橡树村 萨索故事

萨索 萨索故事 http://www.talkcc.net/tags/%C8%F8%CB%F7/2 橡树村 2007-07-13 01:44:17 煤化工是需要大规模资金支持的行业。煤化工技术的发展，也都是需要持续的高额投入的。所以，这种基础化工，基本上关键技术都掌握在发达国家手里，象德国，美国，英国，就是这个领域的领先者。 所以，南非这样一个偏远的，远离文明世界的，还是来自非洲的一个遥远的地方，能够产生世界领先的煤化工技术，并四处输出，实在是很罕见的。 这个企业，就是南非最大的化工企业萨索SASOL。 这个系列，争取介绍一下这个企业的发展历史，并借此介绍一下相关的煤化工常识。 文字是基于萨索的公开资料和我个人的经验。 http://www.talkcc.net/article/1131450 我第一次去萨索讲课，是1999年，那个时候是油价低谷，原油价格跌到过每桶12美元，正是萨索赔钱的时候。我们去讲课，连简单的手指午餐都只给了一点点，根本不能果腹。那个时候也是萨索技术人员流失最厉害的时候，低于同行业的工资，在南非都缺乏竞争力，更不要说薪水高出好几倍的欧美同行。 不过现在不一样了，萨索目前不仅员工收入在南非的同类大公司里面位居前列，还在欧洲建立了研究中心，那钱花的，仿佛是白来的一样。我们再去那里，待遇自然完全不一样了。 不过才八年时间，变化的原因，就是油价涨了，萨索这个世界上唯一的煤液化的企业，终于依靠卖油也能赚钱了。 http://www.talkcc.net/article/1131450 萨索的合成油目前供应南非29%的油品市场，有两百多种化学产品，是从煤炭生产到最终化学品销售一体的一个庞然大物，虽然比起欧美的大油品公司仍然还算一个小不点。 2006/7财年，萨索每股的利润达到了22。93兰特（目前汇率1美元大约折合7兰特），毛利润超过200亿兰特。对于一个年产量不过是六百多万吨油品和化学品的企业来讲，利润是非常可观的。萨索同时还有超过130亿兰特的对外投资项目在进行。 不过五十多年的路，走起来可是真不容易。http://www.talkcc.net/article/1131450 要讲萨索的故事，咱们先讲讲煤化工是怎么回事。 煤化工就要从一百多年前欧洲新兴中产阶级的消费习惯说起了。如果那个时候这些中产没有兴趣把自己打扮得花枝招展和贵族一样，可能煤化工就不会诞生了。 人类发现煤应该有几千年历史了，但是一直没有大规模应用。三百多年前，英国人对铁的需求忽然大增，炼铁使用的木炭立刻供不应求，直接影响了铁的产量。于是，煤炭才作为一种重要能源形式被人类大规模使用。在无氧的条件下加热煤，煤里面的气体跑出去了，液体，就是煤焦油，也可以分离出来，剩下的，就是焦炭。这个工艺就叫炼焦。焦炭基本上是纯碳，是非常优秀的燃料，到现在，炼钢也离不开这个东西。钢铁生产的主要污染也来源于此。 http://www.talkcc.net/article/1131515 得到的气体就是煤气。这个我们以后还要说。在一百多年前，煤气的主要用处就是照明。不仅大街上使用煤气灯，家里面也是要点煤气灯的。 我们现在关心的，是煤焦油。 http://www.talkcc.net/article/1131515 煤焦油的成分非常复杂，大约有上千种的化合物。所以呢，这个东西就成了化学家们的研究对象，时不时地从里面提取出一点东西，四处宣扬，满足满足自己的虚荣心。到了19世纪，德国的煤炭业和炼钢业已经成了国家的支柱产业，丰富的资源也使得德国产生了不少化学家。 那时候似乎化学家们相信什么东西都能从煤焦油里面找出来。1845年，不过二十几岁的August Hofmann跑到皇家化学院教书，其中有一个学生，叫做William Perkin。这个学生后来自己在家里建了一个实验室，干什么呢？打算从煤焦油里面提取奎宁。奎宁是治疗疟疾的药，当时只能从金鸡纳树中提取，价格非常昂贵。 http://www.talkcc.net/article/1131515 科学史上很多东西的发现都是偶然的。有一天晚上，Perkin把一片丝掉到了一瓶煤焦油衍生物中，第二天早晨，他发现，丝绸染成紫红了。要是染成了其他的颜色，比如绿的什么的，也就不这么轰动了。紫红色可是太难得了。当时一种紫红色的染料只能从海蜗牛中提取，一万个海蜗牛才能提取出一克染料，价格自然非常昂贵，是只有国王、主教、巨贾、大银行家们才可以享用的超级奢侈品。 化学家们已经发现了煤焦油里面的一种物质，苯胺，可以制备不同的染料，象洋红，紫，黑等等。但是紫红色还是太特殊了。Perkin发现的这个染料的颜色叫土耳其红，提取，是从茜草提取的，价格昂贵。当时，德国和英国的化学家们都在致力于其人工合成。1869年，两国化学家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。 http://www.talkcc.net/article/1131515 德国人的运气好，比英国人申请专利早了一天，于是，德国的合成染料工业就开始了，领头的，就是现在的化工和制药行业巨头拜尔。 煤焦油里面的研究导致了巨额的利润，也使得一些化学家开始研究煤气。煤气里面含量高也最有价值的是一氧化碳和氢气，以煤气为原料，化学家们合成了一大堆有用的化学品，这个气体索性就被叫成了合成气。当然，又有一批人发财了。 http://www.talkcc.net/article/1131515 德国在合成气领域领先了70年，一直到二次大战结束。这期间，和我们话题相关的，就是20年代发现的一个反应：费托合成。 费托合成，其实是两个人的名字合起来的。一个叫Fischer，一个叫Tropsch。这两个人发明了从合成气合成油的反应，这个反应就以这两个人的名字命名了。 两个人都是Kaiser Wilhelm煤炭研究所的研究人员。这个地方是1913年建立的，位于德国的工业区鲁尔。 