煤是如何炼成油的

www.chinaoilonline.com  2010-03-26 00:00:00

    “各位旅客,感谢您选乘由约翰内斯堡飞往中国香港的国泰航空CX748航班!”由南非沙索公司提供航空煤油的飞机,徐徐降落在香港国际机场,让参与采访南非煤制油项目的记者们感到轻松愉悦。

    两年前的2008年4月,沙索公司获准生产100%煤制航空燃料,从此,由约翰内斯堡离港的航班均由煤制的航油作为燃料动力。

    这是沙索公司所追求的“开拓无止境(Reaching New Fontiers)”经营理念的具体化,从20世纪50年代开始能用煤制汽柴油逐步发展到能用煤制航油。

    费托技术:让煤流动

    煤、石油、天然气是当今世界上最重要的三大化石燃料。

    因为石油和煤都是远古时期动植物遗骸沉积而成,所以化学成分很相似,都含有碳、氢等成分。让人们产生了从煤中提炼出油品和化工产品便于使用的设想,于是出现了煤制油(CTL,coal to liquids)技术。

    沙索公司研发中心燃料技术经理保尔·摩根告诉记者,沙索也曾研究过煤炭直接液化,但直接液化对煤炭原料品质要求高,液化技术复杂较难控制,且生产的产品品质不如间接液化的纯净等因素,沙索还是决定坚定走间接液化法道路。

    经过50多年不懈努力,沙索终于成为世界上第一个也是唯一一个掌握煤炭间接液化工艺技术的能源化工企业。

    沙索研发部经理高登通过幻灯片,向记者展示煤制油过程:煤炭首先在高温高压条件下在气化炉里进行气化,生成合成气,去硫等杂质后,再进入费托反应器进行加工处理,生成成品油和化工产品。

    沙索开发高温和低温费托工艺,不同工艺工作条件和产品不尽相同。自1955年起,该公司使用高温费托工艺,其工作压力约25兆帕,工作温度为330摄氏度~350摄氏度的循环流化床反应器,最终产品为汽油和烯烃。

    沙索低温费托工艺最初使用固定床反应器,后来改成管式固定床反应器。这种反应器的工作温度通常为180摄氏度~250摄氏度,压力为10兆帕~45兆帕,可生产含大量重质油品如柴油、液化石油气和石脑油。

    沙索合成燃料国际有限公司副总裁徐海龙博士解释说,同样,天然气通过费托反应器生产加工,最终可以生产出成品油,如柴油、石脑油和液化石油气等。这种技术被称为气制油或气合成油(GTL,gas to liquids)技术。目前世界上仅有沙索和壳牌掌握该项技术。气制油(GTL)有别于液化天然气(LNG),后者只是为了运输方便,将天然气在低温冷凝条件下变成液态,运达目的地后需要重新气化,以气体方式提供给用户。

    油价涨落:牵动煤业

    煤制油产品与传统的原油炼厂产品基本相同,虽然企业的成本结构与原油无关,但油价高低间接决定了煤制业行业的兴衰,这是由于化石燃料具有相互替代性决定的。

    煤制油工艺的核心依赖费托技术。该技术于1925年开始研发,1929年在德国投入大批量生产。第二次世界大战期间,德国合成油年产量超过50万吨。20世纪20至30年代,英国和美国也投身于该技术开发中,并建立示范工厂。然而,当得克萨斯、路易斯安那和中东地区发现新的大油田时,这些国家对此技术开始失去兴趣。

    第二次世界大战到1973年第一次石油危机期间,石油储备丰富,西方势力在中东占有统治地位。他们通过压制该地区石油价格而控制世界油价,导致世界油价长期处于低迷状态。虽然第二次世界大战后美国仍然在继续费托研究,特别是美国矿务局进行合成液体燃料项目(1944~1985年),但这项技术一直没有从实验阶段进入大规模生产阶段。

    两次石油危机后,尼克松和卡特总统分别在1973年和1980年鼓励大规模发展合成燃料产业,降低美国对石油进口的依赖。该项目由私有企业发起,侧重于煤炭、油砂和页岩油等原材料。

