显微镜放大的煤炭是什么样子

自从Fischer和Tropsch发现在碱化的铁催化剂上可从CO和H2生成烃类化合物以来，费托合成技术就伴随着世界原油价格的波动以及政治因素而盛衰不定。费托合成率先在德国开始工业化应用，1934年鲁尔化学公司建成了第一座间接液化生产装置，产量为7万吨/年，到1944年，德国共有9个工厂共57万吨/年的生产能力。在同一时期，日本、法国、中国也有6套装置建成。

二十世纪五十年代初，中东大油田的发现使间接液化技术的开发和应用陷入低潮，但南非是例外。南非因其推行的种族隔离政策而遭到世界各国的石油禁运，促使南非下决心从根本上解决能源供应问题。考虑到南非的煤炭质量较差，不适宜进行直接液化，经过反复论证和方案比较，最终选择了使用煤炭间接液化的方法生产石油和石油制品。SASOL I厂于1955年开工生产，主要生产燃料和化学品。20世纪70年代的能源危机促使SASOL建设两座更大的煤基费托装置，设计目标是生产燃料。当工厂在1980和1982年建成投产的时候，原油的价格已经超过了30美元/桶。此时SASOL的三座工厂的综合产能已经大约为760万吨/年。由于SASOL 生产规模较大，尽管经历了原油价格的波动但仍保持赢利。南非不仅打破了石油禁运，而且成为了世界上第一个将煤炭液化费托合成技术工业化的国家。1992和1993年，又有两座基于天然气的费托合成工厂建成，分别是南非 Mossgas 100万吨/年和壳牌在马来西亚Bintulu 的50万吨/年的工厂。 F-T合成的主反应：

生成烷烃：nCO+(2n+1)H2 = CnH2n+2+nH2O

生成烯烃：nCO+(2n)H2 = CnH2n+nH2O

另外还有一些副反应，如：

生成甲烷：CO+3H2 = CH4+H2O

生成甲醇：CO+2H2 = CH3OH

生成乙醇：2CO+4H2 = C2H5OH+ H2O

结炭反应：2CO = C+CO2 固定床反应器首先由鲁尔化学（Ruhrchemir）和鲁齐（Lurge）两家公司合作开发而成，简称Arge反应器。1955年第一个商业化Arge反应器在南非建成投产。反应器直径3米，由2052根管子组成，管内径5厘米，长12米，体积40m3；管外为沸腾水，通过水的蒸发移走管内的反应热，产生蒸汽。管内装填了挤出式铁催化剂。反应器的操作条件是225°C，2.6MPa。大约占产品50%的液蜡顺催化剂床层流下。基于SASOL的中试试验结果，一个操作压力4.5 MPa的Arge反应器在1987年投入使用。管子和反应器的尺寸和Arge 反应器基本一致。

通常多管固定床反应器的径向温差为大约2～4°C。轴向温度差为15～20°C。为防止催化剂失活和积碳，绝不可以超过最高反应温度，因为积碳可导致催化剂破碎和反应管堵塞，甚至需要更换催化剂。固定床中铁催化剂的使用温度不能超过260°C，因为过高的温度会造成积碳并堵塞反应器。为生产蜡，一般操作温度在230°C左右。最大的反应器的设计能力是1500桶/天。

固定床反应器的优点有：易于操作；由于液体产品顺催化剂床层流下，催化剂和液体产品分离容易，适于费托蜡生产。由于合成气净化厂工作不稳定而剩余的少量的H2S，可由催化剂床层的上部吸附，床层的其它部分不受影响。固定床反应器也有不少缺点：反应器制造昂贵。高气速流过催化剂床层所导致的高压降和所要求的尾气循环，提高了气体压缩成本。费托合成受扩散控制要求使用小催化剂颗粒，这导致了较高的床层压降。由于管程的压降最高可达0.7 MPa，反应器管束所承受的应力相当大。大直径的反应器所需要的管材厚度非常大，从而造成反应器放大昂贵。另外，装填了催化剂的管子不能承受太大的操作温度变化。根据所需要的产品组成，需要定期更换铁基催化剂；所以需要特殊的可拆卸的网格，从而使反应器设计十分复杂。重新装填催化剂也是一个枯燥和费时的工作，需要许多的维护工作，导致相当长的停车时间；这也干扰了工厂的正常运行。 德国人在上世纪的40和50年代曾经研究过三相鼓泡床反应器，但是没有商业化。SASOL的研发部门在二十世纪七十年代中期开始了对浆态床反应器的研究。1990年研发有了突破性进展，一个简单而高效的蜡分离装置成功地通过了测试。100桶/天的中试装置于1990年正式开车。SASOL于1993年5月实现了ID=5m，20m高的产能为2500桶/天的浆态床反应器的开工。