1920年代初，Fischer到了这里，负责从煤制气合成油的研究。 http://www.talkcc.net/article/1131547 Kaiser Wilhelm煤炭研究所里面的会议 其实类似的工作已经有了。http://www.talkcc.net/article/1131547 1902年，Paul Sabatier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。10年以后，他获得了诺贝尔化学奖，理由是使用镍作为催化剂的贡献。 1914年，有一个叫Bergius的，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。1931年，他也得到了诺贝尔化学奖，理由是对于高压反应的贡献。 http://www.talkcc.net/article/1131547 这个就是Bergius 这个反应条件实在是太苛刻了。别说那个年代，就是现在建一套大一点的这么高压力的反应装置，也是非常费劲的，全世界都没几个供应商干这个。于是呢，Fischer和Tropsh就打算采取其他思路。不是合成气可以合成甲烷么？那么能不能得到碳数更高的东西呢？ http://www.talkcc.net/article/1131547 当然能了。两个人的合作很快就有了成果。1925年，两个人申请的专利得到了批准，费托合成就正式出现了。这条煤液化的路线，现在被称作煤间接液化。 Fischer和Tropschhttp://www.talkcc.net/article/1131547 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。 http://www.talkcc.net/article/1131547 费托合成的专利 二战以前，英国和美国的公司也对煤液化技术有很大兴趣，很多德国的研究资金实际上来源于英美的大公司。但是随着美国和中东发现大油田，这些兴趣渐渐的就淡了。http://www.talkcc.net/article/1131547 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。这些资料现在已经过了保密期。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。 而在南非，却开始了兴建煤液化企业的尝试。 要说起来，南非当时决定上煤液化项目，还是挺奇怪的。 南非在发现钻石矿，金矿之前，就是个农业国，穷得很，也没有技术基础。发现了宝藏之后，开始开发，富起来一些人，但是也只能进行基础原料的开采。增值的东西，南非做不了。就算有技术，也就是矿业还算不错。而作化工，南非却一点经验都没有。 而且，煤液化这个项目，也真的不是什么好项目。 首先，煤液化当时就是个赔钱项目。 虽然德国人差不多连续生产了十年，但是那种生产是不计成本的。要知道生产成本就比当时的油价高出一倍有余。战争时期无所谓，只要有东西就好，不在乎价钱，但是现在不打仗了，这么贵的东西，谁买呀？http://www.talkcc.net/article/1131593 然后，这个东西技术门槛挺高的，虽然看起来反应很简单，实际上技术问题一大堆。日本当时还算说得过去吧？工业化根本就没实现了，甚至德国人去教都没教会。其他国家，也就是英国美国试了试，其他的都不敢碰的。南非一点技术基础都没有，玩这个，不是找死么？ 最后，这个项目很花钱的。南非当时基本上还是个农业国家，经济规模很小，政府没有足够的财政能力完成这件事情。实际上，煤液化企业一建立起来，就经历了大大小小无数的问题，政府给的那点钱很快就烧光了，于是投资一加再加，没办法，已经开始了，不干更亏呀！ 那么，南非政府犯什么毛病非要玩这个不可呢？http://www.talkcc.net/article/1131593 那还要讲讲南非的历史。 南非成为一个国家的时间很短，正式定下来国名是在20年代。实际上，南非内陆的开发就很晚，不过170年历史。http://www.talkcc.net/article/1131593 虽然葡萄牙人是欧洲人里面最早发现了非洲大陆最南端的，最早在南非建立殖民地的白人，却是荷兰人。当时荷兰是海上的霸主，控制了整个印度洋。为了船只补给方便，三百五十年前，就在现在开普敦的地方建立了第一个白人定居点。 定居点的日子非常艰难。早期殖民也是非常辛苦的。慢慢兴旺起来了，却赶上了荷兰海上王国的衰落。于是，英国人就来了。这时候是两百年前。http://www.talkcc.net/article/1131593 这时候英国人已经开始玩什么文明了，有一个废奴运动。英国人控制了开普地区，也把这个东西带到了南非。 南非的白人居民大部分还是荷兰人，这些人以农业为生，是需要使用奴隶的（有点像美国的南部？）。英国人要求他们废奴，这些人就不高兴了。不过南非当时没有开发的土地还多的是，犯不着和英国人计较，于是，1830年代，这些人就开始向内陆的迁徙。对此，英国人也懒得干涉，正好给自己的移民腾地方么。 http://www.talkcc.net/article/1131593 迁徙的故事很多，这个帖子不是讲这个的，就少说了。迁徙的结果，是荷兰人建立了两个共和国，一个是现在南非北部的南非共和国，一个是南非中部的自由州。 艰辛的大迁徙http://www.talkcc.net/article/1131593 刚刚稳定下来，自由州附近的金伯利就发现钻石了。英国人就跟上来了。再不久，约翰内斯堡地方发现黄金。于是呢，英国人就想要这些资源。都是钱闹的。 荷兰人，这时候叫布尔人了，当然不给。打了两次布尔战争，英国人基本算赢了，于是就把两个布尔人的国家与英国的殖民地合并了。到1920年代，成立了南非共和国。原来不是三个政权么？于是新国家就有了三个首都。