    1985年,里根政府认为,应该由私有企业而非政府承担所有费用,因此其废弃整个项目。优尼科、埃克森等涉足合成油产业的公司承受巨大的经济损失。

    近年来,中东地区局势动荡不安,国际油价持续高涨,拥有丰富煤炭资源但缺少油气资源的国家重新对煤制油技术产生兴趣。

    现在看来,1950年南非政府决定成立沙索公司,的确具有远见。虽然这一动议有被迫的成分因素,因为在1948年至1990年间在南非实行的种族隔离制度,遭到国际贸易制裁,南非要从国际上获得石油相当困难。

    南非政府当年确定将能源自给作为重中之重,并作出一项长期战略决议,正式将沙索合并为国有公司,开发煤制油项目,增强国家自给能力。

    沙索位于沙索堡的第一个厂址(沙索1期)于1954年完工。1955年,第一批汽油产品上市。所有资本4700万英镑由政府实业发展公司(IDC)以股本形式的政府补助提供。

    1958年,沙索决定创立其自己的研发小组。当沙索员工最终彻底解决合成油反应器的最初问题,使其处于最佳运行状态时,沙索充分掌握费托工艺基本原理及其商业化、优化并运用费托工艺和技术的方法。

    1973年10月第四次中东战争结束后,欧佩克将石油价格调整至每桶12美元,而1970年仅为每桶3美元。

    鉴于沙索堡工厂的经营状况良好,南非政府于1974年决定修建比沙索堡工厂大10倍的新厂。这就是20世纪70年代在塞空达开建的沙索2期。1980年,沙索2期完工,当时建设成本为32亿美元。

    1979年,伊朗革命导致石油价格达到每桶40美元高峰,于是政府决定开始第三个沙索工厂(沙索3期)建设。沙索3期的工期比沙索2期少两年。两个工厂几乎在同一时间开始以全设计产能运营。沙索3期在设计时避免了2期调试期间遇到的许多问题。沙索2期和3期的资金80%来自政府贷款。

    在“煤变油”过程中,沙索持续改进现有技术,以优化整个产品价值链。在一些关键技术上,沙索还成功地与技术原始所有人合作成为联合专利商。

    若没有政府的大力支持,南非的煤制油产业也不会像今天这样充满活力。

    1950年~1979年期间,南非石油产品主要从国际市场进口,要征收高额进口税,而国产煤制油产品没有消费税,政府借以扶植煤制油产业。

    1979年,沙索私有化,并在约翰内斯堡证券交易所上市。南非政府开始执行国内产业额外保护政策,政府为所有由原地煤生产的液化石油气、汽油、柴油和煤油,提供3.6南非分/升的额外保护,并保证今后在国际油价上涨时,该产业产品价格也随之上涨。

    1989年,南非政府采用新的保护机制,引入“底价”理念,如果油价低于规定的最低价格,政府将向沙索提供补贴。煤制油产品平均价格为216美元/立方米,若市场交易低于这个价格,政府则启动保护措施。与216美元/立方米的产品基准价格对应的当时原油底价为每桶23美元。因为原油价格更为常用,大范围使用时也很透明,所以当国际油价低于每桶23美元,沙索就会从政府手中拿到补贴。

    1995年,该保护机制经过审查,政府建议保留当时的机制,将底价从每桶20多美元降至每桶16美元,保持5年。

    自20世纪90年代末期起,沙索不再得到底价机制的保护。

    目前,沙索已发展成南非最大的工业企业,主要从事石油天然气一体化经营,并兼有庞大的化工产品生产业务。2008年营业额为178亿美元,利润32亿多美元,全球员工3.4万人。在南非,沙索公司每天生产16万桶(约800万吨/年)燃油,其中10万桶源自煤和天然气。

    复制经验:“煤”花盛开

    1994年,随着种族隔离制度的废除及国际制裁的解除,沙索开始期盼已久的国际化之旅——作为商业化费托技术的全球独家运营商,沙索开始在南非之外积极寻求商业机会。

    2007年,沙索的第一个气制油项目Oryx在卡塔尔投入运营,合资公司中,沙索占49%股份,卡塔尔占51%股份,生产能力为日产3.24万桶。位于尼日利亚的第二个气制油项目预计2011年开车,沙索与雪佛龙德士古合资企业预计日产3.24万桶,沙索占10%股份,雪佛龙占65%,剩下25%为尼日利亚国家石油拥有。

    沙索在南非对经济作出巨大贡献:为南非19.8万人直接和间接地提供就业机会,占南非正式就业人口的2.2%,创造86亿美元产值,占该国GDP4.7%,节约24亿美元(每年)外汇储蓄,产量占全国适销煤炭产量18%,向南非政府纳税10亿美元。作为南非最大的投资商,沙索资本投资额达106亿美元(2003~2007年),2008~2010年再增加投资70亿美元。

