新型煤化工典型企业

新型煤化工典型企业--萨索历程分析Copyright@2006FPIinc,allrightreserved提纲煤制油的原理萨索之前的探索萨索的发展历程萨索及其它企业的未来方向新型煤化工在中国煤制油的原理Copyright@2006FPIinc,allrightreserved煤制油原理直接液化将原料煤、催化剂、氢气加入反应器中，在一定的温度(400+℃)和压力(70+Mpa)下，反应生产汽油、柴油的混合物。间接液化将原料煤、水、氧气通过气化单元生成合成气，（CO+H2+CO2），合成气通过进一步费托合成的反应，生成烃类物质。萨索之前的探索Copyright@2006FPIinc,allrightreserved萨索之前的探索煤气的照明应用100多年前。煤焦油的应用1845年，WilliamPerkin（德国）发现了土耳其红；1869年，德国和英国化学家几乎同时发现了茜草中间重要的成分茜草素是可以从煤焦油里面的蒽出发合成的。德国申请专利，引领了世界合成染料工业（拜尔）。Copyright@2006FPIinc,allrightreserved萨索之前的探索煤制油的探索1902年，PaulSabatier使用镍和钴做催化剂，从合成气得到了甲烷。甲烷是分子量最小的烃。1914年，Bergius把煤分散到了油里面，在一个40升的反应器内，使用氧化铁作催化剂进行加氢反应。当温度达到了400摄氏度，压力达到了700个大气压的时候，得到了汽油、柴油的混合物，这个就是直接液化过程了。1925年，Fischer和Tropsch，采用合成气，取得了煤制油的成果，并申请了专利，费托合成诞生，后来称这个为间接液化。Copyright@2006FPIinc,allrightreserved萨索之前的探索煤制油的应用德国是个富煤少油的国家。二三十年代的德国，已经在为后来的战争做准备了，而液体燃料又是重要的战略资源。于是，煤液化在德国迅速工业化。当时直接液化要相对成熟，到二次大战的时候，直接液化的年产量最高的时候达到了400万吨，间接液化也有接近年产100万吨的规模，为德国的战争机器的运转提供了不少血液。Copyright@2006FPIinc,allrightreserved萨索之前的探索二战后的发展二战结束以后，德国的工厂基本上没有保留下来，毁于战火。相关资料倒是被美国人英国人拿走了，分析了之后，建了几套小型装置，然后就束之高阁了。廉价的石油资源使得煤液化没有任何经济竞争力，慢慢的，煤液化基本上就没有人感兴趣了。而且煤制油项目本身存在技术困难、项目成本高昂等特点。萨索的发展历程Copyright@2006FPIinc,allrightreserved萨索的发展历程南非为什么要推广煤制油A.由于南非实行种族隔离，国际社会对齐施行贸易禁运，缺少石油来源；B.南非是个多煤少油的国家,煤炭储量却占到了世界第六位,而且南非的煤炭非常好开采;C.进行一个大型的工业项目的建设，的确能带动整体的工业发展。煤化工项目涉及的方方面面非常广，借此机会，就可以把南非进行工业化建设；D.南非在煤液化领域不是完全空白的，欧洲在该领域的发展，南非也有人跟进，实际上当时欧洲几个主要的实验室，也都有南非人的身影。1927年的时候，一个叫FMeyer的就已经向南非政府建议发展煤液化了。Copyright@2006FPIinc,allrightreserved萨索的发展历程萨索SASOL的成立1937年，Anglovaal（非原油原料炼油企业，页岩油）购买了费托合成的使用权，并在做建厂的准备。由于二次世界大战而停顿，Anglovaal仍在进行相关的技术准备，并又购买了一些相关专利技术；1945年，战争结束，Anglovaal又开始了向政府的游说工作；1949年，南非政府终于下了决心，Anglovaal退却；1950年，南非政府指定了专门委员会研究相关问题，结论是政府应该接管Anglovaal手上的项目，并确定了使用费托合成工艺，德国的反应器，来生产柴油、润滑油、石蜡和各种化学品，以及Kellogg生产汽油的技术；1950年9月，南非煤炭、油品和气体联合企业就成立了。