到现在南非的首都还是三个：行政首都比勒陀利亚，司法首都布卢芳丹，议会在开普敦。 http://www.talkcc.net/article/1131593 南非金伯利的大矿坑。从这里开始了钻石潮。 http://www.talkcc.net/article/1131593 布尔战争前的南非 布尔战争http://www.talkcc.net/article/1131593 显而易见，这个国家，是由英国人执政的。而1948年，布尔人，现在已经叫亚菲利康人了，终于赢得了大选（普选占少数但是议会席位选举占优）。而英国人在此以后，就再也没有了执政机会。 http://www.talkcc.net/article/1131593 这个政府是臭名昭著的南非种族隔离政府的开始。这个话题以后再聊。 亚非利康人是少数民族。当时南非的白人大约占人口总数的四分之一，白人主要就是英国人和亚非利康人。英国人基本上占有经济优势，大的矿业、企业、金融等等，都掌握在英国人手里。而亚非利康人基本上只控制了部分矿业和农牧业。经济地位两个民族是不平等的。这样，在白人里面，亚非利康人就是出于劣等位置。 黑人在亚非利康人上台前还多少有一些政治地位的。亚非利康人能感觉出来英国人对他们的威胁，也能感觉出来正在上升起的黑人对他们的威胁，所以他们就颁布了一系列的种族隔离法律，完全取消了黑人的投票权，试图维持自己对于黑人的优越感。同时，也需要寻找出路维持这个庞大的专制机器的运行。 其后果，就是这个政府决定南非要走工业化的道路。http://www.talkcc.net/article/1131593 而煤液化，就成了工业化的重要项目。政治任务么，不惜血本也要搞成的。 在当时的南非政府看来，上煤液化项目，还是有很多好处的。 南非是个多煤少油的国家。那点原油储量根本没有任何战略意义。而南非的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，煤层基本上是平面，最多有几度的倾角，煤层也长，十几公里都没有断裂。露天煤矿也不少。这样，从解决能源问题的角度出发，煤液化也是个比较符合逻辑的选择。 虽然这个时候还没有各种制裁，但是买油总是要花费大量的外汇的，自己能生产油，至少能节省不少的外汇。 再有，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。而战后可以预见到的人口增长，也需要工业的发展来提供足够的就业岗位。有了自己的工业，也可以抵御国际市场的风险。 最后，新上任的种族隔离政府已经预见到了以后的贸易禁运，这也算是做准备。http://www.talkcc.net/article/1131610 1948年上台的南非首相，种族隔离制度的坚定推进着DF Malan http://www.talkcc.net/article/1131610 南非在煤液化领域不是完全空白的。南非的研究人员在三十年代就开始了相关领域的研究。南非和欧洲毕竟关系密切，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F Meyer的就已经向南非政府建议发展煤液化了。 这个时候南非还真有了一家非原油原料的炼油企业。企业叫Anglovaal，使用的原料是页岩油。在当时，中国也有页岩油的炼厂，日本人在抚顺建的。这家公司在1937年购买了费托合成的使用权，并在做建厂的准备。 http://www.talkcc.net/article/1131610 二次大战使得这一切都停顿下来。虽然南非远离战火，但是大型设备根本运不到南非，工厂自然就建不成了。但是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年战争结束后，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。但是这时候Anglovaal自己却打了退堂鼓。南非货币忽然贬值，使得厂子的造价不是这个私人企业能够负担得了的，同时这家公司名下的一些土地上发现了大量的金矿，还是采金子要紧，而建设金矿也是非常费钱的事情。 http://www.talkcc.net/article/1131610 于是，南非政府想做这件事情，就只能自己掏腰包了。 1950年，南非政府指定了专门委员会研究相关问题。这个委员会到英美进行考察，结论说政府应该接管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。 http://www.talkcc.net/article/1131610 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SASOL。 萨索选用的工艺，现在叫做煤炭间接液化。前面稍微介绍了一点，这里多罗嗦几句。 叫作间接液化，就是说不是直接的。直接液化是把煤一次就变成油，间接液化就需要把煤先变成别的，然后再变成油。这都是废话。 先看看煤炭怎么个液化法。 http://www.talkcc.net/article/1131647 煤炭的主要成分是碳，稍微有一点氢，暂时忽略不计，那么原料就是一个C。 油呢，基本上是CH2，氢和碳的比例是2。 好，无论什么过程，我们的原料和产物是不变的。http://www.talkcc.net/article/1131647 原料：C          产物：CH2 在这里推出一个重要原理：物质不灭！ 物质既不会无故出现，也不会无故消失。化学反应是原子的重新排列组合，在没有何反应的情况下，原料里面的原子都需要体现在产物中，而产物中的所有原子，也需要在原料中找到。讲这个干什么？看看我们的原料和产物相比有什么区别。http://www.talkcc.net/article/1131647 对了，原料里面还需要氢！真聪明。 找氢就是了么。不过自然界里面基本没有单质氢。