SASOL的三相浆态床反应器（Slurry Phase Reactor）可以使用铁催化剂生产蜡、燃料和溶剂。压力2.0 MPa，温度高于200℃。反应器内装有正在鼓泡的液态反应产物（主要为费托产品蜡）和悬浮在其中的催化剂颗粒。SASOL浆态床技术的核心和创新是其拥有专利的蜡产物和催化剂实现分离的工艺；此技术避免了传统反应器中昂贵的停车更换催化剂步骤。浆态床反应器可连续运转两年，中间仅维护性停车一次。反应器设计简单。SASOL浆态床技术的另一专利技术是把反应器出口气体中所夹带的“浆”有效地分离出来。

典型的浆态床反应器为了将合成蜡与催化剂分离，一般内置2～3层的过滤器，每一层过滤器由若干过滤单元组成，每一组过滤单元又由3～4根过滤棒组成。正常操作下，合成蜡穿过过滤棒排出，而催化剂被过滤棒挡住留在反应器内。当过滤棒被细小的催化剂颗粒堵塞时可以采用反冲洗的方法进行清洗。在正常工况下一部分过滤单元在排蜡，另一部分在反冲洗，第三部分在备用。另外为了将反应热移走，反应器内还设置2～3层的换热盘管，进入管内的是锅炉给水，通过水的蒸发移走管内的反应热，产生蒸汽。通过调节汽包的压力来控制反应温度。此外在反应器的下部设有合成气分配器，上部设有除尘除沫器。其操作过程如下：合成气经过气体分配器在反应器截面上均匀分布，在向上流动穿过由催化剂和合成蜡组成的浆料床层时，在催化剂作用下发生FT合成反应。生成的轻烃、水、CO2和未反应的气体一起由反应器上部的气相出口排出，生成的蜡经过内置过滤器过滤后排出反应器，当过滤器发生堵塞导致器内器外压差过大时，启动备用过滤器，对堵赛的过滤器应切断排蜡阀门，而后打开反冲洗阀门进行发冲洗，直至压差消失为止。为了维持反应器内的催化剂活性，反应器还设置了一个新鲜催化剂/蜡加入口和一个催化剂/蜡排出口。可以根据需要定期定量将新鲜催化剂加入同时排出旧催化剂。

浆态床反应器和固定床相比要简单许多，它消除了后者的大部分缺点。浆态床的床层压降比固定床大大降低，从而气体压缩成本也比固定床低很多。可简易地实现催化剂的在线添加和移走。浆态床所需要的催化剂总量远低于同等条件下的固定床，同时每单位产品的催化剂消耗量也降低了70%。由于混合充分，浆态床反应器的等温性能比固定床好，从而可以在较高的温度下运转，而不必担心催化剂失活、积碳和破碎。在较高的平均转化率下，控制产品的选择性也成为可能，这就使浆态床反应器特别适合高活性的催化剂，SASOL现有的浆态床反应器的产能是2500桶/天，2003年为卡塔尔和尼日利亚设计的是ID=9.6m、17000桶/天的商业性反应器。SASOL认为设计使用Co催化剂的能力达到22300桶/天的反应器也是可行的，这在经济规模方面具有很大的优势。 1955年前后，萨索尔在其第一个工厂（Sasol I）中对美国Kellogg 公司开发的循环流化床反应器（CFB）进行了第一阶段的500倍的放大。放大后的反应器内径为2.3米，46米高，生产能力1500桶/天。此后克服了许多困难，多次修改设计和催化剂配方，这种后来命名为 Synthol 的反应器成功地运行了30年。后来SASOL通过增加压力和尺寸，反应器的处理能力提高了3倍。1980年在SASOL II、1982年在SASOL III分别建设了8台ID=3.6m、生产能力达到6500桶/天的Synthol 反应器。使用高密度的铁基催化剂。循环流化床的压降低于固定床，因此其气体压缩成本较低。由于高气速造成的快速循环和返混，循环流化床的反应段近乎处于等温状态，催化剂床层的温差一般小于2°C。循环流化床中，循环回路中的温度的波动范围为30°C左右。循环流化床的一个重要的特点是可以加入新催化剂，也可以移走旧催化剂。

