煤炭变汽油 

神奇过程如何发生？ 

如何让煤炭穿上绿色外衣？ 

李永旺讲述中国煤制油发展的故事

能源全对我国经济发展战略的意义毋庸置疑。然而“富煤、少油、贫气”的资源分布，决定了中国以煤为主的能源消费结构。与此同时，相对粗放的煤炭生产利用技术，又让环境面临严峻挑战。另一方面，我国能源对外依存度高，2017年中国的石油对外依存度已经达到67.4%，这成为了我国的能源战略安全和经济发展的一大痛点。因此如何利用丰富的煤炭资源，让煤炭披上绿色外衣，实现清洁高效利用，成为了迫切的现实需要。而中科合成油的李永旺团队在煤制油这条路上坚守二十余年，最终让实验室的种子成功开出了产业化之花。

未来几十年人类还无法摆脱对化石能源的依赖 

张媛：您是一直在从事煤制油这个行业，其实全世界都在探讨新能源、可持续发展、清洁能源发展这个话题。所以您如何来看当下在这种能源结构的特性之下，发展煤制油的意义？

李永旺：咱们这个能源体系实际上经过过去几十年的发展，全世界的格局来看它在一个十字路口上。可再生能源面临着技术上的挑战，技术上还不成熟。化石能源面临的是资源供应将来能持续多久，这是第一个大问题。

第二个大问题才是环境，化石能源消耗，我们有很多环境的关联，怎么来处理，也就是形成一种多元化的解决能源供给的思路。

但是在整个人类现在面临的最大问题是供应总量非常大，供应总量大了以后，化石资源燃料实际上还是个资源可得性的问题。未来几十年，在可预测的未来看，离开化石能源，这么大的量上解决能源问题，通过太阳能也好，可再生能源也好，我们核能也遇到了安全性的问题，不能完全靠这个东西能把这么大量供应上去。现在说可再生能源10%，将来全球能不能做到20%，做到30%现在不知道。

在这种情况下，化石能源包括煤炭，包括石油、天然气，过去我们用了接近一百年的时间，把这个体系建立起来，也完善到这个程度了，还得靠它。

如何用好煤炭资源关系到国家能源战略与安全 

李永旺：在这个十字路口上，一些基础性的支持保障还得把它做好。所以对于中国来说，比如说化石资源的比例上，煤炭大概占了90%。如果中国不说用煤炭，中国的基础能源这块，化石能源这块，基本上都得依靠进口。

第二，政治环境是好的，永远是和平的，在能源富裕地区、出口地区不发生问题，我们能进口得来。这是各种层次上都有一些考虑。

建国以后，我们国家有了比较好的完善的组织体系，中国科学院就把这个东西作为一个战略性的方向，成立了山西煤化所这个体系。

这个所的最大的一项任务就是如何把煤转化成气，做我们当时工业发展需要的原料。另一方面如何把煤做成油，当时我们国家还没有油，我们缺油。从山西煤化所，我们国家科学院体系，当时是最重要的科研体系，建立的时候就是把研究煤作为一个国家的能源战略方向。
 
早在上世纪三十年代末，中国就开展过煤制油研究，但随后因经济发展、石油价格、国际政治环境变化等因素，煤制油技术攻关走走停停，工业规模化生产更是遥不可及。上世纪九十年代中期，中国经济还在发展起步阶段，汽车保有量很低，油品短缺的危机感并不强烈。加上当时中国科研工作处在低谷时期，煤制油技术再次面临断档风险。1997年李永旺临危受命，重新组织团队，在前辈科学家的研究基础上，接过了探索煤炭间接液化研究的接力棒。

为什么一直坚守在煤制油领域？ 

张媛：其实在这个行业当中，研究煤化工，研究煤制油的人并不少，但是难度大，成本非常高，您一直在这条路上坚持到今天。在这个过程中，没想过要放弃吗？

李永旺：我们这帮学化工的人跑到煤化所去了，在那个体系下熏陶，就认为，因为确实根据国家能源体系我们也深深知道这个东西在很长的一段时间里，中国不靠煤是过不去，这一点我觉得我们也坚信政府的判断是对的。

我们做的那个时候，美国人也基本放弃了，原因是它的石油太多了，它不需要做这个东西，它可以挪在以后再做。我们也知道那个时候南非做，国际社会不让它用石油，不让它买石油，这个时候它自己只有煤，所以它把美国和德国的技术买过去，搞了这个行业，支撑了这个国家的发展。

张媛：但是搞科研跟做产业这是两个概念，要做产业的话，其实你要考虑一个周期概念的。

李永旺：这个肯定不是一条坦途，因为什么呢？我们在上世纪80年代和90年代这个阶段，我们在学这个东西的过程中，我们好多同学出国了，我们的同代人，比我们早一两届的人，我们都认识。交流的时候，说你怎么还在做费托合成，我都把费托合成忘了，我们的导师都忘了。 

