20世纪初期的日本,虽然野心勃勃,却面临着一个致命的弱点,那就是极度缺乏天然石油。
当时日本九成以上的石油都依赖进口,一旦海上运输线被切断,其军队就会面临瘫痪。
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为了解决这个问题,日本把目光投向了中国东北的抚顺。在那里,日本不仅霸占了优质煤矿,还盯上了盖在煤层上面的油页岩。
日本倾全国之力,在抚顺砸下重金,建立起了当时全球规模最大的油页岩炼油厂。那么,日本当年究竟是如何在抚顺把石头变成石油的?这背后又有着怎样的历史结局呢?
在20世纪初,石油已经变成了军队和工业的必需品。
无论是军舰、飞机还是陆军的各种车辆,只要没有石油就无法运转。但日本本国的天然石油产量非常低,每年自己采出来的油只有几十万吨,根本不够用,日本绝大部分的石油都需要从美国等国家购买。
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这种情况让日本军方和政府感到非常被动,因为只要外部环境发生变化,对方一旦停止供应石油,日本的整个军事体制和工业生产就会立即停摆。
为了改变这种完全受制于人的状态,日本政府很早就在寻找替代能源,而人造石油技术就成了他们选中的出路之一。
所谓的人造石油,主要有两种途径,一种是用煤炭进行液化,另一种就是用油页岩进行干馏炼油。
油页岩实际上就是一种含有有机质的石头,只要把它加热到几百摄氏度,石头里面的有机质就会分解成气体和油雾,经过冷却之后就能提炼出原油和重油。
1905年日俄战争结束后,日本通过不平等条约控制了抚顺煤矿,并设立了南满洲铁道株式会社,也就是大家常说的满铁,来专门经营和开采抚顺的资源。
抚顺煤矿的储量非常巨大,而且很多地方适合进行大规模的露天开采。
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但是,在开采煤矿的过程中,日本工程师发现了一个特殊的状况:在抚顺地下厚达几十米的优质煤层上方,覆盖着一层厚达100到120米的页岩层,这些页岩的总体储量高达54亿吨。
如果只想挖地下的煤,就必须先把上面这层厚厚的页岩全部挖掉运走。
在露天开采的过程中,剥离这几亿吨甚至几十亿吨的石头需要消耗巨大的人力、物力和资金。
如果不把这些石头利用起来,光是寻找地方堆放废石就是一项巨大的负担。
于是,满铁的技术人员开始对这些页岩进行化验,结果发现它们全都是油页岩,里面含有可以炼油的成分,这给日本提供了一个看似非常划算的方案。
因为在正常情况下,开采油页岩需要单独投入巨大的采矿成本,但在抚顺,剥离油页岩本就是开采露天煤矿的前置工序。
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也就是说,采石头的成本已经被开采煤矿给分摊掉了,炼油厂拿到的油页岩原料几乎相当于零成本。
事情并没有日本想象的那么顺利。满铁随后遇到了一个非常困难的技术难题,那就是抚顺油页岩的含油率太低了。
在当时的国际上,苏格兰和爱沙尼亚都已经有了油页岩炼油的工业化先例,但苏格兰等地的油页岩品质非常好,含油率通常在9%到10%以上,有的甚至更高。
而抚顺的油页岩平均含油率只有5%到6.5%左右。
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也就是说,一吨抚顺的石头砸下去,只能提炼出五六十公斤的油,剩下九百多公斤全都是废渣。日本最初尝试直接引进欧洲成熟的干馏设备和炼油技术,他们把苏格兰的干馏炉照搬到抚顺进行试验,结果失败得很彻底。
因为抚顺油页岩含油率低、杂质多,欧洲的干馏炉在加热过程中出现了严重的管道堵塞和内部结焦现象,热量传递效率极低,不仅耗费了大量的燃料,提炼出来的油量也微乎其微。
如果按照欧洲的技术强行生产,炼油的成本将高到无法接受的程度。
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在整个1920年代初期,日本想在抚顺实现大规模炼油的计划陷入了停滞状态。
面对技术上的僵局,日本并没有放弃,而是开始集中科研力量进行自主攻关。
从1920年代中期开始,满铁设立在大连的满铁中央试验所,联合日本海军位于德山的海军燃料厂,组建了专门的技术团队。
工程师高桥二郎等人开始针对抚顺油页岩的物理和化学特性,重新设计全新的干馏设备。
经过多年的反复实验,技术团队终于在技术上取得了突破,研发出了著名的抚顺式干馏炉,这种干馏炉的设计逻辑非常特别。
传统的欧洲干馏炉大多采用隔壁加热的方式,也就是在炉壁外面烧火,靠炉壁把热量传导给炉子内部的石头。
这种方式对于高含油率的页岩很有效,但对于抚顺这种低含油率页岩来说,传热效率太低,炉壁还容易损坏。
而抚顺式干馏炉采用了内部气体循环加热的方法。
整个干馏炉是一个高耸的竖炉,油页岩从炉顶连续不断地加进去,在重力作用下慢慢向下移动。在炉子内部,干馏过程中产生的废气以及页岩废渣燃烧产生的高温气体被重新吹入炉内,直接与下落的油页岩颗粒发生接触。
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这种直接接触加热的方式极大地提高了热能的利用率,解决了传热慢和容易结焦的问题。
更重要的是,干馏完剩下的废渣里面还含有少量残余碳,抚顺式干馏炉可以直接把废渣里的残余碳当成燃料烧掉,用来提供干馏所需的部分热量。
这样一来,提炼低含油率页岩的成本被大幅度降低了,工业化大规模生产终于具备了可行性。
技术突破之后,资金和订单很快跟上了。1928年,日本大藏省和海军省正式批准了抚顺炼油厂的建设预算。