怎么办呢？就需要找有氢的东西。有氢的都有什么？油里面有氢！这个不行，产物是油，原料也是油，那不就没有煤什么事情了么。http://www.talkcc.net/article/1131647 还有什么呢？甲烷。这个也不错，不过不是什么地方都有。当然了有煤矿的地方就有煤层气，煤层气里面甲烷就不少。不过煤层气开发到现在还不成熟，先把这个放下。 还有什么呢？又好找，还不能太贵的？ 水呀！水就是一氧化二氢么。 好了，现在重新看一下我们的工艺：http://www.talkcc.net/article/1131647 原料：C   H2O      产物：CH2 还是不对。原料里面的氧需要有去处。http://www.talkcc.net/article/1131647 氧能怎么处理呢？氧气么！这个，理论上说也没错，比如水电解得到氢气和氧气，氢气作为原料，氧气就是产物了。不过，分解水不那么容易，这个工艺稍微贵了点，而且，氧气本身卖了，市场太小，扔了，可惜，还是要想办法用起来的。所以产生的氧气工厂自己不使用在目前的阶段是非常不实际的，那就不能把氧气放到产物里面。 那么，就需要放个含氧的化合物。什么呢？水？不行，原料里有的东西咱就别往产物里面放了。 那么就剩下氧化碳了。一氧化碳还是二氧化碳呢？一氧化碳你排放个试试！这东西剧毒！出售一氧化碳呢？这个目前也不现实。一氧化碳实在是个好东西，工厂一般自己都舍不得的。不过的确有副产的煤气作为燃料使用的，在南非引入莫桑比克的天然气之前，约翰内斯堡的城市煤气，也就是一氧化碳和氢气，都是由萨索提供的，国内可能一些地方的煤气仍然用作燃气。但是这个比例很低，而且一般以煤气为目的的，直接生产气就是了。在我们液化的工艺里面，这个并不实际。http://www.talkcc.net/article/1131647 一氧化碳不合适，所以呢，产物里面就要加个二氧化碳。 好了，我们新的工艺就出来了： 原料：C  H2O  产物：CH2 CO2http://www.talkcc.net/article/1131647 化工一个重要原则就是质量要平衡。所以呢，我们给他们平衡一下： 3C + 2H2O  ---  2CH2  + CO2http://www.talkcc.net/article/1131647 你看你看，煤液化就要排放二氧化碳，排放的比例还不少。 除了质量平衡，化工还有一个能量平衡。这个反应本身需要能量，于是呢，我们还需要找到一个提供能量的方法。方法很多，比如电就很方便，不过我们要是考虑一个独立的厂子呢，可以考虑自己提供能量。这个能量的提供方法，比较方便的就是烧煤么。烧煤的过程，原料是煤和氧气。我们的原料里面，就有多了一个：氧气。http://www.talkcc.net/article/1131647 好了，现在再看一下： 原料：C H2O O2  产物 CH2 CO2 好了，这样我们就知道了煤液化的原料：煤、水、空气http://www.talkcc.net/article/1131647 煤液化的产物呢：油，二氧化碳。 这个是最主要的，其他的暂时忽略。 好，现在我们知道，煤液化，原料是煤、水、空气。产物呢，油，二氧化碳。过程呢？显然把煤掺了水放在空气里面是产生不了油的。具体怎么回事呢？ 具体的过程，就叫做工艺。煤液化主要有两大类，一个叫直接液化，一个叫间接液化，区别就是变化的过程不同。萨索是用的是间接液化。 前面讲过了，直接液化呢，把煤在高温高压加氢就产生油了，这不是没有用水和空气吗？其实用了。目前工业上最方便的制氢方法，原料就是煤、水和空气。具体一点呢，是煤先要气化，制成煤气。这个过程叫做气化，气化呢，就需要水和空气。得到的煤气，再经过一个叫水煤气变换的过程，得到氢气。水煤气变换非常重要，我们后面还要讲，这里先放一放。 http://www.talkcc.net/article/1132553 现在先讲讲气化。 初中化学里面大约就有，煤气化得到煤气。究竟是个什么反应呢？看看我们有什么原料：煤，简化成C，水，H2O，空气，我们简化一下，只考虑氧气O2。简单吧？ http://www.talkcc.net/article/1132553 这些东西都有什么反应？就三个原料么，能有什么东西。提醒一下，这里提到的反应，很多都是要在温度很高的情况下发生的，至少要两三百摄氏度，有的需要的温度更高。常温下是没这么热闹的。 煤和水的反应：            C + H2O -- CO   + H2 2H2http://www.talkcc.net/article/1132553 煤和氧气的反应两个：      C  + 1/2O2 -- CO                          C  +  O2 -- CO2 水和氧气没有反应。 http://www.talkcc.net/article/1132553 就这三个吗？仔细看看，发现多了三个东西：CO, H2, CO2。 那么就还有这三个参与的反应： 煤和一氧化碳没有反应http://www.talkcc.net/article/1132553 煤和二氧化碳              C  +  CO2  -- 2CO 煤和氢气                  C  +  2H2  -- CH4 煤和氢气还能合成油，我们先不考虑。 水和一氧化碳的反应         H2O + CO -- H2 + CO2http://www.talkcc.net/article/1132553 水和氢气、二氧化碳没有反应 氧和一氧化碳的反应         CO  +  1/2O2  --  CO2 氧和氢气                   2H2 + O2 -- 2H2O 氧和二氧化碳没有反应http://www.talkcc.net/article/1132553 一氧化碳和氢气            CO + H2 -- C + H2O 二氧化碳和氢气            CO2 + H2 -- CO + H2O 一氧化碳和二氧化碳没反应http://www.talkcc.net/article/1132553 一氧化碳自己还有一个反应  2CO -- C + CO2 已经够热闹了吧？