这个企业，就是SASOLCopyright@2006FPIinc,allrightreserved萨索的发展历程煤制油的产物南非专门委员会考察的结果：德国的以生产柴油、石蜡为主的技术－－来自鲁奇公司；美国的生产汽油的技术－－Kellogg公司，即后来的KBR（哈利伯顿控股，负责工程部分公司）。两家公司的技术，一家生产柴油、石蜡为主，一家生产汽油为主，均是费托合成技术。Copyright@2006FPIinc,allrightreserved萨索的发展历程费托合成A.主反应：CO+2H2--CH2+H2O，其中CH2并不存在，是个自由基，是指一系列碳氢化合物。B.费托合成本身是一系列的反应，产物是烃，很多种类的烃。产物的一部分，就是液体那个部分，是油。产物除了液体，还有气体，固体。C.一般的，C数是1-4的基本上是气体，C数5～20的是液体，C20以上是固体。D.液体中汽油碳数大概是从5到10；柴油的碳数大概在10到20之间；Copyright@2006FPIinc,allrightreserved萨索的发展历程费托合成E.费托反应得到的，就是从碳一开始，各种碳数都有的烃。约在1940年代后期，有人发现了一个规律，就是费托合成的产物分布里面，相邻的碳数的烃的摩尔数的比例是相似的。就是说，碳五的摩尔数与碳六的摩尔数的比例，与碳九的摩尔数与碳十的摩尔数的比例相似。我们平常一般用高碳数的比上低碳数的，这个小于1的系数可以被叫做产物分布系数，“α”；F.阿尔法是0.9的时候，产物里面的气体占总重量的8.5%，汽油占了22.2%,柴油占了33.1%，固体蜡占了36.1%。阿尔法是0.7的时候呢？气体占了48.4%，汽油40.7%，柴油10.4%，产物分布重量与分布系数的关系这里面可以看出来，想单纯的得到汽油或者柴油，那是不可能的。但是，可以得到以汽油为主或者以柴油为主的成分。阿尔法在接近0.8的时候，生成的汽油最多，阿尔法大约在0.9的时候时候，主要生产柴油.Copyright@2006FPIinc,allrightreserved萨索的发展历程萨索一厂A.设计能力：日产三万桶，即日产3600吨，年产120万吨，1955年生产厂第一批油；B.气化技术：鲁奇固定床气化技术因为鲁奇气化炉的供应商和费托合成技术的供应商在1932年开始就组成了联合企业，可以提供整包的技术；萨索最早使用的鲁奇气化炉，直径是3米，然后扩建到了4米，最后扩建到了5米直径。1970年代中期，萨索与鲁奇组成了合资公司，成为了固定床鲁奇气化技术的技术拥有者，并在世界范围为鲁奇气化炉提供服务。萨索一厂一共先后建设了九台气化炉，包括两台直径五米的马克五型气化炉。Copyright@2006FPIinc,allrightreserved萨索的发展历程萨索一厂C.费托合成技术：来自德国的ARGE技术，固定床反应器，反应温度220℃。ARGE反应器，把固体催化剂装到了一根根的大约5厘米内径，12米长的管子里面，立着放起来。几千根反应管组成了一个反应器，反应管之间，反应器内，是水，来带有反应释放的热量。经过净化的气体，预热以后从反应器顶端进料，然后进入到一个个反应管里面，催化剂的颗粒粒径一般都在3毫米左右。ARGE反应器从一开始运行就不错，目前萨索有六个ARGE反应器，还在运行。最古老的反应器已经超过五十年了。Copyright@2006FPIinc,allrightreserved萨索的发展历程萨索一厂C.费托合成技术：来自美国Kellogg反应器，循环流化床，反应温度340℃，高温合成。温度和ARGE反应器有差别，主要还是和目的产物相关。温度越低，产物的阿尔法就可越高，柴油的比例就高。温度高，阿尔法就低，气体和汽油的比例就高。循环流化反应器给萨索带来和很多的困难（P32）。