人造石油

华中科技大学，徐长发，2018.1.5

什么是人造石油？根据石油的形态和组份，人们认为，那些不是天然而是人造的，主要含有烃类物质而且是液态的燃料，称为人造石油。所以人造石油是一个较有广泛含义的概念。之所以是泛义，一是用什么材料加工有泛义，二是用什么加工方法有泛义，三是加工出来的液态燃料的组份也可以有些差异。

只要是人造石油，就可以用石油的干馏和精馏方法把化工原料分离出来。所以，人造石油在一定程度上可以替代天然石油。

一。人造石油有多种制造方法

石油和煤都是同源的石化燃料，石油比煤炭好用多了，所以科学家们研究人造石油，既可以缓解能源危机，也可以节能减排。

人造石油的加工方法主要有以下几种：

1.煤、页岩油或油砂的低温干馏法。

2.煤间接液化法。

3.煤直接液化法。

4.煤加氢裂解法。让煤、煤焦油、石油重质馏分或页岩油，在高温、高压和催化剂的作用下与氢起反应而成粗制品，再经加工而制成各种轻质石油产品，可使60%-80%的原料变成汽油。

5.煤气加氢合成法。由氢气和一氧化碳的混合气体，在适当的温度、压力和催化剂的作用下生成合成石油，含直链烃较多，既可以分馏为各种用途的液体燃料，又可以进一步加工及利用，这样的合成石油与天然原油相似。

6.生物油变人造石油。用动植物油做原料，用酯交换和热化学工艺，制成代替石油柴油的人造燃油，可普遍用于拖拉机、卡车、船舶等。

生物石油资源有：大豆、油菜、棉、棕榈和其它野生植物油料；餐饮垃圾油；动物油脂等。生物石油资源几乎没有环境污染问题。

植物汁液变人造石油。科学家们在澳大利亚北部也发现了两种多年生野草——桉叶藤和牛角瓜；这种野草生长速度极快，每周长30厘米，如果人工栽培它，每年可以收割几次。科学家们用榨取法或者溶解法，从这两种野草的茎叶中提炼出一种白色汁液，再从中制取石油。在美国加州农场中也发现一种分布极广的被称作“黄鼠草”的野草，经科学家试验研究，每公顷野草可提炼1000公升的石油，人工栽培的杂交黄鼠草，每公顷可出油3000公升。这项技术，是用快速生长的野草而不是油料作物，来制作人造石油。

8.二氧化碳加氢，在催化作用下，能产生出烯烃。

9.乙醇变人造石油。用玉米，木薯作原料可制取乙醇，用乙醇直接做燃料，或者加工为其它短链烃，作为石油的替代品。这项技术表明，很多碳水化合物也可转化为碳氢化合物，制作人造石油。

10.细菌造石油。科学家们发现，有一种叫分枝杆菌的微生物，还有其它同类功能的细菌，它们吃进二氧化碳，产生一种类似于碳氢化合物的霉菌酸，把这些产物聚合到一起，就能制作出菌造石油。根据这个原理，科学家们设想建造一个人工湖，把微生物“放养”到水里，在水里溶解足够的二氧化碳，作为它们的“食物”。用不了多久，微生物便成千成万倍地繁殖。培养出来的微生物，可以用过滤器收集，然后送到专门的工厂里去“炼油”。

二．废旧轮胎和塑料裂解造石油

人类活动在全世界产生了大量的废旧塑料，这些废旧塑料是不能自然降解的，如果燃烧这些塑料垃圾，会造成严重的环境污染，也造成资源浪费。因此，利用废旧塑料制造石油是一件非常有意义的事情。

我们使用的塑料制品，都是聚合烯烃做成的。既然烯烃能够聚合成为聚烯烃，那么聚合烯烃就一定能够裂解为一般烯烃。

现在市面上就有废旧塑料裂解造油的设备，其工作原理是，把废旧塑料混合在一起切碎，在高温和催化条件下，变成气态，这种气态是聚烯烃被裂解的混合气，再分馏，就得到富含烯烃的人造石油了。这样的处理结果有三种产物，一是液体的人造石油，二是不能液化的裂解气（净化后可作燃料，为设备供热），三是少量固体残渣，可制成燃料棒也可用于生产炭黑。

用这样的设备，利用废旧塑料生产人造石油，不同原料的出油率大致如下:

保鲜膜，塑料膜等，50%-75%；微波炉餐盒，优酪乳瓶等，50%-75%；

快餐盒，泡面盒，50%-75%；工程塑料等，40%；

纸厂塑料下脚料，30%；生活垃圾塑料，35-50%；

塑料电缆，80%；塑料袋，50%；

由此可见，废旧塑料回收裂解的出油效果还是相当好的。

特别地，最近有科学家研究出了一种“裂化剂”，它的作用就是把聚烯烃裂化，变为短链烃。这就更好地解决了废旧塑料利用和环境污染问题。

类似的原理，废旧橡胶也可以制造人造石油。

三．甲烷脱氢制乙烯

乙烯等石化产品是现代工业最重要的原材料之一，乙烯产量更是被视为一个国家工业发展水平的重要标志。中国目前乙烯产量居世界第二，仍然远远落后于美国，但是我国对聚乙烯的下游产品的需求量已经赶超美国，缺少原料怎么办？

以前，我国的乙烯原料大多是由石油裂解获得的，少量是利用煤炭获得的，用裂解法获取乙烯要花费巨大能量，用燃烧来提供这些能量又排放出大量的二氧化碳，所以发展乙烯生产问题，既对中国的能源安全是巨大挑战，还对环境治理也是巨大挑战。

用甲烷能不能制取乙烯呢？大家知道，甲烷的价格十分低廉，甲烷是最普遍存在的，天然气中、沼气中就有大量的甲烷。在碳氢化合物烃类中，甲烷的分子结构短最简单；只要把甲烷分子中的氢原子激活，让甲烷分子缩合，就能得到烯烃；烃类都是碳氢化合物，甲烷分子结构和其它烃类的分子结构存在着共同之处；从理论上讲，甲烷是一定可以转化为其它烃类的；利用甲烷是可以制作乙烯的。

当然有人对这些问题研究过，有人研究甲烷作部分氧化来制取甲醇，甲烷和水合成甲醇，甲烷作部分氧化来制作乙炔，甲醇和乙炔制作乙烯，甲烷部分氧化制备烯烃，用等离子体催化甲烷来合成烯烃，等等。虽然这些研究都已成功，但是由于反应催化剂难以实用，耗能太大，产出太低，二氧化碳排放太多，所以，这些用天然气绕道转化为乙烯的研究都不能生产实用化。当然，寻求甲烷制作乙烯的实用化技术，绝对是非常有价值的，是世界前沿技术。

在20多年甲烷催化转化研究的基础上，包信和院士领衔的团队基于“纳米限域催化”的新概念，创造性地构建了硅化物晶格限域的单中心铁催化剂，成功实现了甲烷在无氧条件下选择性地活化，仅一步就高效生产出乙烯、芳烃和氢气等高值化学品。与天然气绕道转化的传统路线相比，该技术彻底摒弃了高耗能的制备过程，大大缩短了工艺路线，反应过程本身实现了二氧化碳的零排放，碳原子利用效率达到100％。

大家看到了吧，纳米催化剂在这里发挥了神奇的作用。

不能小看这项技术，它的突破点太多了，太有价值了。它为我国化工生产的转型提供了新路线，为节能减排提供了新路径，为我国能源战略提供了有力保障，为我国化工发展乃致整个工业的发展提供了有力的保障。

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