上世纪90年代末油价上涨给煤制油发展带来契机 

李永旺：当时实际上我们在煤化所，我们一帮年轻人在研究煤化所的战略性方向的时候，就觉得煤这个东西中国过不了槛，别人都可以扔，大国里面中国包括印度可能扔不开这个东西。所以我们觉得这个方向是冷门，做的人少，如果坚持做下来，哪一天国家把它用上去了，这就是个事。
到了上世纪90年代末，石油价格就上来了。到1993年以后，自己用就不够了，我们国家开始搞经济建设了，我们的大卡车，我们的交通运输起来了，自己的油就不够了，就开始进口油，就是该到往上做的时候了。

从乌黑的煤炭到清洁透明的油品，是一个复杂的系统工程。需要先将煤进行气化，转化为一氧化碳和氧气的合成气，合成气在催化剂作用下反应生成碳氢化合物的混合物，继而加工生产液态的油。这其中最关键的就是费托合成技术，以及相关催化剂的开发及应用。这一工艺又分为高温费托合成和低温费托合成。李永旺发现，采用低温浆态床合成，在200至250摄氏度下反应时，费托合成产生的热量不能得到很好的利用，于是他大胆尝试将反应温度提高到260至290摄氏度，提高整个系统能源利用效率5至8个百分点，国际上将其定义为中温费托合成技术。这一概念的突破，成为浆态床费托合成技术提升的关键。

作为煤炭大国应该有自己的煤制油核心技术 

张媛：所以现在这套技术是您的自主核心的知识产权，你们为什么一直要研发自己的这套技术呢？现在的这套技术在国际上处于一个什么样的水平？


李永旺：当时是这样，作为科研人员的第一个想法，我觉得那时候朴素，特别是老一辈的科研人员，第一个想法是想自己把它做出来，给国家用，光荣。别人的拿进来，我们就会酸兮兮的，心里就不舒服，为什么我们老要拿别人的，我们这些科研人员在干啥？

我们从德国回来以后，我就判断这个技术非常不成熟，南非干了50年它也不是很成熟，原因是什么？研究的人太少，我们中国作为一个大国，煤炭要比南非高十几倍甚至二十倍的使用量，我们做的事肯定比它大，不能在目前这个技术状态下就把它稀里糊涂上去。所以还得另寻出路，就是看看有没有比它做的更好的途径。

最初实际上还是跟上人家跑，觉得人家用的是铁铜钾催化剂配方，咱先模仿出来，模仿出来一试合成油了，但是一比较，说这个数据还不太行。那时候我们国家确实底子非常薄，发达的装置也是非常凑合上去的。

煤化所在我之前，他们就在那种条件下做了实验，我是参加了最后两次实验，当学生在那倒班，去看了以后我们就知道这个体系不是那么好糊弄的。后来在我们手上我们就思考这个问题，在什么样的标准下来做这样一个东西？如果是这个标准这个经济条件达不到，我们把实验室的工作能不能做得充分？所以等到我们接上去的时候，都已经1997年1998年了。我认为1995年是个界线，我们国家很多基础的配套行业1995年以后开始大幅度上来。

赶上经济发展快车 煤制油研究取得突破性进展 

李永旺：我在接上这摊的时候，我的想法就不一样了，我是站在我们过去改革开放以后这十几年积累起来的水平上，和他们以前的水平完全站在不同的高度上。

那个时候我们感觉到为什么这个东西就不能这么做。当时非说把这个东西搞到工业化，不得不做钴催化剂，钴就得在低温下做，我们说的低温就是200度左右。美国人就做了一套，在50年代的时候，那个时候化学工业上有一种形式流行，在低温下不能做，就在高温下做，所以形成了低温费托、高温费托。这两个东西出来是截然不同的两个东西，我们就想为什么非要在高温下，有那么多缺点你还干？

那我说拿铁，既然那么高温度，我能不能在中间做？所以我们实际上当时瞄准的是这个方向，这两个框框已经干了50年了，美国人没有跳出去，所有的人都没有跳出去。反正我们没有做过，撒开了做，几乎都做了，做完发现中间有个温度点特别有机会，所以我们做的过程后来定义成中温费托合成，就是这么出来的。

张媛：这就是你最核心的部分。

李永旺：对。

自主研发技术大幅提高了煤制油催化剂的使用效率

李永旺：可以这么讲。中温的话解决了什么问题呢？比如用钴这个东西太贵，低温下它产量大，但是铁便宜，尤其对中国钴是不可得的，铁是大量存在的。但是铁有个大问题，一吨催化剂它产的不到200吨油就坏了，就扔了。后来他们在低温下也试铁，也做到200吨油就扔了。

当时在实验室里做到了400吨油，觉得400吨油是可行的，我们定的目标就是一吨催化剂消耗400吨油。随着我们往上摸这个温度，或者从高温往下摸，摸到一定程度了，觉得它这个过程把低温的优点都有了，但是高温的缺点越来越少。为什么呢？后来我们工业化的催化剂，实际上接近一吨铁催化剂往出生产1000吨油。这个打破了以后，到现在为止，实际上只有我们的工厂是这样的，别人的工厂只要用铁的，过不了200吨油，全泄出去了。

