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主题：【原创】科普一下煤变油 -- 橡树村
什么是煤变油？
凡是关心能源方面东西的，就都会听说南非有个煤变油技术，知道世界上唯一一家煤变油的企业就在南非。中国就很关心这个技术，在和萨索谈判引进技术。不过煤变油究竟是怎么回事呢？
煤和油都是远古的生物经过漫长的时间形成的，所以有很多的共同点，简单的说，主要的成分都是碳和氢，这就有了相互转换的可能。所以在一百年前，就有人研究把煤变成油了。德国多煤少油，因此最关心这方面的技术，一直到二次大战结束，德国的煤变油技术都是世界上最好的。煤变油也叫煤液化，主要有两种方法。一个是把煤里面的大分子在高温高压条件下分裂成为小分子，就成了油，叫直接液化；另一个是把煤的分子完全拆散，变成一氧化碳和氢气，然后再拼成大一点的分子，变成油，叫间接液化。两个方法得到的油都是类似于原油的东西，叫组分油，还需要经过炼油才能使用。看起来前者要直接得多，能量效率也高，应该是更好的方法，但是由于实际的技术问题，很难说哪个更好。二战期间，德国的直接液化相对成熟，就采用直接液化进行了工业化，生产的汽油缓解了德国的原油短缺问题。南非萨索选用的是间接液化，目前是世界上唯一一家进行煤液化商业化生产的企业。
中国目前已经在进行直接液化的建设，估计2007年底第一个厂子就建成了。目前也同时在谈判从南非萨索引进间接液化技术，也在自己开发间接液化技术。比较而言，目前间接液化更加成熟一些。
两种方法得到的产品质量也不一样。直接液化得到的组分油，特别适合生产高品质汽油，得到的柴油品质不好；间接液化得到的组分油，得到的汽油就不这么好，需要经过改良才是合格的产品，但是得到的柴油，是目前能够见到的最好的柴油。
另外一个显著的不同点，直接液化的时候没有净化过程，煤里面的各种杂质也就跟着到了油里面，最终产品的净化很是麻烦；间接液化由于生产过程中已经把杂质去掉了，因此得到的油品相当清洁，被认为是绿色燃料。
煤炭间接液化的产品也是可以调整的，比如萨索尔目前就是以生产汽油和基础化学品为主，中国想要引进的萨索的煤液化技术，目标产物却是柴油。
煤变油的投资和成本都是很高的。由于原油价格原来一直不高，煤变油非常的不合算，因此发达国家都没有继续这方面的研究。即使到现在，对煤变油感兴趣的国家，也只有美国，中国，德国，印度几个煤炭储藏大国。南非的萨索尔公司当年受政府资助花巨资开发这方面的技术，现在成了煤变油技术的领先者。
煤间接液化的技术，还可以应用于从天然气、植物甚至生物垃圾制油。由于经济上有吸引力，天然气液化目前已经成了能源领域的投资热点，大的石油公司都有这方面的计划。南非已经有一家天然气制油的企业，萨索尔在卡塔尔，尼日利亚都有天然气制油项目，卡塔尔的项目今年三月份已经正式投产。壳牌集团在马来西亚也有一个天然气制油的厂子。
由于工艺复杂，设备昂贵，产品的价格又相对偏低，煤变油需要在相当大的规模才有商业价值。萨索尔在卡塔尔的年产130万吨油天然气液化项目，总投资是10亿美元，同等规模在尼日利亚的项目，总投资超过了17亿美元。煤炭液化投资还要高不少。
国内计划引进的年产320万吨的合成油厂，初步计算的工程预算是50亿美元，比国家原来预测的288亿人民币高了不少。
由于工艺复杂，投资也高，所以产品的成本也高。究竟有多高呢？举个例子吧，原来石油便宜的时候，一桶十几美元的时候，南非萨索是依靠政府的能源补贴过日子的。不过现在，油价基本上在60美元以上了，萨索可是连年创利润新高。
技术开发也是相当费钱的事情，美国的美孚公司十几年前进行合成部分的技术开发，投资了三四亿美元，到现在也不能说是成熟。美国能源部从十五年前开始每年都要花费上千万美元从事这方面的研究。
这可不是一般人玩得起的。