还有吗？看看，发现现在有多了一个东西：甲烷。 甲烷也可以有很多反应。我不列了。太复杂了。http://www.talkcc.net/article/1132553 看看，这么个简单体系，就有这么多反应。热闹不热闹？这还是已经充分简化过的体系，还没有考虑煤里面的各种各样的杂质，没有考虑氮气的影响，等等等等。 所以呢，煤气化虽然已经有了两三百年历史了，煤气化用于化工也差不多一百年了，煤气化仍然是个没有人能够说得清楚的事情。我也就不费劲了。 http://www.talkcc.net/article/1132553 好在我们关心的反应不多，最重要的就是一个： C + H2O -- CO + H2 http://www.talkcc.net/article/1132553 我们需要的就是一氧化碳和氢气。 这个反应需要不小能量。那么再记住一个提供能量的反应： C + O2 -- CO2http://www.talkcc.net/article/1132553 这样，我们的原料是煤、水和空气，气化产物的，一氧化碳，氢气，二氧化碳。 现在我们知道了煤气里面的主要成分，一氧化碳，氢气，还有二氧化碳。二氧化碳是废物，我们不去考虑。 气化以后干什么呢？ 对于煤直接液化，煤炭气化的目的，是制氢。看看煤气的成分，里面有氢呀！这时候我们有两个选择，一是想办法把氢气分离出来，再有就是嫌氢气量不够，想办法多做一点。 http://www.talkcc.net/article/1132568 分离就不讲了。分离以后一氧化碳需要寻找出路。如果整个体系里面可以使用这些一氧化碳，那么分离是个选择。反正别把一氧化碳排到空气里面就好。 还能多弄出来些氢气么？可以。加水，给点温度，前面我们列的一个反应就可以用上了： http://www.talkcc.net/article/1132568 CO + H2O -- CO2 + H2 这样，就可以得到更多的氢气。这个反应，前面也提到了，叫水煤气变换。 http://www.talkcc.net/article/1132568 这不是个能够完全转化的反应。或者说，这是个平衡反应。 什么是平衡反应呢？很多化学反应都不是单向的。反应物，我们列在方程式左边的，可以生成产物；而产物，也可以生成反应物。两个互相反方向的反应，可以达到一个平衡，这个时候产物和反应物的含量都不变化了。所以这样的反应，就是平衡反应。 http://www.talkcc.net/article/1132568 不过这个平衡点，可以是偏向反应物的，也可以是偏向产物的。了解了这个平衡反应以后，可以控制这个反应偏向你想要的一边。所以呢，我们要得到更多的氢气，就可以控制反应向尽可能生成氢气的一边。当然，如果需要比较纯的氢气，最后还是需要分离。 好，直接液化的氢气有了。直接液化我们就讲这么多了。 http://www.talkcc.net/article/1132568 下面看间接液化。 间接液化需要把煤先气化，我们前面介绍过了。 http://www.talkcc.net/article/1132568 气化以后就是合成。间接液化的核心是我们前面提到的那个叫费托合成的反应，反应是这样的： CO + 2H2 -- CH2 + H2O http://www.talkcc.net/article/1132568 发现问题没有？ 我们的煤气里面，一氧化碳和氢气差不多是1:1，主要反应是 http://www.talkcc.net/article/1132568 C + H2O -- CO + H2 看到没有？氢气不够！ http://www.talkcc.net/article/1132568 那么怎么办呢？我们上面刚讲了，水煤气变换。 通过水煤气变换，就可以把氢气和一氧化碳的比例调到合适的比例。 综合一下，反应就是：http://www.talkcc.net/article/1132568 3C + 2H2O -- 2CH2 + CO2 又出现了一个问题，水煤气变换，要把一氧化碳变成二氧化碳，又在浪费碳了。http://www.talkcc.net/article/1132568 唉，没办法。浪费这么多碳，我也着急呀。 到目前为止，我们提到油的时候，用的分子式都是CH2。 这个是错误的。 错误的？这不是开玩笑么？前面不少结论都是依靠这个的，全白玩了？ http://www.talkcc.net/article/1132849 不要担心，没错得这么厉害。其实准确地说是做了个简化而已。 作为一个分子，CH2并不存在。也有分子式是CH2的，这个东西叫作卡宾，是个自由基。 http://www.talkcc.net/article/1132849 自由基是什么？这个，我就不解释了，否则需要讲有机化学了。反正知道这个东西不稳定就够了。自由基嘛，听起来就不像是个老实东西。 油是碳氢化合物（学名叫烃）的混合物。油里面主要是烷烃，还有一些烯烃。 http://www.talkcc.net/article/1132849 烃的分子式是什么？烷烃的分子式是这样的： 甲烷：    CH4 乙烷：    C2H6http://www.talkcc.net/article/1132849 丙烷：    C3H8 丁烷：    C4H10 戊烷：    C5H12 。。。http://www.talkcc.net/article/1132849 癸烷：    C10H22 十一烷：  C11H24 。。。 二十烷：  C20H42http://www.talkcc.net/article/1132849 。。。 