燃料化工

以煤、石油、天然氣、油頁岩等化石燃料（礦物燃料）為原料的化學加工工業，加工過程（包括熱加工、催化加工）中化石燃料發生物理和化學變化，獲得的產品主要有兩大類：一為油品類，包括汽油、噴氣燃料、柴油、燃料油、潤滑油等，為交通運輸和機械動力部門提供各類液體燃料和潤滑劑；一為化學品類，包括乙烯、丙烯、丁烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔、萘、煤氣、合成氣等各種產品，為基本有機化工、高分子化工、精細化工以及合成氨工業等提供原料，也包括用於冶金工業的大量焦炭。燃料化工主要包括石油煉製工業、石油化工、煤化工、天然氣化工、頁岩油工業等幾個方面。

沿革 燃料化工萌芽於18世紀，到19世紀有了初步基礎；20世紀有了較大的變遷和發展。

燃料化工的形成 人類利用煤、天然氣和石油等作為熱源和其他用途已有較長的歷史，但化石燃料的加工形成工業則始於產業革命時期，燃料化學工業的形成和發展包含著能源和化學品生產兩個方面。18世紀蒸汽機的發明，使人類從依靠人力、畜力和以木柴為主要能源，逐步轉向以煤為主要能源，燃煤產生蒸汽作為交通運輸、機械加工的主要動力，而後又以蒸汽發電，促進了各類工業的發展。至19世紀末，世界進入了“煤炭時代”，隨著冶金工業的形成和發展，需要大量的焦炭用於煉鐵，在歐洲產生了煉焦工業，隨後並從副產煤焦油中製取染料。歐美還先後建立起煤乾餾的工廠，生產煤氣用於城市和家庭照明，世界有機化學工業原先以木材、糧食、農副產品為基本原料，至19世紀末，這些原料大部分為煤的熱加工產物所代替，從而形成了以煤的焦化、乾餾、氣化為主的煤化學工業。19世紀上半葉，歐洲建立起若干油頁岩乾餾製取頁岩油的工廠，生產照明用煤油和石蠟。在此期間，俄國和美國先後從原油生產照明用煤油，而後將重油用作鍋爐燃料，並開始生產潤滑油，這成為石油煉製工業的開端（見石油煉製工業發展史）。

燃料化工的變遷 第一次世界大戰期間，鋼鐵工業需要大量焦碳、火炸藥工業需要大量的氨、甲苯等作為原料，促使煤的煉焦化學工業的發展。第二次世界大戰前，德國開發了煤低溫乾餾、煤直接液化和煤間接液化等技術（見煤化工發展史），建設了自煤製取人造石油的工廠，大戰期間年產汽油等輕質油品數百萬噸。由於自煤生產液體燃料的技術複雜，投資和成本都較高，在經濟上不能與廉價的石油產品相競爭，所以德國戰敗后，人造石油的生產趨於停頓。在此期間，蘇聯和美國則大量開採廉價的石油，並採用熱裂化和催化裂化等煉油工藝。特別是40年代，流態化技術用於催化裂化，人們可從原油中提煉出更多的、質量更高的汽油等輕質油品。另一方面，隨著石油煉製工業的大規模發展，美國利用裂化工藝副產的氣態烯烴製取有機化工產品。例如20年代由丙烯合成異丙醇，是第一個石油化學品（見石油化工發展史）。40年代，開發了催化重整技術，自石油輕質餾分生產甲苯作為三硝基甲苯炸藥的原料，以滿足戰爭的需要。與此同時，美國發展了自天然氣生產合成氨等技術，從而建立起天然氣為原料的化學工業（見天然氣化工發展史）。

第二次世界大戰以後，特別是在50～60年代期間，世界發達國家進入了“動力革命”階段，內燃機廣泛用於交通運輸及國民經濟各部門，甚至很多電站鍋爐和工業鍋爐，也以油代煤作為燃料，石油和油品較煤炭運輸方便、可燃性好，單位熱值高，越來越多地成為工農業、交通運輸業的能源，其消費量增長速度遠遠超過其他能源，而以中東為代表的亞非拉產油國家的崛起，使世界石油的探明儲量和原油產量大幅度提高，從而滿足了世界石油消費量的巨大增長。當時，國際石油市場價格很低，甚至比煤便宜，這就更加速了以油代煤的進程，至1965年石油在世界能源消費結構中的比例超過了煤而居第一位，世界進入了“石油時代”。在此期間，石油已不僅是主要能源，而且逐步代替煤成為各類化學工業的重要原料來源，特別是自從以石油中的輕質餾分油（石腦油等）和天然氣中的乙烷、丙烷等為原料，採用管式爐裂解工藝，生產出大量的乙烯、丙烯、丁烯以及苯、甲苯、二甲苯等輕質芳烴，使得石油化工不再依附於石油煉製工業而形成了大規模的獨立體系。甚至建立了石油化工聯合企業，從石油化工和天然氣化工所提供的產品，生產大量的有機化學品（見基本有機化工），以及合成氨、合成纖維、塑料和合成橡膠等。石油化工和天然氣化工的興起，使煤化工的發展受到很大的影響，只有煤的焦化工業仍然在世界範圍佔有一定的位置。