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看样子中国是在搞技术储备。
直接液化把大分子打小，间接液化用小分子拼大；汽油的分子比柴油小，为什么直接液化反而适于做汽油，而间接液化反而适于做柴油呢？
如果不牵涉到商业机密的话，直接液化和间接液化的大体工艺温度和压力是多少？这对工艺设备和成本有决定性的影响。
谁给科普一下？
这也是煤转油的一个问题
很多时候
同一个工艺仅适用于有限的煤种
当年希特勒上台就为解决贫油问题搞过这个,年产百万吨人造油,但造价大约是开采天然油的四倍多,从经济上不合算,但在战争中,只讲需求,不计成本.和平年代这样搞,只怕逃不出市场经济的客观规律,无法大规模推广
简单的说，汽油发动机的点火方式是点燃的，这样就需要燃料不能够自燃，尽可能的稳定。评价这个指标的就是辛烷值。辛烷值越高，汽油越不容易自燃，不会爆缸，从而有多种好处。
辛烷值高，从燃料本身来讲，就是要求支链烃的比例高。就是异构化的烃的比例越高越高，芳环之类的也不错。
柴油发动机的点火方式是压燃的，压缩到一定程度，温度到了，燃料自燃。这样，燃料就不能太稳定。评价这个指标的是十六烷值。十六烷值越高，越容易点火，从而有诸多好处。
十六烷值高，从燃料本身来讲，就要求直链烃的比例高。就是说那些异构化的，越少越好，最好全是直链的。芳环之类的当然就不好了，再说了芳环分子经过柴油发动机之后，更容易形成颗粒，柴油车后面的黑烟，大部分就是这个东西的功劳。
煤炭直接液化，是直接把煤炭分子拆开，然后加氢。这样，就基本上保持了煤炭分子复杂的结构，得到的产物基本上就是什么异构化的，杂环的，芳环的产物。这样的燃料，就适合做汽油。
煤炭间接液化，反应本身是一氧化碳加氢，实际上是个聚合反应，不经过特殊处理的话，得到的产物基本上就是直链，异构化的很少，芳香烃基本上见不到。这样的燃料，就适合作柴油。
不过直链支链也是可以相互转换的。直链的烃可以通过异构化芳构化得到支链烃和芳香烃。支链烃和芳香烃可以进一步裂解得到更小分子的直链烃。
南非萨索目前的工艺，直接得到的汽油组分辛烷值只有30，经过异构化芳构化以后，才能得到高辛烷值的汽油。不过这个处理过程，非常消耗能量，比较费钱。
至于合成的工艺条件，直接液化一般在400-450摄氏度，300-400个大气压压力下加氢反应。反应器的原料是煤和氢气，产物是粗油。转化率可以达到很高的。主要成本就在合成。
间接液化有两步。首先是气化，这个一般在800-2000摄氏度，常压到40个大气压进行，具体条件看选用的气化工艺。第二步是合成，条件在180-350摄氏度，20-40个大气压压力下进行，具体看使用的工艺和催化剂。间接液化的主要成本在于气化。由于自身是放热反应，合成部分耗能相对不多，转化率看选用的工艺，一般转化率都在90%以上。
具体的有时间再仔细讲。
水溶液作为燃料是科学，可燃的水溶液并不新鲜。
但是起作用的还是其他组分，而不是水。
当时油价还是低。
现在闹油荒，油价已经非常离谱了，所以就合算了。看看煤液化企业的年报就知道了。纳斯达克上市的。
煤液化无论如何也比生物能源成本低。
间接液化需要首先气化，而气化可以选择的技术种类很多，所覆盖的煤种很广。
单纯从技术性考虑，基本上所有的煤都可以气化。
从经济性上考虑，煤种还是有一些限制。
直接液化适用的煤种较少。
这个温度压力条件相当高啊，间接液化的气化过程比乙烯裂解还要高，设备肯定昂贵。加上固体煤的物料输送被液体或气体罗嗦，成本肯定低不了。气化是连续过程还是间隙过程？连续过程的话，固体物料输送的压力密封不好办。
汽油、柴油这么一介绍，就明白了。我从来没有往直链支链那里想过。一个问题，汽油差不多是碳8吧，直链的支链花那么耗能吗？我们的辛烯是用在作反应物的，自说自话就给支链了。我们自己没有能力直链化，只好贱卖给邻家，亏大了。我们的工艺人员就为未反应的直链不让它变支链而伤脑筋呢。