循环流化床也有一些缺点：操作复杂；新鲜和循环物料在200°C 和2.5 MPa条件下进入反应器底部并夹带起部分从竖管和滑阀流下来的350°C的催化剂。在催化剂沉积区域，催化剂和气体实现分离。气体出旋风分离器而催化剂由于线速度降低从气体中分离出来并回到分离器中。从尾气中分离细小的催化剂颗粒比较困难。一般使用旋风分离器实现该分离，效率一般高于99.9%。但由于通过分离器的高质量流率，即使0.1% 的催化剂也是很大的量。所以这些反应器一般在分离器下游配备了油洗涤器来脱除这些细小的颗粒。这就增加了设备成本并降低了系统的热效率。另外在非常高线速度的部位，由碳化铁颗粒所引起的磨损要求使用陶瓷衬里来保护反应器壁，这也增加了反应器成本和停车时间。Synthol 反应器一般在2.5 MPa和340°C的条件下操作。 鉴于循环流化床反应器的局限和缺陷，SASOL开发成功了固定流化床反应器，并命名为SASOL Advanced Synthol（简称为SAS）反应器。

固定流化床反应器由以下部分组成：含气体分布器的容器；催化剂流化床；床层内的冷却管；以及从气体产物中分离夹带催化剂的旋风分离器。

固定流化床操作比较简单。气体从反应器底部通过分布器进入并通过流化床。床层内催化剂颗粒处于湍流状态但整体保持静止不动。和商业循环流化床相比，它们具有类似的选择性和更高的转化率。因此，固定流化床在SASOL得到了进一步的发展，一个内径1米的演示装置在1983年开车。一个内径5米的商业化装置于1989年投用并满足了所有的设计要求。1995年6月，直径8米的SAS反应器商业示范装置开车成功。1996年SASOL决定用8台SAS反应器代替SASOL II和SASOL III厂的16台Synthol 循环流化床反应器。其中4台直径8米的SAS反应器，每个的生产能力是11000桶/天；另外四个直径10.7米的反应器，每个生产能力是20000桶/天。这项工作于1999年完成，2000年SASOL又增设了第9台SAS反应器。固定流化床反应器的操作条件一般是2.0～4.0 MPa，大约340℃，使用的一般是和循环流化床类似的铁催化剂。

在同等的生产规模下，固定流化床比循环流化床制造成本更低，这是因为它体积小而且不需要昂贵的支承结构。由于SAS反应器可以安放在裙座上，它的支撑结构的成本仅为循环流化床的5%。因为气体线速较低，基本上消除了磨蚀从而也不需要定期的检查和维护。SAS反应器中的压降较低，压缩成本也低。积碳也不再是问题。SAS催化剂的用量大约是Synthol的50%。由于反应热随反应压力的增加而增加，所以盘管冷却面积的增加使操作压力可高达40巴，大大地增加了反应器的生产能力。

国内煤价的上涨已经达到了疯狂的地步，所以也被大家调侃为煤超疯，煤超疯的出现并不是单一原因造成的，煤炭库存和产量的降低以及市场投机倒把行为的促进，都促成了市场煤价的疯涨局面。

国内煤价一直都是非常平稳的，但是自2020年9月开始，煤价逐渐的逼近红线，一度成上涨趋势。因为进口煤受到了限制，而秋冬采购需求又必须要释放，所以才会导致煤价的小幅上涨。但当煤价逼近600元一吨时，政府相关部门及时召开会议，抑制了煤价的上涨，并且制定了一些政策，给市场降温，导致煤价涨势放缓，但是仍一直在涨。直到2021年5月份，煤价已经上涨到900元一吨左右，涨幅超过50%，这样的上涨趋势，可谓是疯狂了，梅超风的出现也让煤炭市场人心惶惶。

最早出现煤价小幅度上涨时，主要是因为进口煤受到了限制，而后期持续上涨是因为煤炭的产量降低了，国内生产煤炭地区今年的产量都比较低，而且库存也很少，所以导致了货品少、需求高的局面，就会有价格上的上涨来来调控需求。后来，因为很多的投资团体听闻煤炭产量少，需求高，价格上涨快，能够收获高额利益，就有了一些投机取巧的动机，就出现了恶意存货，哄抬煤价的现象，所以导致煤炭的价格一直在上涨。综合看来，市场煤价的疯涨，是需求量变化、市场调控以及投资行为综合促成的。

任何的投资都是有风险的，而煤超疯的投机取巧型投资更是风险巨大，所以奉劝各位投资团体不要一味地追逐利益，市场煤价的疯涨并不能够100%确保高利。另外，煤价疯涨也引起了相关部门的关注，相信国家会出台打压和治理政策，解决煤炭库存问题，给煤价有效降温。而且进口煤受到限制，主要是因为2020年的疫情影响，目前疫情已经得到很好的控制，相信进口煤很快就能够恢复正常贸易，这样煤炭的库存量增加，能够有效解决需求问题，煤价就不会再疯涨了。