这个工艺从1955年试车成功，到1970年代才真正成熟。萨索扩建以后，萨索一厂的循环流化床就不再使用了。Copyright@2006FPIinc,allrightreserved萨索的发展历程萨索一厂的运行情况1951年，初始预计投资2000万英镑；1956年，投资为4000万英镑；1958年，投资为4800万英镑，盈利50万英镑；1960年，盈利70万英镑，Kellogg反应器运行较稳定，但生产能力小于设计能力；1970年代中期的萨索，已经是一个技术上终于可靠，在政府补贴情况下经济上好像可以自给的企业了。Copyright@2006FPIinc,allrightreserved萨索的发展历程萨索二厂1974年12月5日，第一次石油危机之后，南非政府与萨索联合宣布将建设萨索二厂，规模比一厂大十倍（日产30万桶）。技术选择：气化炉：鲁奇气化炉，一方面萨索已经拥有了丰富的经验，另一方面，现在鲁奇气化炉，萨索已经控股了50%，并且，萨索拟使用的煤还是很适合鲁奇固定床气化炉的使用的。合成技术：南非政府认为汽油才是值得做的产品，所以选用了循环流化床的技术。Copyright@2006FPIinc,allrightreserved萨索的发展历程萨索二厂合成技术：南非政府认为汽油才是值得做的产品，所以选用了循环流化床的技术。经过几次改进，萨索这时候的工艺，与原来的相比也已经面目全非了。萨索现在给起了个新名字：Synthol（油合成）。学术上的名字还是用循环流化床，简称CFB。几次大的事故之后，萨索一厂这时候只剩下了三台Synthol反应器在运转。拟建的萨索二厂计划使用8台，每台也比原来的要大三倍。萨索二厂于1980年7月，建设完工。Copyright@2006FPIinc,allrightreserved萨索的发展历程萨索三厂1977年的时候萨索就在考虑建设萨索三厂，1978年的伊朗伊斯兰革命加速了这个过程，1984年建设完成。萨索三厂采用了与二厂相同的设计。Copyright@2006FPIinc,allrightreserved萨索的发展历程萨索的盈利来源及其它萨索在八十年代中期开始，在南非政府补贴的政策帮助下，在账面上盈利。但是这个盈利真的不是来自于主产品燃料油，而是来自于高增值的化学品。萨索及其它企业的发展方向Copyright@2006FPIinc,allrightreserved萨索及其它企业的发展方向循环流化床CFB反应器的问题虽然萨索可以实现循环流化床的稳定操作，但是循环流化床的一些问题仍然不能根本解决，特别是催化剂的磨损问题非常严重。循环流化床停车的事情仍然是非常常见，只不过没有当年那样危险就是了。这样带来的结果，就是生产成本居高不下，仍然缺乏商业价值。既然循环流化床的循环带来了这么多的麻烦，那么能不能去掉那个讨厌的循环，把催化剂稳定的保留在反应器内呢？理论上是可以的，也有这样的反应器，叫做固定流化床。于是，萨索就开始了固定流化床的研究工作。固定流化床FFB仍然是流化床。Copyright@2006FPIinc,allrightreserved萨索及其它企业的发展方向循环流化床CFB反应器的问题固定流化床与循环流化床相比，都有什么优点呢？首先使用的催化剂的量要少。循环流化床有一半的催化剂都处于循环当中，这时候起不到催化剂作用。而固定流化床所有的催化剂都保持在反应器内，这样有效的催化剂的比例就高。这一点，就可以使催化剂的使用量减半。其次反应器体积增大，也使得反应器内部的冷凝问题得到解决。循环流化床反应器的体积小，不能安装太多的冷却水管，这样就不能适应更大的反应能力。固定流化床呢，反应器体积大，可以安装更多的冷却水管，从而可以使用更多的催化剂，增大反应能力。总之，固定流化床反应器和循环流化床反应器相比，优点多多。于是萨索就自己起了个名字，叫萨索高级合成油反应器，简称SAS。Copyright@2006FPIinc,allrightreserv