進入70年代，發生了中東戰爭以後，亞非拉等產油國提高了原先過低的國際石油價格，結束了廉價石油的時代，西方石油煉製和石油化工面臨著成本的提高和原油的供應問題，主要發達國家的經濟普遍進入“低增長”時期。進入80年代，儘管原油價格有了相當幅度的降低，西方石油化工仍停滯不前，開工率僅56％～65％左右。蘇聯和中國的石油化學工業則繼續增長，一些發展中國家，特別是產油國的石油煉製和石油化工則正在崛起。在煤化工和油頁岩加工方面，當前只有南非有自煤間接液化生產液體燃料的工廠，中國和蘇聯仍存在有頁岩油工業（見頁岩油工業發展史）。

在國民經濟中的地位 燃料化工作為能源和化學品的生產，在世界經濟中佔有十分重要的地位，甚至對世界政治和軍事也有很大的影響。

1984年世界化石燃料作為能源約佔整個能源消費的90％左右，水電、核電等非化石燃料約10％，石油的百分比從1965年起超過了煤，至1978年達整個能源的50％，進入1984年，降為39.5％，仍高於煤（後者為30.3％）。世界天然氣的比率則逐年有所增長，1984年約20％。對於中國來說，煤仍為主要能源，佔70％以上，石油20％以上。化石燃料總計佔95％以上，水電低於5％（1985）。在油品的消費方面，西方主要國家主要是汽油、噴氣燃料和柴油等輕質油品，1984年美國輕質油品約佔原油消費的77.8％，日本約58％。作為鍋爐燃料的重油，比例不大，美國約10.6％，日本28.2％。中國燃料油的消費則高達原油產量的三分之一左右。為得到更多的輕質油品，更好地利用石油資源，原油深度加工（見石油煉製過程）已成為全球性煉油技術的發展方向。

燃料化工特別是石油化工，還為國民經濟各部門提供大量的化工原料。世界化工產品中有85％是有機化工產品，原料絕大部分來自化石燃料，而發達國家的有機化工產品中，以石油、天然氣為來源的產品佔90％。按銷售額計，以石油和天然氣為來源的化工產品約佔全部化工產品的45％以上。乙烯主要來自石油，也有相當一部分來自天然氣中的乙烷和丙烷裂解；苯主要來自石油餾分的催化重整和烴類裂解，煤焦化所生產的苯，在苯的總產量中，美國和日本都只佔9％左右；甲苯、二甲苯絕大部分來自石油；此外，世界甲醇產量約有70％來自天然氣，其餘來自石油，煤制甲醇只佔不到 1％(1981)。應該指出的是，合成氨是以化石燃料為來源的產量很大的重要化工產品，1980年世界合成氨總產量約96Mt，其中以天然氣為原料的佔80％，以煤為原料的佔10％，後者的一半生產能力在中國。總之，在當前世界上，化工產品主要來自石油和天然氣，煤化工在整個化工生產中所佔的地位不大，用於煉焦的比例也不大，煤主要用於發電和工業鍋爐。1980年，中國的煤用於煉焦約 9.8％，用於制合成氨約5.6％，兩者約15.4％,這是煤化工的主要用量。由焦化所得煤焦油中製取的萘、蒽等稠環化合物是有機化工重要原料。當前，世界上從煤焦油中分離出來的化工產品，約有200餘種，主要用於制防腐劑、塑料助劑、染料、溶劑、香料及橡膠助劑等。

發展前景 各國燃料化學工業，儘管其資源儲量和開採速度不成比例，石油日益減少，但據世界各種估計，今後半個世紀內，石油及天然氣，特別是後者，仍將在世界能源和化工產品的生產構成中佔據主要地位，然而在消費結構的比例上可能會相對地逐漸下降。因此，石油煉製將趨向深度加工，以充分利用資源。石油化工也有同樣的趨勢，其中重質油的催化加工（包括催化裂化和加氫裂化）和重質餾分油的裂解就是具有代表性的例子。

天然氣的利用，主要仍沿著作為高質量的燃料氣方向發展，以天然氣為基礎的化工產品也會相應地增加。

燃料化工的發展實質上是能源工業的重要組成部分。化石燃料的使用雖然會帶來自然環境的污染和生態平衡的破壞，但具有長遠意義的太陽能和熱核聚變能仍非近期可以依靠的能源，因此人們尋找石油和天然氣的替代能源時，自然會看到潛在而資源豐富的各種煤炭、油頁岩和油砂，從數量上遠遠超過石油和天然氣。

冶金工業所用的焦炭，迄今仍依賴於煤煉焦這一有悠久歷史的工業，煉焦的方法有多種爐型，其原料也從焦煤擴展到其他煤種從而擴大其來源。隨著煉焦工業的發展，煉焦化學品為化學工業提供上百種原料，今後仍將是石油及天然氣難於代替的主要領域。

把固體燃料，包括所有各種類型的煤、含油率不等的油頁岩和油砂，變成液體燃料的可能性取決於社會的經濟和政治的因素。關於煤的氣化，仍將是煤炭加工的一個主要方面。主要根據資源條件、煤種性質和煤氣的主要用途（城市煤氣、工業煤氣或合成原料氣）決定生產方法。