从实验室技术到大规模工业生产，中间还需要进行工业中试，对技术进行验证和实践。从2006年开始，采用中科合成油技术的内蒙古伊泰集团、山西潞安集团和中国神华集团的三个16-20万吨/年工业示范厂建设全面启动。2009年3月伊泰16万吨/年合成油示范厂试车成功，“人造石油”源源涌出，中国的工业化煤制油，在经历了半个多世纪的风风雨雨后终于成为现实。

如何看煤制油技术研发的成本与收益？

张媛：现在煤制油这个产业的现状是什么样的？

李永旺：现状可以说，我们第一个行动，我们早期的行动，如果说由于我们社会和国家底子薄，人才储备少，工业经验也少，做的可以说想上上不去。这一轮把这个因素去掉了以后，实际上赶上了我们国家黄金十年的快速发展，把社会力量集中进来，这下搞起来了。自己做一个技术，而我坚信煤制油这个技术不是最贵的，在中国做出来的技术，煤制油应该是很便宜的。
我们从2006年开始建小型厂，建了三套，这三套在2009年把它开起来，一直到2016年，我们当时已经成了。其中有两个厂一直还在赚钱，我们等于是没有赔钱，我们说有一个厂没有赚钱，那个厂是企业花的，也不是国家出的钱。那个成本要算上，我们总共花了大几十个亿吧。

张媛：这个钱全是企业的钱还是国家给的钱？

李永旺：国家的钱总共也花了有个不到一亿，个把亿，因为第一批是6000万，后来又有几千万，估计也差不多一个亿。就是这样一个成本，我们现在能够建成600万吨煤制油，而这600万吨煤制油，我给你举个例子。

我们的烯烃搞到100万吨的规模，有一些老先生告诉我，整整用年了40年的时间，几代人，还是引进技术，消化吸收。煤制油这个，我们大概用了二三十年。但是我们每一套装置开好，我们大概400万吨的装置开好会小于三年，现在已经开好的话就是小于两年，我们100万吨有个装置，大概四个月就开满。所以目前这个技术状态，我们有600到700万吨我们自己的煤制油工厂，这几个厂都在接近满负荷，明年的话肯定是超负荷。

可是优化的余地还很大，所以目前在这个水平下，我们这些工程人员在干什么呢？下一步要把它做到智能化，工厂的智能化，把这些不必要的波动和损失降到最低，靠数据和软件融合，大量减少人的干预，这样可以协助提高工厂的运行效率和降低成本。

近年来，社会各界要求加强环境治理与保护的呼声越来越强烈。除了减少排放外，能源是否清洁则是另一个降低污染的重要途径。通过煤炭间接液化生产出来的油品，与石油炼成的各种标号的汽油、柴油相比，具有哪些独特品质？在生产转换效率方面是否又具有优势呢？

张媛：这个我昨天看的时候很惊讶，它就是从这么一块煤变成了清晰度这么高的油和蜡。

李永旺：对，它这个过程难就难在把煤搞成气，然后把它净化得干干净净，到了这一步就啥也没了，就是碳氢氧，其他杂质已经全部在净化这个系统。比如把硫变成硫黄，把氮变成氨水，氨水用在脱硫上去了。

张媛：所以你把这些废料也都循环利用了。

李永旺：废料基本上没啥，它的回收率非常高，因为它不净化干净，后面这个合成是不发生的。
 煤制油与石油炼制油相比有哪些特点？

张媛：从产品端来看，您这生产出来的油和石油系统生产出来的油相比，这个之间的差别怎么样？

李永旺：可以说它是一种很好的补充。它的最大好处就是它的杂质含量非常少，它非常清洁。但是它也有它的一些缺点，就是有些分子量和现行标准还有一定的差距。

张媛：你这拿的是汽油？

李永旺：这是柴油。比如说它的密度比现有油的密度偏低。因为我们标准是打了一个体系，一旦定下来以后，柴油的油门就定了，你的燃烧值进不去，就觉得给油量不足，所以这样的话实际上单独用它，不是说不能用，也很好。但是单独用它有点可惜，和石油的一些相对质量有杂质多的东西，把它混兑了以后，可能给我带来的是，一个是对机器的性能，一个是对能量效率的提高，省油，另一个是对环保有更好的好处。

张媛：当你进入到C端，比如您这有汽油，这个汽油和我们现在去加油站加的起油。

李永旺：我说的是柴油有差别，这个汽油是这样的，我们单独汽油厂做出来的汽油肯定是超标号的，这个质量非常干净。

张媛：这个有现在进入到日常的加油站体系吗？

李永旺：现在汽油还没有进去，汽油是下一批工程要搞的，我们叫超净汽油，这些汽油我们当时也在和北京市，和这些大城市研究，将来可以用到城市里面去。这个油可能一个大的用处在大中城市集中区可以单独用，和炼油的油混起来，可以改进整体油品的质量。