德國是煤製油技術的發源地,1913年化學家貝吉烏斯發明的煤炭加氫液化法,揭開了人工合成燃油的序幕。這項技術需在450500c高溫與20.330.4pa高壓約300450個大氣壓)下,將煤粉與催化劑混合加氫反應生成烴類產物,經分餾可得到高辛烷值航空汽油。
1926年法本公司買下專利後,在洛伊納建成世界首座年產10萬噸的直接液化廠,但初期成本高得驚人,生產一噸合成汽油的成本高達200reichsark帝國馬克),竟是美國進口航空汽油約20reichsark噸)的10倍,商業化進程舉步維艱。
更棘手的是工藝穩定性問題,反應釜需承受極端壓力,頻繁出現密封失效與腐蝕泄漏,設備維護成本占總投入的30以上。
1933年納粹上台後,軍備擴張帶來的石油缺口迫使德國將煤製油納入國家戰略。當時德國本土石油年產量不足100萬噸,80依賴進口,而羅馬尼亞等附庸國的供應隨時可能因戰局波動中斷。
1936年啟動的四年計劃明確要求煤製油產量擴大六倍,政府通過全額保障軍方采購、價格兜底與低息貸款強力扶持,甚至直接接管法本公司的生產計劃。
到1943年,德國已在魯爾、薩克森等煤炭富集區建成18套直接液化裝置和9套間接液化裝置,煤製油年產量達560萬噸,占燃料供應的57,其中空軍航空汽油92來自煤製油,正是這些合成燃料支撐了德軍在北非戰場與蘇德戰場的初期攻勢。
但技術缺陷與戰爭破壞終致崩塌:合成油因含蠟量高,在零下20c易凝固,1941年莫斯科戰役中,德軍中央集團軍群的1500輛坦克因燃油凍結癱瘓在雪原,錯失進攻良機。
1944年盟軍啟動“重油行動”,對洛伊納、布倫瑞克等核心工廠展開1200架次轟炸,摧毀了70的生產能力,年產量驟降至390萬噸,1945年僅剩110萬噸,燃料斷供成為加速納粹覆滅的關鍵因素。
日本的煤製油之路則充滿戰略誤判與致命內耗。作為石油完全依賴進口的島國,1937年日本進口石油達520萬噸,其中80來自美國,而侵華戰爭的擴大使燃油需求激增,日本內閣因此推出“七年煤化油計劃”,目標1943年年產200萬噸以滿足軍需。
但軍部卻舍易求難,在未充分評估工業基礎的情況下選擇了技術最複雜的直接液化法。這種工藝需超低溫空氣分離設備與直徑3米以上的耐高壓反應釜,而日本當時的工業能力根本無法支撐。
反應釜僅能由生產大口徑艦炮的吳港和室蘭海軍兵工廠製造,且年產量不足10台。更荒誕的是陸海軍的對立:海軍從1932年就秘密開展直接液化研究,企圖壟斷油源以掌控預算話語權。
陸軍則在1938年從德國引進費托合成技術,卻因海軍拒絕提供反應釜,隻能在實驗室小試。
1939年海軍德山燃料廠投產,卻因油品分離工藝不過關,每噸合成油需消耗12噸煤炭與500度電力,成本是進口原油的8倍,初始日產量僅3噸。
在中國撫順建成的直接液化裝置,整個戰爭期間總產量僅1000多噸;設計年產18萬噸的費托合成裝置,受原料煤供應不足與設備故障影響,實際總產量不足6萬噸。
更致命的是成本與資源錯配。1940年前美國對日供應的原油價格僅15美元桶,而日本煤製油成本換算後相當於40美元桶,侵華日軍的高標號航空汽油幾乎全為美貨,陸軍明確拒絕采購“昂貴且劣質”的合成油。
1941年美國實施石油禁運後,日本本想加速煤製油投產,卻發現已無足夠鋼材製造設備,大部分產能被優先用於軍艦建造。
最終在1944年盟軍海上封鎖後,日本隻能用鬆樹根煉製劣質鬆根油,這種油品含硫量高達3,導致發動機頻繁故障,大量戰機與軍艦因缺油停擺,成為加速其戰敗的重要誘因。
二戰後中東廉價石油的衝擊讓煤製油技術沉寂數十年,直到我國基於“富煤貧油少氣”的資源稟賦,重新將其納入能源戰略。
21世紀初,我國石油對外依存度突破50,能源安全風險凸顯,煤製油被列為國家重大科技專項。
經過十餘年攻關,我國突破德日當年的技術桎梏,形成自主可控的產業體係:2016年寧煤400萬噸年間接液化項目投產,成為全球單體最大煤製油工程,攻克37項核心裝備國產化難題,包括全球最大的80萬噸級反應器,打破國外對核心技術的壟斷。
當前我國已在內蒙古鄂爾多斯、陝西榆林、寧夏寧東、新疆準東建成四大煤化工示範基地,2023年產能達931萬噸,總產量724萬噸,產能利用率77.76。
技術突破帶來了成本的大幅下降。我國直接液化反應壓力從德國當年的30pa降至1720pa,催化劑壽命從3個月延長至12個月。
間接液化領域,中科院山西煤化所研發的納米級催化劑活性提升3倍,使每噸甲醇轉化可得400公斤烴類產品,煤基原料成本較石油基材料降低30。
當前直接液化成本約40006000元噸,間接液化30005000元噸,較二戰時德國成本降幅超90。
但即使是這樣,成本構成中仍存在挑戰。導致項目盈虧平衡點集中在原油價格5070美元桶。
林毅見二爺定了調,忙放緩語氣補充:“二爺,建煉油廠咱們能立刻推進,但煤製油真得再斟酌。
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