日本海军对这个项目给出了极高的支持力度,海军与满铁签署了长期采购协议,承诺抚顺炼油厂生产出来的所有重油,全部由日本海军按照保障利润的协定价格全数包销,同时海军还提供专项财政补贴。
有了海军的订单和资金托底,抚顺油页岩炼油厂的建设全面提速。
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1929年,位于抚顺的西炼油厂正式建成投产,第一期工程安装了80座日处理量为50吨的抚顺式干馏炉,投产后每年可以提炼出大约5万吨粗油,这是抚顺油页岩炼油实现工业化生产的第一步。
随后的几年里,随着日本军事扩张步伐的加快,对石油的需求量呈现出爆发式增长。
1934年到1935年,日本对西炼油厂实施了第二期扩建工程,干馏炉的数量直接翻了一番,达到了160座,并且开始引入单炉处理量达到100吨的大型干馏炉,年产油量提升到了15万吨,但这还远远没有达到日本的预期。
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1937年全面侵华战争爆发后,日本对石油的需求达到了前所未有的程度。
1938年,日本又在抚顺开工建设了规模更大的东炼油厂,全面引入了单炉日处理量达到200吨的干馏炉。
到了1940年代初,抚顺的西厂和东厂加起来,拥有几百座干馏炉同时作业。
在产量最高峰的年份,抚顺炼油厂每年处理的油页岩数量达到了几百万吨,年产页岩油达到了30万吨到48万吨。
抚顺超越了爱沙尼亚和苏格兰,成为了当时全世界吞吐量最大、设备最密集的油页岩干馏炼油基地。
从数据对比来看,在1930年代至1940年代初,日本本土每年的天然石油产量加起来也只有20万吨到30万吨左右。
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也就是说,抚顺这一座炼油厂生产出来的页岩油,长期占到了日本战时自身掌握的液体燃料总产量的百分之五十以上,甚至在某些年份达到了百分之六十。
抚顺成为了日本在本土之外最重要的战时能源供应点。
虽然日本在抚顺建立了全球最大的油页岩炼油厂,并在技术和工程规模上达到了很高的水平,但这项庞大的工程最终并没有能够改变日本在二战中战败的结局。
从经济和战略的角度来看,抚顺油页岩炼油项目从一开始就是一个在特殊战争环境下产生的产物。
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尽管抚顺油页岩的采矿成本被煤矿分摊掉了,但干馏、精炼以及维持庞大设备运转所消耗的能量、材料和资金依然非常惊人。
抚顺提炼出来的页岩油,其真实生产成本是当时美英等国天然石油价格的两倍到三倍。
如果是在正常和平年代的市场竞争中,这种高成本的人造石油根本没有任何商业竞争力。
更致命的是,抚顺炼油厂的产能虽然高居世界第一,但相较于现代战争巨大的消耗量来说,依然是远远不够的。
在太平洋战争爆发前,日本每年维持战争运转所需的石油总量在500万吨到700万吨之间。
而抚顺炼油厂在最高峰时期年产量也不过三四十万吨,这只能满足日本整体石油需求极小的一部分。
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1941年美国对日本实施石油全面禁运后,日本储存的战略石油迅速耗尽,抚顺的页岩油根本无法填补这巨大的缺口。
除了战略上的局限性,抚顺油页岩炼油厂的建设和运行过程,还伴随着对中国劳工极其残酷的剥削。
为了维持炼油厂和煤矿的高强度运转,日本关东军和满铁通过抓捕、欺骗等手段,强行招募了数十万中国劳工。
这些劳工被送往抚顺的矿山和炼油厂,在极其恶劣的环境下进行高强度的体力劳动。
炼油厂内部温度极高,干馏过程中还会产生大量的有毒有害气体,安全防护设施极其简陋。
每天都有大量的中国劳工因为矿难、气体中毒、过度劳累以及疾病而死亡。在日本占领抚顺期间,因强迫劳动而惨死在煤矿和炼油厂周围的中国劳工人数难以计数。
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在抚顺的老虎台、南台等地,至今保留着的万人坑,就是当年日本为了掠夺资源而残害中国劳工的历史遗迹。
1945年8月,日本宣布无条件投降,日本在抚顺长达四十年的资源掠夺彻底宣告结束。
日本撤退时破坏了部分设施,随后苏联红军进入东北,拆走并运走了东炼油厂的部分设备,但残存的西炼油厂等主体建筑和设备留了下来。
新中国成立后,国家全面接收了抚顺的炼油设施,并组织技术人员和工人对损坏的干馏炉进行了修复和改造。
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这一时期,抚顺炼油厂被重新命名为石油一厂、石油二厂等单位。
在1959年大庆油田被发现之前,中国的天然石油资源极其贫乏,全国的工业建设和国防需要面临着严峻的石油短缺压力。
在这种背景下,修复后的抚顺油页岩炼油厂发挥了极其关键的作用。
中国工程师在原有技术的基础上,进一步改进出了抚顺125型等性能更好的干馏炉。
在1950年代,抚顺生产的页岩油一度占到了全中国石油总产量的一半以上,不仅为抗美援朝战争提供了燃料保障,也支撑了新中国成立初期的工业化建设。
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从20世纪初日本为了侵略战争不惜代价建立炼油厂,到战后这些工业遗产回到中国人民手中,为新中国的建设提供能源支持,抚顺油页岩炼油厂的历史,不仅见证了技术发展的曲折过程,更见证了战争的成败与历史的必然。
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