市场煤价的上涨并不是单一原因造成的，因为2020年的疫情导致进口煤受到限制，国内煤炭产量又有所降低，造成了供需不平衡，其次，投机取巧的投资行为也变相促进了煤价的上涨，相信经过政策治理，很快会恢复平静。

无烟煤：30000000 J/kg

焦炭：34000000 J/kg

木炭：34000000 J/kg

(摘自物理教科书）

供稿人：陈文龙 供稿时间：2005-4-15

统计资料显示，2003年我国石油消费量达到2.5亿吨，净进口量达到0.9亿吨，进口原油占国内原油消费量的比重达到36%。2004年，我国原油消费量2.9亿吨，比上年增长近17%，石油净进口达到1.4亿吨, 石油对外依存度已经接近45%。而2000年进口依存度还仅为29%。我国已成为仅次于美国的世界第二大石油消费国。权威部门的预测数据又显示,我国石油进口的依存度还将进一步加大。预计到2010年我国的石油总需求量将达到3.5～3.8亿吨，石油进口规模将达到1.8～2亿吨，进口依存度也将随之突破50%。2020年，石油的对外依存度有可能接近60%。有关专家认为，一旦石油对外依存度超过60%，整个国家的石油安全、经济安全、国家安全都面临很大的挑战。

相对于石油和天然气资源而言,我国煤炭资源丰富，已探明煤炭资源占能源资源96%。全国累计探明煤炭保有储量超过1000亿吨。据国土资源部矿产资源储量司2004年6月发布的统计报告，截至2002年年底，我国探明可直接利用的煤炭储量1886亿吨，按年产19亿吨煤炭计算，可以保证开采上百年。

1、煤制油已成为我国解决石油安全的战略选择

煤制油是以煤为原料，经过化学加工，生产柴油、汽油、航空煤油等油品和石油化工产品的煤炭洁净利用技术。发展煤制油技术，用煤作原料来生产合成汽油, 不仅可以逐步减少我国对国际市场石油依赖、缓解我国未来石油资源短缺，确保国家能源安全，而且也能大大减轻煤直接燃烧对环境的严重污染。因此, 煤制油已成为我国解决石油安全问题的战略选择，也是我国能源战略调整的重大决策。煤制油工程已被列为“十五”期间国家重点组织实施的12大高技术工程之一，予以攻关研究。原国家经贸委在煤炭工业“十五”规划中提出，“十五”期间，我国将推进煤炭液化的开发和应用。2004年 6月30日，国务院出台了以煤炭为主体、以节能为原则的《能源中长期发展规划纲要》，将煤化工列入我国中长期能源发展战略的发展重点。这标志着我国将重新估价煤炭和煤化工在我国能源的可持续利用中扮演的角色，煤化工在我国迎来了新的市场需求和发展机遇。

2、我国煤液化技术已取得重大突破

上世纪五十年代，我国就开始研究煤制油技术。八十年代起，为了解决石油短缺的问题，加强了煤炭直接液化技术研究，并将煤的液化技术列入国家“863”高科技计划，组织力量予以重点攻关，取得了重大进展。例如，中国科学院山西煤化所系统地进行了铁基催化剂费托合成生产汽油的技术开发，并完成了2000吨/年规模的煤基合成汽油工业实验；在钴基催化剂合成工艺开发方面，于90年代开始进行了系统的研究与开发工作，并取得阶段性结果，开发出3种型号合成柴油钴基催化剂。针对新型浆态床合成工艺的催化剂、反应器等进行了小型试验，“十五”期间立项进行1000吨/年级间接液化装置的开发和试验，并研制工业级煤基合成油工艺软件包。又如，煤炭科学研究总院北京煤化所从70年代末开始煤炭直接液化技术研究。先后对27个煤种在0.1吨/日装置上进行了53次运转试验。“九五”期间分别同德国、日本、美国有关部门和公司合作完成了神华、黑龙江依兰、云南先锋建设煤直接液化厂的预可行性研究。建成具有先进水平的煤炭直接液化、油品提质加工、催化剂开发和分析检验实验室，通过大量研究，选出了15种适合于液化的中国煤，液化油收率可达50%以上（无水无灰基煤），并对4个煤种进行了煤直接液化的工艺条件研究；开发了高活性的煤直接液化催化剂；利用国产加氢催化剂，进行了煤液化油的提质加工研究，经加氢精制、加氢裂化和重整等工艺的组合，成功地将煤制油加工成合格的汽油、柴油和航空油。