发现规律没有？分子里面氢的数量是碳的数量的两倍再加二。 那个甲乙丙丁怎么回事？这个是中国对这些烃的命名方法，把天干借了过来，一二三四烷，说成甲乙丙丁烷，显得多有学问呀！不过十以上的，找不着词了，也只好数数了。这个数字呢，我们可以叫它碳数，就是一个分子里面有几个碳的意思。这个词我们后面还要用到。http://www.talkcc.net/article/1132849 为什么不用子丑寅卯呢？这个么，子烷，丑烷？听起来未免有点太奇怪了。再说地支也只能数到十二，没帮多少忙。 烯烃呢？烯烃分子里面的氢原子数量，正好是碳原子数量的两倍。举例子： http://www.talkcc.net/article/1132849 乙烯：    C2H4 丙烯：    C3H6 十八烯：  C18H36 http://www.talkcc.net/article/1132849 这样呢，可以看出来，用CH2来示油，虽然不对，但是至少氢和碳的比例是差不多的。这么简化，是为了方便，否则费托合成就要写成一大堆反应了。 这么说费托合成不是一个反应了？对了，不是。费托合成本身是一系列的反应，产物是烃，一大堆呢。产物的一部分，就是液体那个部分，就是我们讲的油。产物除了液体，还有气体，固体呢。 http://www.talkcc.net/article/1132849 化合物基本上都有熔点，沸点。不同的烃就有不同的熔点和沸点。碳数越高，熔点和沸点也就越高。如果沸点低于常温，那么这个烃在常温下就是气体。如果沸点高于常温，熔点低于常温，那么这个烃在常温下就是液体。如果熔点高于常温，那么这个烃在常温下就是固体。 一般的，碳数是1-4的基本上是气体。这里面都有什么呢？甲烷，乙烯，丁烷，都是平常能都听到的名字。碳数5开始，就是液体，也就是油。等到碳数高到20左右了，就是固体了。液体的烃可以叫做油，固体的烃叫做蜡。 http://www.talkcc.net/article/1132849 油还可以再分。根据成分不同，可以分成汽油，石脑油，煤油，柴油，基础油等等。作为运输燃料的，也就是汽油，航空煤油，柴油。汽油里面的烃，碳数差不多是从5到10；航空柴油的碳数在9到12；柴油本身还能细分，什么轻柴油重柴油的，先不管这些，总的说柴油的碳数在10到20之间。 我们在介绍南非政府的专门委员会考察煤液化技术的时候，提到了两个技术：一个是来自德国的以生产柴油、石蜡为主的技术；一个是美国Kellogg公司的生产汽油的技术。这个德国的技术的提供者，是鲁奇公司，这个美国的Kellogg公司，现在已经和其他公司合并，叫做KBR。没听说过？听说过美国那个叫切尼的副总统，被小布什找来之前，在一家大石油公司当老板么？这家公司叫做哈利伯顿，KBR就是哈利伯顿控股的负责工程部分的公司。KBR的那个K字，就是这个Kellogg。 http://www.talkcc.net/article/1132849 你看，这两个技术，一个是要生成柴油什么的，一个是要生成汽油，还真不一样。 费托合成不能生成单一的烃。这个到目前为止，还没有办法改变。 一氧化碳加氢的反应，如果只生成一种烃，那么就只能是甲烷。这个反应不叫费托合成，而叫做甲烷化。甲烷化在实践中也有不少应用，但不是我们这里关心的。 要想生成碳数是二的烃（简称碳二，其他同理，碳数是三的烃简称碳三等等，使用这个称呼的时候，代表的烃包括烷烃、烯烃等等），那就必然要生成甲烷。至少目前的技术状态下是这样的。如果有人能发明一个反应，可以不生成甲烷而只生成碳二以及以上的烃，那么这个人就能发大财了。 http://www.talkcc.net/article/1132853 费托反应得到的，就是从碳一开始，各种碳数都有的烃。最大的分子有多大？实验室里面到的费托合成的产物，最大的分子量好像要上亿了。这么大的分子量的东西当然没有什么用处，我们关心的，是油。 前面介绍了，油是碳数在5-20之间的烃。 http://www.talkcc.net/article/1132853 能不能只生成油呢？不行。前面介绍了产物里面肯定有甲烷。其实要生成碳数高的烃，所有的碳数小的烃都要出现。而且，正常情况下，得到的碳数小的烃的分子数量，比碳数高的烃的分子要多。分子数量就是分子的个数，有一个听起来很科学的说法，叫做摩尔数。这个就是数分子个数用的。我们以后再提到分子数量，就会用摩尔数这个概念。这样，前面那句罗索话，就可以说成，正常情况下费托合成的产物，生成的大分子的摩尔数，少于小分子的摩尔数。 大约在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。这个比例，还是肯定大于一的。我们平常一般用高碳数的比上低碳数的，这样这个系数就是小于一的。这个系数可以被叫做产物分布系数，使用的符号，是希腊字母的第一个，阿尔法。 http://www.talkcc.net/article/1132853 要是碰倒有人研究煤间接液化的，你问他你们工艺的阿尔法是多少呀？这就问得非常专业了，可以吓唬人了。 当然这个系数提出来六十多年了，现在也已经有了很多特例，特别是最近十来年，大家都想打破这个分布规律，也取得了一些成绩。但是基本上还是正确的。 http://www.talkcc.net/article/1132853 再分析一下这个阿尔法。这个阿尔法肯定小于一。比如阿尔法等于0.9的时候，甲烷得到了1摩尔，碳二就有0.9摩尔，碳三0.81，碳四0.729，碳五0.656，到了碳二十，就是0.135，碳四十，就是0.016。这样的反应，得到的产物就气体液体固体都不少。阿尔法等于0.7的时候呢？甲烷如果还是1摩尔，那么碳二是0.7，碳三0.49，碳四0.343，碳十0.040，碳二十0.001，再往上就可以忽略了。这个时候，由于固体的烃的产量太少，产物基本上就是气体和液体。