煤能变成汽油吗

大家知道，汽油是从石油中提炼得到的一种重要燃料。除此之外，石油还是生产乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯及醇等基本化工产品的原料。

地球上的石油资源并不丰富，相比而言，煤的储量较为丰富，可采年限达几百年，尤其在我国，煤已成为工业生产和生活的重要能源。然而，我国煤炭的84％是直接用于燃烧的。直接燃烧煤存在三个问题：一是能源的利用率低；二是煤含有多种有用的化合物，如能综合利用可成倍提高经济效益，而仅用于燃烧则颇为可惜；三是严重污染环境。能不能想办法避免产生这些问题呢？

煤和石油都是化石燃料，都是以碳和氢为主的化合物，从这一点来看，它俩是一对“黑色兄弟”。煤与石油的最大区别是氢含量不同，石油中氢的含量为11%～14%，煤只含5%～8%。尽管如此，煤还是有可能变成汽油的。早在半个多世纪之前，化学家就已在实验中尝试将煤变成汽油的各种方法了。

实现煤变油

石油在今天已经牵动着众多人的心弦，人们预见到不久的将来，石油将无可挽救地走向枯竭。政治家和军事家们为了各自国家的经济利益和安全，日夜不停地谋划他们的石油发展战略，化学家们则想方设法人造石油。

最早的人造石油是从干馏油母页岩获得的。油母页岩简称油页岩，是一种固体矿产，位于煤的上层，露天采煤势必先采掘上层的油页岩。爱沙尼亚、巴西等国都有大量油页岩储藏。我国辽宁抚顺、凌源、河北宣化、广东茂名也都储藏有大量的油页岩。将油页岩干馏时其中所含有机物受热分解生成一种褐色有特殊刺激气味的粘稠状液体。经过加工精制，可以得到合格的汽油、煤油、柴油、燃料油等。

世界上将油页岩干馏提取页岩油的工业始于19世纪上半叶，1835年法国建成世界上第一个页岩油厂，1862年英国开始页岩油的生产。与此同时，德国与西班牙等国也发展了页岩油的生产。20世纪初，由于汽油工业的发展以及第一次世界大战爆发，内燃机燃料的需求大增，西欧页岩油的生产得到迅猛发展。

20世纪20年代一位德国化学家费雪（Franz Fischer，1877-1947）和一位捷克斯洛伐克化学家特劳普斯赫（Hans Tropsch，1889-1935）将水煤气通过金属氧化物催化剂在200℃和适度压力下转变成碳氢化合物，作为机动车燃料，并将此碳氢化合物氧化成脂肪酸，以缓解德国当时脂肪的短缺，1927年试验成功，1935年投入工业化生产。化学反应过程可表示如下：

nCO+2nH2══CnH2n+nH2OnCO+（2n+1）H2══CnH2n+2+nH2O由这个方法所得的烃类大部分是直链的烷烃，从产物中分离出的汽油的辛烷值仅在40左右，因此需要进一步处理，以提高辛烷值。这个煤的间接液化方法的优点是可以利用廉价的水煤气作原料，因为水煤气很容易从煤或天然气得到。我国锦州的合成油厂就是采用这个方法生产的。

将煤直接加氢合成汽油是由德国化学家贝吉乌斯（Friedrich Bergius，1884-1949）创造的。他最初在1913年将150千克（330磅）煤粉和5千克氢气在400℃和200大气压下在一个钢制高压加热器（图29-1）中进行反应，获得85%的人造石油，于1913年秋获得煤的氢化专利

1916年贝吉乌斯得到德国煤化学企业联合会组织的资助，在德国西南部莱茵河右岸曼海姆（Mannheim）附近莱因奥（Rheinau）建立工厂。但由于主要生产操作问题未能解决，同时由于在第一次世界大战期间，德军占领了罗马尼亚油田，使煤转变成石油的急迫性得以缓解，因此这一工厂迟至第一次世界大战后，即1924年才开始动工。

1926年贝吉乌斯利用煤加氢合成汽油的过程得到德国工业化学家彼尔（Matthias Pier，1882-1965）的建议，分成两步进行。第一步，在液相中进行，将煤研磨成粉末悬浮在重油中，添加钼催化剂，加热此糊状物至300℃，移入转化器中，在230大气压下与氢气反应。反应生成产物含10%~20%的气体，5%~10%的固体物，55%的重油和20%~30%的煤油、柴油、燃料油等中级油。第二步在气相中进行，将产生的中级油和氢气在钨的硫化物催化剂存在下在400℃和200~300大气压下反应，产生50%~70%的汽油。

Anthony N．Stranges．Synthetic petroleum from coal hydrogeneation．Journal of chemical education，1983,60（8）。