    沙索公司总经理李斯陶在接受记者采访时称:“坚信沙索对南非能源状况的成功转变可以在世界上任何地方复制,特别是在中国。”

    2009年12月,宁夏—沙索煤制油项目申请报告提交至中国政府。这个雄心勃勃的项目由中国神华集团与沙索公司合作,总投资达80多亿美元,堪称中国史上最牛投资项目之一,其煤制油生产能力基本达到沙索在南非的所有煤制油工厂生产能力总和。

    此项目将由三家合资公司组成,即煤制油合资公司,拥有日产量为9万桶(合400多万吨/年)煤制油生产厂,煤矿合资公司以及催化剂合资公司。

    三个合资企业投资比例:煤制油合资公司,神华与沙索各占50%股份;煤矿合资公司,神华占51%,沙索占49%;催化剂合资公司,中方占30%,沙索和另一家外资公司各占35%。

    该项目采用低温费托工艺,预计2016年投产,届时生产的产品其中75%为柴油,其余的为石脑油和液化石油气。

    李斯陶自信地告诉记者:“该项目可行性研究报告基于国际油价在86美元/桶情况下,仍可达到13%的内部收益率,如果项目实施时能进一步优化,甚至可达到15%乃至更多。如果该项目还清贷款和利息后,单维持日常生产运营,即使国际油价在40美元左右,仍能保证不亏损。”

    沙索认为,与战略合作伙伴一起可以实现双赢,基于如下理由:中国拥有丰富的煤炭资源储备,中国有对能源安全与自给的需求,有对清洁能源的需求,有对资源价值多元化的需求。

    沙索引用中国国家发改委投资研究所材料称,按照25年运营周期对煤制油工厂的直接与间接影响进行评估,建设周期5.5年时间内,一个年产300万吨的煤制油项目峰值期每年将创造3.7万个就业机会,财政收入增加20亿元人民币,为中国带来将近20亿美元的资金净流入量,为经济增长贡献470亿元人民币。

    工厂运行的最初25年,该项目将每年创造1.5万个就业机会,财政收入增加720亿元人民币,节约外汇360亿美元,为经济增长贡献2260亿元人民币。

    李斯陶表示:“我们不是卖技术,在中国是投资50%的合作伙伴,这一点很重要,我们一定会倾尽全力,把最先进的工艺和技术注入其中。”

    煤制油工艺采用洁净煤技术,吃进去的是低质煤,生产出来的是高品质油品。煤中所含的硫在合成气清洁阶段被清除,其可作为附加产品销售,可创造额外收益。

    煤制柴油具有清洁、可快速生物降解的特征,相当于欧5或超欧5标准。其几乎不含硫或芳香烃,具有高十六烷值,有利于冷启动和低温操作。这样有助于使用催化排气后处理系统。

    煤制柴油可用于柴油发动机,可在中国为最新发动机的使用提供燃料平台。它还可以大大减少排放,使城市环境更清洁,这也是中国政府目前的重心之一。“它是一种清洁能源,燃烧后不会产生传统的黑烟。”李斯陶说。

    在谈到环保问题时,李斯陶表示,二氧化碳排放不仅仅是中国面临的问题,而且是世界问题。费托煤制油技术比火力发电的优势在于:与一般火力发电比,费托工艺反应之后产生的二氧化碳是高纯度的。二氧化碳纯度高到98%,可以用来封存或驱油。希望能与中国石油、中国石化等企业进行利用二氧化碳驱油的合作。

    如果做二氧化碳封存,收集二氧化碳所发生的费用只有火力发电收集二氧化碳花费的20%。火力发电收集1吨二氧化碳成本是100美元~150美元,用沙索工艺也就是20美元左右。

    沙索为自己确定目标:2020年二氧化碳比2005年减少20%,2030年二氧化碳比2005年减少30%。

    “由于沙索不断改进优化工艺技术,南非塞空达工厂目前生产1吨油品,需要10吨~12吨水,但中国项目应该是能达到1吨油,仅需要8吨水。”李斯陶坦言。

    日前该项目环境影响报告书通过了中国环保部环境工程评估中心技术审查。

    期待沙索能在中国“开拓无止境”,让“煤”花盛开。