1997年以来，我国先后引进了德国、美国和日本的煤炭液化技术，对我国不同煤种进行了试验，分别进行了建设煤炭直接液化示范厂的可行性研究工作。

2004年9月，神华集团联合上海电气集团、上海华谊集团共同出资组建了神华煤制油研究中心有限公司，初步建成了煤制油中试装置(PDU)。该装置拟在实验室的基础上放大60倍进行试验。同年12月16日，神华集团煤直接液化关键技术获的突破，日处理6吨煤的中试装置在上海中试基地一次性投煤成功，并获得实验油品。据神华集团称：“煤直接液化的工艺流程业已打通，神华煤制油向实现产业化迈出了关键一步。”“神华煤直接液化中试”也列入上海市“科教兴市项目”计划。目前，神华已开发出具有自主知识产权的“中国神华煤直接液化工艺”，并初步形成了煤液化技术创新体系，在上海成立了煤制油研究中心，为建设大型生产装置提供技术支撑。

3、大型煤制油项目已经启动

2004年8月25日，由我国最大的煤炭能源企业神华集团承担的我国第一个煤炭直接液化项目在内蒙古鄂尔多斯正式开工建设，并计划在2007年建成第一条500万吨的生产线，生产各种油品320万吨。到2010年，该项目产量提升到每年500万吨；到2015年，产量增加到1500万吨；2020年，产量达到2000万吨。

此外，2004年9月28日，神华集团有限责任公司和宁夏煤业集团有限责任公司以及南非SASOL合成燃料国际股份有限责任公司三方正式签署了《中国煤炭间接液化项目可行性研究第一阶段合作谅解备忘录》文本。内容包括合作方式、间接液化项目的产品结构、工艺技术路线选择、风险评估、产品的市场分析及营销以及三方合作的组织机构等。这标志着利用SASOL公司专有技术在中国建设煤炭间接液化项目的中南合作进入实质性阶段。神华集团与宁夏煤业集团将分别在陕西和宁夏与SASOL公司合作建设两座煤炭间接液化工厂，两个工厂的首期建设规模均为年产油品300万吨，总投资分别约为300亿元。

山东最大的煤炭企业——兖矿集团坑口煤炭液化项目也正在紧张运作中。该项目是兖矿集团煤化工新基地项目之一，将采用俄罗斯煤直接加氢液化技术，项目每年计划处理高硫煤500万吨；而鲁能集团则确立了煤电化、煤液化、煤电冶一体化开发思路，将分三期建设煤电液化项目，建成后可达到年产960万吨成品油的规模，每期油品生产能力320万吨／年。

又如，我国产煤大省——山西省已经将“煤变油”列入省级发展规划，并计划在今后5～10年内，依托自己的煤炭资源优势，借助产业化部门的加盟，通过国家投资和社会融资方式，在朔州和大同几个大煤田之间建成一个以百万吨煤基合成油为核心的、多联产特大型企业集团，并初步计划在煤都大同附近建设一个“煤变油”的大基地。

除内蒙古、陕西、云南、山东外、安徽、黑龙江、河南，甚至在新疆和贵州，都在筹划大小不等的“煤变油”项目。

据了解，国家发改委正在考虑将“煤变油”列入“十一五规划”，并把包括“煤变油”在内的煤转化与西气东输一起列为今年我国的10大重点工程，希望在“十五”冲刺阶段在煤转化和发展替代能源方面迈出实质性步伐。

4、上海主动为煤制油产业化提供装备支撑

上海市政府对神华集团煤液化项目十分关注，要求上海电气（集团）总公司充分发挥上海工业和科技的整体优势，积极参与煤液化项目重大装备的研制，实现煤液化装置大型、特大型压力容器和关键设备的国内制造。目前，上海市已将煤制油成套装备列入“上海优先发展先进制造业行动方案”重点培育和发展的新兴产业，有关大型煤液化装置关键设备技术攻关和设备制造已经开始设计试制。与此同时，煤制油装备配套用关键新材料也在攻关开发。2005年将研制成功加氢反应器、换热器、泵、机、阀等主要设备，并形成一定的生产能力，开始承接中、小项目的设备成套和工程总承包，实现年销售收入5～10亿元。到2007年拥有主要关键设备制造能力和自主知识产权，形成煤液化装备的制造、销售、安装、调试和工程成套能力，实现年销售收入20～30亿元。到2010年实现年销售收入60～80亿元，基本建成煤液化装备制造基地，以满足国内外大中小型煤液化项目对设备的市场需要。