我们是校友吗？母校有据说全国唯一的煤化工专业……
煤液化投资的将近百分之六十都在气化方面。不单单是气化，包括备煤，气化，冷却，净化，有的还要包括调气，用氧气气化的还需要空分。
不过也不是玩不起，煤化工都要有这些，合成氨也好，甲醇合成也好，都需要气化。
国内常用的固定床无烟煤气化是间歇过程，两分钟一次造气循环，不过加煤周期较长，我手上没数据不敢乱说。
南非萨索使用的鲁奇气化是连续造气过程，但是加煤是每小时四次。
流化床、气流床的气化，煤炭都是连续进料，使用喷嘴的，进料方式有干粉进料，和煤浆进料两种，看具体工艺。高速度下的干粉进料稳定性目前国内还没有解决。
目前基本上流化床和气流床是新的发展趋势。国内人更加喜欢气流床。
辛烯的异构化不难，双键的位置换个地方不是很难的，分子重构一下也就简单了。但是弄回来就费劲了。烯烃异构化需要酸催化。如果你的反应条件没有酸，异构化不会很快的。
烷烃的异构化就难多了。再有要得到辛烷值高的汽油，还需要尽可能多的支链，还需要芳构化。仅有端位多个甲基，辛烷值还是不够。
端位正辛烯最大的生产厂家就是南非萨索，煤间接液化得到的合成产物里面正辛烯比例就不少。不过供不应求，我给萨索做的第一个课题就是从乙烯寡聚合成正辛烯。
我的专业是理科的，本业是催化剂。虽然现在干化工。
所以我们不会是校友。
加压的流化床要是能连续进出料，那是不是一般的牛啊。我做过气相聚乙烯，压力比煤气化差太多了，只比常压高一点，但进料是气相的，连续很好做，出料是固相的，Union Carbide（现在是Dow的一部分了）楞是搞出一个专利，实际上也是间隙的，不过是接连的间隙，而不是把反映停下来的间隙就是了。
流化床我知道，气流床是什么？不好意思，英文叫什么？
干粉进料和煤浆进料都不好做吧？管道和喷嘴肯定容易堵塞。煤浆还可以用泵，干粉加压怎么做呢？灌进容器、关闭容器后加压？
再问一个外行问题：烷烃不是单键吗？异构化怎么个异构法？是不是指中间的氢被别的甲基置换了？看来烯烃和烷烃的异构不一样，此异构非彼异构。对不起，我是学自控的，化工就是半瓶子醋，经常要问一些愚蠢的问题，请包含。
喷嘴都是很复杂的。要求煤和气化剂同时喷射出来，点火，气化。不完全连续的话整个动力学就乱了。
出料基本上是气态和炉渣。气态连续出料不是大问题，炉渣出料么，这个不完全连续排出是正常的，也没有必要完全连续。
气流床entrained flow的喷嘴都是最容易磨损的。国内最早使用的，水煤浆进料的喷嘴的寿命也只有两三周。现在延长到了两个多月，就是非常大的进展了。
不过即使到现在，使用水煤浆进料的气化炉也需要有备用的。只不过从一开始的一开一备，到现在的三开一备。这样又要多花不少投资。
干粉进料国内去年有个厂子试车，具体工艺不清楚，但是运行一直不好，不是堵就是漏，到现在还没有解决。使用的固体流性质已经接近液体了，速度非常大，速度不够了就会堵，颗粒不均匀也会堵，而且磨损非常厉害，不知道什么材料能够禁得住。
不过干粉进料的气化炉都没有安排备用炉。工艺还没有公开，所以详细情况不清楚。
进料速度是多少呢？比如单喷嘴的气化炉目前最大的日处理煤是2000吨（还没有人买这么大的，但是几家供应商都已经宣称敢卖了），那么一分钟就要进料1.4吨煤。一秒钟23公斤。煤这东西还易燃，要是弄个干粉爆炸之类的。。。
F1赛车加油达到每秒钟12升，就已经很令人吃惊了，那还是液体。
水煤浆进料最高的实现到了高于60个大气压，用于甲醇合成。
干粉进料压力没这么高，一般也就是30多大气压。
烷烃异构化，简单的说也就是甲基和氢换了个地方么，烯烃异构化也类似的，只不过烯烃有个双键，更容易反应就是了。
一般也是需要酸催化的。实际上工业上常用的异构化催化剂就是固体酸。