“煤变油”曾经是社会上盛传的一个故事,但煤炭不能直接转化成石油。
煤由远古时期的植物形成,包括高等植物和低等植物。植物遗体大量堆积是成煤的物质条件,高等植物形成的煤叫腐殖煤,低等植物形成的煤叫腐泥煤。由高等植物和低等植物共同形成的煤叫腐殖—腐泥煤。
全世界煤的可开采资源是巨大的,其能量值相当于石油资源的10倍,甚至更多。煤和石油的形态、形成历史、地质条件虽然不同,但是它们的化学组成却大同小异。煤中含碳80%~85%,含氢4%~5%,平均相对分子质量在2000以上。石油含碳85%,含氢13%,平均相对分子质量在600以内。从组成上看,它们的主要差异是含氢量和相对分子质量的不同,只要人为改变压力和温度,设法使煤中的氢含量不断提高,就可以使煤的结构发生变异,由大分子变成小分子。当其碳氢比降低到和石油相近时,煤就可以液化成汽油、柴油、液化石油气等石油产品了。同时还可以开发出附加值很高的上百种产品,如乙烯、丙烯、蜡、醇、酮、化肥等,综合经济效益十分可观。
“煤变油”可以是一个间接的过程,即煤炭的液化,是指以煤炭为原料制取汽油、柴油、液化石油气的技术。煤的液化分直接液化和间接液化两种。直接液化就是煤在高温高压下加氢裂解,转变成油料产品;间接液化就是先对原料煤进行气化,得到一氧化碳和氢气的原料气,然后在高温、高压,以及催化剂的作用下合成有关油品或化工产品。经典的煤变石油工艺是把褐煤或烟煤粉与过量的重油调成糊状(称为煤糊),加入一种能防止硫对催化剂中毒的特殊催化剂在高压釜里加压到20266~70931千帕并加热到380~500℃,在隔绝空气的条件下通入氢气,使氢气不断进入煤大分子结构的内部,从而使煤的高聚合环状结构逐步分解破坏,生成一系列芳香烃类的液体燃料和烷烃类的气体燃料。一般约有60%的煤能转化成液态燃料,30%转化成为气态燃料。
“直接液化”是对煤进行高压加氢直接转化成液态产品。早在第二次世界大战之前,德国就注意到了煤和石油的相似性,从战略需要出发,于1927年建立了世界上第一个煤炭直接液化厂,年产量达10万吨;1944年达到423万吨,用来开动飞机和坦克。一些当时的生产技术,今天还在澳大利亚、德国、巴基斯坦和南非等地应用。
“间接液化”是先将煤气化,生产原料气,经净化后再行改质反应,调整氢气与一氧化碳的比例。20世纪50年代,南非为了克服进口石油困难,成立了南非萨索尔公司,主要生产汽油、柴油、乙烯、醇等120多种产品,年耗煤4590万吨,年产合成油品1000万吨。
从产品上看,煤炭液化主要产品为汽油、柴油、航空煤油、石脑油、乙烯等重要化工原料,副产品有硬蜡、氨、醇、酮、焦油、硫黄、煤气等。
从质量上说,煤炭间接液化得到的汽油、柴油等均为优质产品,质量可达到甚至超过商品油标准。可见,煤变油是煤炭清洁高效利用的有效途径之一。
煤的形成:经历两个阶段,泥炭化阶段和煤化阶段。前者主要是生物化学过程,后者是物理化学过程。泥炭化阶段,植物残骸既分解又化合,最后形成泥炭或腐泥。泥炭和腐泥都含有大量的腐殖酸,其组成和植物的组成已经有很大的不同。煤化阶段,泥炭层发生压实、失水、硬结等各种变化而成为褐煤,褐煤转变为烟煤和无烟煤。