要是阿尔法再小，比如说只有0.3，那么甲烷还是1，碳二0.3，碳三0.09，碳四0.027，碳五0.008，碳十0.00002，产物基本上就是气体了。 产物分布的摩尔数与分布系数的关系http://www.talkcc.net/article/1132853 摩尔数对普通人来讲并不直观。换算成重量可能更好理解。还看上面的例子。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%，还有0.5%的蜡。0.3的时候呢？气体占了97.1%，汽油2.9%，其他的可以忽略。 http://www.talkcc.net/article/1132853 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。但是呢，可以得到以汽油为主或者以柴油为主的成分。 http://www.talkcc.net/article/1132853 但是要是遇到有人说他煤间接液化只生成汽油或者柴油，你就可以说了：你是骗子！ 费托合成的产物可以以汽油为主，也可以以柴油为主。大约阿尔法在接近0.8的时候，生成的汽油最多，而要生成柴油呢，阿尔法大约在0.9的样子。 通过不同的催化剂，不同的反应条件，反应工艺，可以控制得到不同的产物。于是呢，费托合成就有了很多的不同工艺。 前文提到了两个，一个是以柴油为主的鲁奇工艺，一个是以汽油为主的Kellogg工艺。工艺细节我们暂时先不讲，先讲讲五十年前萨索的事情。 http://www.talkcc.net/article/1133448 五十多年前，萨索遇到了很多困难。 南非政府在50年代初进行了评估，估计建这么个厂子要花费1380万英镑，那可是一辆车也只有一两千磅的年代。然后，南非的通货膨胀使得预算迅速超过了两千万英镑。这是资金的问题。 http://www.talkcc.net/article/1133448 南非从来没有进行过这个规模的项目，所以人力资源立刻耗尽，不得不吸引其他地方的技术人员。这是人员问题。普通操作人员总不能也进口吧？合适的操作工人文盲很多，这就有个教育问题。 南非的制造能力还很有限，所以大型设备都是进口的。拟建厂的地方，还位于内陆，距离最近的海港600公里，还要翻越海拔将近三千米的山脉。虽然地点在河边但是这条河流没有通航能力。所以，大型设备的陆路运输也是问题。那可是没有高速公路的年代。 http://www.talkcc.net/article/1133448 为什么要选在这么偏远的地方呢？南非的经济中心是约翰内斯堡。南非政府决定，要把这个煤液化厂建在经济中心的附近。 经济中心一般都是交通非常便利的地方，很少有像约翰内斯堡这样的。约翰内斯堡在世界上也差不多算是比较大的城市了。一般的，这样规模的城市，要么在海边，要么在湖边，要么在河边。约翰内斯堡位于最近的海边600公里，周围没有像点样子的自然湖泊，最多只有几个水库。河流呢？河流是有一些，问题是约翰内斯堡基本上位于印度洋水系和大西洋水系的分水岭，这里的河流都是源头，最宽的河也就是几米宽，旱季的时候抬腿就迈过去了。 http://www.talkcc.net/article/1133448 说起来还有个笑话。约翰内斯堡北面60公里，是南非的行政首都比勒陀利亚。当年，布尔战争的时候，那里是布尔人的政权南非共和国的首都。英国人要和布尔人开仗，自然没打算自己打输，也就做好了占领以后统治的准备。英国人的炮舰政策还是比较有名的，在城市的中心航道上，弄上几艘炮舰，耀武扬威的，既显示了存在，万一有点事情又方便镇压。 英国人找到了比勒陀利亚的地图，发现了一条河流，觉得也可以用这一招。于是，千里迢迢，就把炮舰从英国运到了英国人统治的德班。德班距离比勒陀利亚也有六百多公里，中间还有险恶的龙山山脉。英国人还是厉害，就把船拆了，一点一点一件一件的把零件运到了比勒陀利亚。可以想象一下一百年前这个工程的难度。 http://www.talkcc.net/article/1133448 阵地战，布尔人不是对手，很快，英国人就占领了比勒陀利亚。占领了以后就去找地图上标着的那条河流，才发现，才一米宽！炮舰自然是没有用了，怎么来的，再怎么运回去吧。 南非的主要城市http://www.talkcc.net/article/1133448 约翰内斯堡 没有水面的城市，很难发展成为大城市。所以比勒陀利亚虽然是南非的行政首都，但是一直也不大。约翰内斯堡是怎么回事呢？ 金子呀！这地方有金子！ 金矿http://www.talkcc.net/article/1133460 金砖 http://www.talkcc.net/article/1133460 在约翰内斯堡地方发现金子之前，这里就是牧场。1880年代初，这里发现了金子，于是人们蜂拥而来，形成了城镇，然后慢慢发展成为城市。约翰内斯堡位于金山盆地，这个盆地大约蕴藏了世界上目前已经发现的40%的黄金，周边还有很多贵金属，比如占有很大比例的白金矿，好像90%的钌储量，还有钻石，那个钻石矿虽然产量不大，但是世界上四克拉以上的钻石，将近30%产在这里，品质极高。真的是富得流油的地方。所以，虽然自然条件不好，这里还是成为了南部非洲的经济中心。 SASOLBURG的位置http://www.talkcc.net/article/1133460 1905年发现的大钻石 http://www.talkcc.net/article/1133460 代价呢，就是运输不方便。 南非基本上没有原油。50年代的时候有一个小油田在开采，但是产量太低，起不到战略作用。 http://www.talkcc.net/article/1133460 50年代初期，南非政府还在鼓励世界大公司在南非投资建炼油厂和输送管道。这些炼油厂，都是建在海边的，在德班，在开普敦。而南非的经济中心在内陆，南非政府就需要考虑内陆的能源安全问题。