技术准备。六十年代萨索除了继续在煤液化厂里面烧钱还建立了一个炼油企业。这也是出于能源安全的考虑。煤液化厂的可靠产量比较低不能确保南非经济中心的供应。于是南非政府就鼓励萨索与Total合资在Sasolburg又建了一个炼油厂原料是从伊朗来的原油伊朗石油公司也参与了这个项目。炼油厂在年建成。年至年南非政府对萨索的总投资是亿兰特。至少在年兰特和美元的价值还差不多。这期间南非还建了两个炼油厂一个在德班一个在开普敦。这样南非的三个主要城市就都有稳定的燃油供应。当然约翰内斯堡是耗油最大的地方从德班到约翰内斯堡有专门的输油管道建设。平平静静的过了二十年萨索一直没赚到钱虽然账面上盈利了但是没有国家给的补贴多。虽然积累了不少技术经验但是全世界当时都对煤液化没有兴趣。萨索的实际产量比设计产量少了很多也没有起到任何稳定能源安全的作用成了反对党一直抨击的对象。看来萨索这时候真的是前途渺茫。但是年代的几件事情改变了萨索的命运。现在的萨索一厂萨索第一个油泵开业。位于SASOLBURG附近的Parys。萨索第一届董事会以及第一个办公室年代的什么事情呢?首先是年的第一次石油危机。第四次中东战争年月日开打埃及和叙利亚在赎罪日向以色列发动进攻。不过战争持续时间不长月日就结束。和往常一样以色列赢了并在联合国的主持下实现停火。这场战争对后来的世界局势影响很多对于我们这个题目来讲就是油价涨了。年月日第四次中东战争以色列已经取得了军事优势的时候阿拉伯石油出口国组织OAPEC(包括欧佩克的阿拉伯国家和埃及叙利亚)宣布不再向支持以色列的国家提供原油。这些国家包括美国欧洲国家还有日本。基本上严重依赖廉价原油的发达国家都在里面了。油价上升对于原油的需求影响很小但是原油的供给不足却可以立刻抬高价格。油价大幅上涨导致了全球的高通货膨胀对经济的影响一直持续到年。在石油危机之前欧佩克已经在逐步的推高原油价格价格已经从欧佩克成立之初的每桶美元上涨到了每桶美元。十几年的时间才涨这么点产油国当然不愿意所以正好借着这个机会推波助澜。到年原油价格已经达到了每桶美元是石油危机之前的四倍。然后是年月日南非约翰内斯堡西南面的黑人聚居区索韦托暴动。暴动的引子是亚非利康任政府强迫在学校里面教授亚非利康语。亚非利康语是南非荷兰人也就是亚非利康人的语言基于荷兰语掺杂了德语法语英语以及一些黑人语言形成的年才正式被承认为独立的语言。亚非利康政府为了保持本民族的优势要求在所有地方推广这个语言。这项政策是年开始的。由于亚非利康政府的种族隔离政策黑人大多不愿意讲亚非利康语而宁可选择英语。强迫推行亚非利康语遭到了黑人学校的普遍抵抗游行不断。最终在年月日索韦托的黑人学生游行的时候失控警察开枪杀死了不少学生于是暴动开始了。暴动经历了几天很快就被数千警察镇压军队也出动了。这一血腥事件立刻引起了国际的主意本来就对南非的种族隔离政策不满的国际社会开始呼吁对南非进行制裁。年联合国通过了对南非进行石油禁运的决议。索韦托暴动是南非反种族隔离历史的重要标志。这意味着黑人的反抗运动从非暴力抵抗转向暴力抵抗意味着提倡合法改良的老一代的非国大领导人(曼德拉这一代这批人当时基本上都在监狱里面)被崇尚暴力反抗的新一代领导人取代。索韦托暴动本身就为南非的黑人抵抗运动培养了不少人才。暴动结束后很多领导人被其他国家接纳有趣的是接纳这些人的既有西方国家也有当时社会主义阵营的苏联也有中国。这批人后来成为南非新政府的领导人。索韦托暴动引发了反抗风潮最终动摇了亚非利康政府的统治基础也促进了南非政权的和平交接。