1927年起陆续在德国南部重要的化学工业中心城市洛伊纳（Leuna）等12个城市建立生产工厂。1938-1945年整个德国生产了1.28亿桶（1桶等于36英制加仑，等于31.5美制加仑，每英制加仑等于4.546升，每美制加仑等于3.785升）石油，缓解了德国石油短缺的局面，但按价格计算，每加仑人造汽油比进口天然汽油贵1倍多。

第二次世界大战后，德国是战败国，德国的人造石油工厂全部拆除，其中有两三座工厂被前苏联拆除后重新在西伯利亚组装。

贝吉乌斯因成功研制成人造石油获得1931年诺贝尔化学奖。

我国是储煤大国，特别是山西省，煤炭资源遍布全省。新中国成立前，军阀阎锡山成了山西土皇帝，为了发展自己的势力，早在德国建成世界上第一个煤直接加氢合成石油的工厂前三年，1924年在山西省左云县吴家窑投资45万元，从德国购置了一套“煤蒸馏设备”，并组建育才炼油厂。1925年这个炼油厂开始以煤炭为原料采用低温干馏法试炼原油，因设备简陋和技术不过关，未出产品。

1932年阎锡山将育才炼油厂改名为山西育才炼油试验厂，1933年又改名山西燃料研究所，派人到英国和德国学习炼油技术，并从德国购买精制炼油机器。1936年燃料研究所专门配备了一座附属煤厂，准备从煤焦化中提炼汽油，原定1937年10月1日正式投产，不料“七七事变”爆发，日寇9月中旬入侵山西，11月8日侵占太原。燃料研究所和煤焦化引进的装置被日军拆卸装箱运到日本和我国东北、大连等地，厂房被炸毁。山西第二次“煤变油”被日寇扼杀了。

宋延生。山西历史上的“煤变油”。中国化工报，2003-02-25（B3）。

在国民党统治地区，在抗日战争时期，由于日本封锁，中国军队和民间所需要的汽油、煤油、柴油运不进来，燃料奇缺，有些汽车已靠烧木炭行驶，因此计划建石油化用品加工厂，但因财政困难和人才缺乏而未获成果。

新中国成立后，煤制汽油曾是我国“七五”期间重点科技攻关项目。然而，在“左”的思潮泛滥情况下，建设中的大同煤炼油厂和北京煤炼油厂都下马了，石油五厂（锦西煤炼油厂）很快转为加工天然原油，而石油六厂（锦州煤炼油厂）坚持到1967年9月也终于停产。唯一的煤炼油科研机构——石油化工科学研究院炼油研究所也合并到四川，不再安排煤炼油任务。

到1981年，中国科学院山西煤化所开始进行煤制汽油的开发研究，经过4年的工作，攻克了煤间接液化的一些技术难题，在小型试验成功后，开发出两段法合成油中试装置。由于种种原因，直到1989年8月，才在山西省代县化肥厂完成百吨级中试。那次中试连续运行1600小时，共得汽油5.8吨，汽油收率达到90~100克／米3，油品辛烷值超过80。同年12月1日该项目通过中国科学院资源环境局、山西省科学技术委员会组织的联合鉴定。1990年5月3日在太原举行了煤制合成油专家论证会，与会专家对中试取得的数据进行了认真分析，并一致认为这一技术属于国内首创，并达到国外同类技术水平，具备了工业放大的条件。

1991年初，国家拨款600万元，山西省自筹900万元，投建了规模为年产汽油2000吨、副产城市煤气750万立方米的工业化试验装置。该工艺流程是以煤造气，生产水煤气为原料，经净化、压缩、裂解、加氢，两段催化合成后得到优质汽油，尾气作为城市煤气使用。当时世界上仅有为数不多的国家能掌握这种技术。

1993年12月16日，装置建成后顺利打通了全流程，产出90号车用汽油，并通过了连续开车1500小时的考核。与此同时，化二院开始进行年生产能力5~10万吨煤合成汽油大型装置的设计方案工作。但因当时国际石油价格低，我国开始大量进口石油。由于制取1吨汽油约需4~5吨煤，“煤变油”的成本高于进口石油，所以在经济上不合算，这套工业化试验装置在试验成功后没有投产。

20世纪末，世界石油市场风云多变，价格暴涨，我国从1993年由石油出口国成为石油进口国后，每年进口数量不断加大。对进口石油的依赖已危及到我国的能源战略安全。山西省煤炭液化作为我国能源结构战略性调整又被提上重要的议事日程。2001年4月中国科学院和山西省政府签署《发展山西煤间接液化合成油产业的框架协议》，提出在今后5至10年内在山西朔州、大同地区建成一个以百万吨级煤合成汽油为核心的、多联产特大型企业集团。

同时石油化工科学研究院在相隔40多年后，与其他科研单位合作，重启“煤变油”课题项目，2004年以来我国已有四座年产100~300万吨油品的“煤变油”工程上马。