而南非的煤炭资源，正好分布在内陆地区，这样，在内陆建一个煤液化厂，还是有道理的。 选的这个地点还是不错的。位于Vaal河附近，有水资源，旁边是煤，原料是不愁了。距离约翰内斯堡90公里，也不算远，而且路途是一马平川。不过，这里当时还是牧场。建这么规模的化工厂，除了物质资源，还需要人呢，所以，还需要建设足够的基础设施来吸引技术人员。于是，一个小城市就出现了，叫Sasolburg。 但是还有一个问题是大家都没办法的，这个地方风太大了，大风一起，黄沙飞起。后来南非钢铁公司的焦化厂建起来之后，这里更是没办法居住，整个一个石景山。创业都不容易呀。http://www.talkcc.net/article/1133460 建设中的萨索一厂 技术上，这个新兴的企业也有非常大的风险。 萨索选用的是鲁奇的气化炉。鲁奇的气化炉在德国是成功的，但是德国由于为战争做准备，化工厂的规模都不大，气化炉的规模也不大。而萨索需要建设的，规模要大不少。气化炉的放大，也不是想象得这么容易，再说不同的煤的气化表现也是完全不一样的。 萨索还选用了美国Kellogg的工艺生产汽油。这个是当时最为迫切的。但是，这个工艺从来没有在商业规模尝试过。萨索也同样需要为放大费尽脑筋。再加上当时南非的政府在国际上逐渐被孤立，困难重重。不过这些导致南非培养自己的工业技术人才，建立了自己的工业体系。 http://www.talkcc.net/article/1133461 萨索第一个厂子的能力是日产三万桶。 桶是油品交易使用的单位，一个非常讨厌的单位。一桶究竟是多少？一桶是大约153升，合成油的密度要比传统油品低，大约在0.75-0.8，这样一桶就是大约120公斤。日产三万桶，就是日产3600吨，年产120万吨。 http://www.talkcc.net/article/1133461 1955年，萨索终于生产了第一批油。 萨索生产的第一批油http://www.talkcc.net/article/1133461 五十年代的萨索 http://www.talkcc.net/article/1133461 工地 http://www.talkcc.net/article/1133461 建设期的厂区和80年代的厂区对比 出了产品，就还有一个问题：销售。 http://www.talkcc.net/article/1133461 在萨索建立之前，南非除了那家从页岩油提炼油的，就没有油品生产企业了（当时还有一家生产燃料乙醇的）。使用的燃料基本上依靠进口。1954年，美孚在德班建立了第一个炼油厂，南非才开始生产燃油。但是政府出资的合成油企业的出现，显然不利于吸引其他的投资人投资炼油产业。几经谈判，最后达成了协议：所有的加油站都需要有萨索的油泵；萨索自己不能直接向用户销售产品。这样，至少在价格方面，其他油品公司可以控制萨索。同时，南非政府也在其他方面补贴了其他的油品公司，保持其投资的热情。 萨索的最终销售权，直到2002年才拿到。 http://www.talkcc.net/article/1133461 同时，南非的油品行业在那个时候也形成了一个不成文的规矩：优先销售本地企业炼制的油品，然后销售外资企业炼制的油品，最后才进口。这个原则可以保证南非的炼油企业的稳定可靠的投资回收。 这个阶段，南非所有的油品炼制企业都是享受补贴的。补贴的额度，每加仑2分，对于炼油厂，另外有每加仑半分的补贴。当时的油价是每加仑10分左右，补贴的额度占了油价的25%。 http://www.talkcc.net/article/1133461 萨索的油泵 http://www.talkcc.net/article/1133461 萨索现在的加油站已经遍布南非 萨索在运行的初期还是经历到了很多的技术问题。化工厂么，试车成功是一回事，运行的状态符合设计状态是另一回事，成功运行是一回事，盈利又是另一回事。 一般来说试车成功，也就是所有设备都转起来了，原料进入了，产品出来了。工艺路线走通了。至于产量如何，产品品质如何，都不是这时候考虑的事情。 化工厂设计的时候是有一大堆预测的，实际运行结果与预测的相吻合，那么就说明对于这个工艺已经很清楚了，这一般只发生在很成熟的工艺上。对于新工艺放大，这个预测一般是不大靠谱的。接近程度，就体现了对于放大的理解。当然是越接近越好。 http://www.talkcc.net/article/1133468 成功运行，就是说主要技术问题都解决了，但是运行成本如何，就难说了。可能需要增加不少设备，可能需要的能量也不一样，可能产品质量不合格，可能产率达不到设计要求等等。但这时候都能说是成功运行。 只有宣布盈利符合预期的时候，才是商业意义上的成功。 http://www.talkcc.net/article/1133468 大家再看化工的新闻的时候，可以留意这些不同，就知道技术是不是真的成功了。 萨索在建成的前二十年，都在解决各式各样的技术问题。产品基本上不能达到设计产量，但是二十年的投入，使得南非具有了其他国家所没有的经验，为扩建做好了技术准备。 http://www.talkcc.net/article/1133468 六十年代，萨索除了继续在煤液化厂里面烧钱，还建立了一个炼油企业。这也是出于能源安全的考虑。煤液化厂的可靠产量比较低，不能确保南非经济中心的供应。于是，南非政府就鼓励萨索与Total合资在Sasolburg又建了一个炼油厂，原料是从伊朗来的原油，伊朗石油公司也参与了这个项目。炼油厂在1971年建成。 1954年至1979年，南非政府对萨索的总投资，是2.15亿兰特。至少在1979年，兰特和美元的价值还差不多。 http://www.talkcc.net/article/1133468 这期间南非还建了两个炼油厂，一个在德班，一个在开普敦。这样，南非的三个主要城市，就都有稳定的燃油供应。当然，约翰内斯堡是耗油最大的地方，从德班到约翰内斯堡有专门的输油管