南非的青年节就是月号有点像中国的五四。怀里抱着的是死的第一个人。游行索韦托暴动虽然有联合国禁运但是南非的原油主要来自伊朗所以联合国石油禁运一时影响不大。但是年伊朗伊斯兰革命中断了南非的原油供应。伊朗石油公司不是和萨索一起建了个炼油厂吗?这下子伊朗石油公司再也不和南非一起玩了。原料也就断了。伊朗伊斯兰革命又导致了第二次能源危机原油价格从每桶美元上升到每桶美元。在这个背景下萨索开始了扩建。那么这个时候萨索的技术是否成熟了呢?扩建还需要解决什么问题呢?技术当然是终于“成熟”了。现在来仔细讲讲萨索选用的技术。前面进行过基础介绍了萨索使用的是间接液化技术。技术来源有两个一个是德国的生产柴油、蜡的技术一个是美国的生产汽油的技术。这两个技术都是合成技术间接液化需要先气化后合成气化就选用的是鲁奇固定床气化炉。当时萨索可以选用的德国气化技术有三种之所以最后选用鲁奇固定床是因为鲁奇气化炉的供应商和费托合成技术的供应商在年开始就组成了联合企业可以提供整包的技术。这样就可以很快的进行工厂的设计、建设。鲁奇气化炉选用的鲁奇气化炉是固定床气化炉。化工的反应器很多时候叫做床这个词是从西文翻译来的就这么叫好了。固定床意思是固体的部分是不动的。其实也不是完全不动而是相对不动。鲁奇气化炉的煤是从顶部进料的。气化炉上面有个煤锁与炉体联在一起但是平时是关闭的。煤从顶部加到这里然后进入气体开始加压。压力好了以后打开煤锁就把煤输送到气化炉内。这时候煤的温度不高。气化炉内的温度是很高的鲁奇气化炉炉内的温度可以达到摄氏度。顶部的煤遇到了热热的煤气煤里面的水、挥发份等就被带走了。煤缓慢地向下移动逐渐到了温度更高的地方在这里煤被煤气进一步加热逐渐达到裂解温度和气化温度与水蒸气和氧气反应。煤在气化炉的中段气化气化以后煤就只剩下灰渣了灰渣慢慢向下移动进入到气化炉底部的除渣装置定期把灰渣除走。这个灰渣是非常细的。气化炉的原料还有水蒸气和氧气。水蒸气和氧气都是在底部进料的气流向上走先遇到高温的煤把煤不完全燃烧气化然后形成的煤气再加热顶部新的煤然后从气化炉上部侧面离开气化炉这就是粗煤气。粗煤气里面除了有用的合成气还有很多其他东西比如煤的挥发份里面有很多有价值的东西。这些东西对于下一步的反应来说是杂质需要除掉。但是这些东西里面可以提炼出不少有用的化学品。粗煤气还有很多的煤灰所以也需要有除尘装置。萨索使用的煤的灰含量大约在。灰渣萨索没有进行利用就堆在工厂旁边。气化炉对煤本身就有要求。化工设备么都是按照一定的条件设计的。设计气化炉的时候就是按照一定成分的煤来设计的。但是煤这个东西变化实在太大不同地方不同煤层得到的煤成份能够差别很大这就需要把不同地方得来的煤进行配煤得到接近设计条件的煤然后再进料。不同的气化炉对于煤本身也有不同要求。鲁奇气化炉就要求煤的颗粒不能太小否则煤灰就会被煤气带走太多造成不必要的损失颗粒太小了反应器内的阻力也太大增加能耗。但是颗粒也不能太大。太大了反应就很难完全。萨索要求的煤的颗粒在毫米到毫米之间。这在国内被称作块煤气化或者碎煤气化区别于粉煤气化。煤的颗粒是从采煤的时候就要求的。采掘的时候对于大块没有要求多大都可以反正后面还有粉碎工段但是要求采掘的时候小块的尽可能少。我的一个矿长朋友就喜欢向我津津乐道的讲如何保证采得的煤都大于毫米。这个比例可是关系到他的奖金的!采煤的时候还不能把太多的石头采下来石头可气化不了。又

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