乙烯焦油綜合利用現狀及未來發展趨勢

＊吳曉輝 林京 尹勇勇 陳月亮 嚴考榮 王佳兵

（中建安裝集團有限公司 江蘇 210046）

乙烯焦油綜合利用具有巨大的潛在價值，乙烯焦油綜合利用可以促進能源的轉型和碳減排，這對可持續發展至關重要。通過能源轉型、循環經濟、產業升級和技術創新等手段，乙烯焦油綜合利用可以實現能源資源的循環利用、碳減排、經濟價值的提升和產業結構的優化，為可持續發展做出重要貢獻。通過提高乙烯焦油的綜合利用率，可以減少對化石燃料的依賴，降低碳排放和溫室氣體的釋放，推動石油化工產業向低碳、清潔的方向發展。

1.乙烯焦油的綜合利用概述

（1）乙烯焦油的概述。乙烯焦油是石油煉制和乙烯生產過程中的副產品，它是一種復雜的混合物，主要由具有不同碳數的烴類組成，主要是裂解而成的，因此其產率僅為乙烯產率的十分之一左右。乙烯焦油中含有各種碳數的烴類，包括烷烴、環烷烴、烯烴和芳香烴等，乙烯焦油還包含雜質，如硫化合物、氮化合物、氧化合物和金屬離子等雜質。乙烯焦油通常呈黑色或棕黑色液體，具有濃烈的油煙味和黏稠度，其具有可溶性、燃燒性、反應性、有毒性等特點[1]。

乙烯焦油在IBP～205℃餾分段的主要成分是茚及其同系物，205～225℃餾分為萘，225～245℃餾分主要是甲基萘，245～300℃餾分段主要是二甲基萘，300～360℃餾分含有大量的葸、苊、菲等，360℃以上的物質主要是碳氫比很高的膠質、瀝青質。由此可見，乙烯焦油各餾分段均是精細化工、醫藥、染料、有機合成的重要原料，從中可提煉出許多寶貴的化工產品，有著重要的開發價值[2]。

截止到2022年，在我國每年乙烯的產能已經達到了4675萬噸，而且在這乙烯行業中，其仍舊是供不應求，因此在未來，乙烯的產能會逐年提升，而且其副產物乙烯焦油的產量也會逐漸增加。到2022年，乙烯焦油的產能已經達到了367.78萬噸/年，而且我國也在逐步引進相關的設備，計劃在未來逐步擴大乙烯焦油的生產。

（2）目前乙烯焦油綜合利用的產品。乙烯焦油是煉油過程中產生的一種副產品，具有較高的經濟價值，目前乙烯焦油綜合利用的產品有茚段樹脂料、石油樹脂、包覆瀝青等。

以包覆瀝青為例，包覆瀝青是一種利用乙烯焦油的加工方式之一。包覆瀝青往往通過乙烯焦油熱聚合的方式得到，它是鋰電池負極生產過程中的重要包覆劑和粘結劑，是改善負極材料性能的重要原料之一。石墨負極材料通過包覆瀝青改性，在表面形成一層保護殼，不僅能夠避免鋰離子與溶劑的共同嵌入混合、抑制電解液分解，而且還可以有效提升負極材料的首充可逆容量、循環穩定性以及電池倍率性能，有助于負極材料的定型，使得鋰電池的克容量更大、使用壽命更長、充電速度更快。

（3）供應需求現狀分析和預測。2020—2022年中國乙烯焦油產量與產能變化趨勢圖如圖1所示。2020年之前，沒有進行新建裝置，因此生產乙烯焦油的量變化比較穩定。2020—2022年之間，在國內，通過乙烯焦油產量與產能變化對比來看，2020年受新增產能投產但尚未穩定產出影響，年內行業產能利用率出現一定下滑，行業產能利用率下滑至70%附近水平，從而使得產量數據環比也同步回落；2021年伴隨著前期新增產能逐漸穩定運行，行業整體的產能利用率有所修復，年內產量大幅提升。2021年產能利用率高位運行，帶動周期內乙烯焦油產量環比大幅提升，此時行業產能利用在80%附近；2022年，受新增產能投產帶動產能總量繼續提升，然后行業景氣度及內外經濟環境影響，行業產能利用率負荷表現溫吞，年內產量增速也呈現下滑走勢。

圖1 2020—2022年中國乙烯焦油產量變化趨勢圖

目前有幾種主要的乙烯焦油綜合利用技術，以下是其中一些常見的技術：

第一，炭黑生產。乙烯焦油是炭黑的主要原料之一。通過在炭黑爐中將乙烯焦油噴入高溫的燃燒區，隨后經過裂解、聚合等過程，生成炭黑顆粒，炭黑在橡膠、塑料、油墨等行業有廣泛的應用。炭黑生產技術通常具有相對高的效率，可將乙烯焦油充分利用并轉化為有用的產品，炭黑的需求穩定，并且具有高附加值[3]。

第二，煤焦油分離。將乙烯焦油中的烴類成分進行分離的技術，通過蒸餾、溶劑抽提或萃取等方法，將乙烯焦油分為不同的餾分。這些餾分可用于制備某些化工產品，如溶劑、涂料、瀝青等。煤焦油分離技術可以根據乙烯焦油的不同成分進行分離和提純，以生產不同的產品。這項技術的效率取決于分離工藝和產品的市場需求。

第三，制備化學品。乙烯焦油中的烴類成分可以用于制備各種化學品，如苯、二甲苯、苯酚、酚醛樹脂等。通過適當的處理和加工方法，乙烯焦油中的化學品可用于塑料、橡膠、醫藥、農藥等領域的生產。制備化學品技術通常需要進一步的處理步驟和加工過程，因此其效率可能相對較低。不同的化學制備過程可能具有不同的效率水平。

第四，燃料利用。乙烯焦油可以作為能源進行利用。通過改變其物理性質和提純，將其作為燃料應用于鍋爐、發電廠等燃燒設備中，以產生熱能和電能。

第五，某些特殊行業應用。乙烯焦油還可以用于某些特殊行業的應用，如防腐材料、接合劑、焦油瀝青、木材防腐劑等。這些領域需要乙烯焦油的特定物性和化學性質。

2022年與2027年中國乙烯焦油產能分布對比如圖2所示。預測未來生產乙烯焦油的地區主要集中在華北、華東、華南及東北這幾個地區，預計總產量能夠達到500萬噸左右。

圖2 2022年與2027年中國乙烯焦油產能分布對比

從2018年到2022年，國內乙烯焦油消費逐漸提升，而且隨著綠色環保理念的不斷推行，燃料方向的消費受到了嚴重的影響，逐年降低。目前深加工與炭黑領域的制品消費逐步擴大，這將成為乙烯焦油綜合利用的重要方向。

2.乙烯焦油綜合利用的未來發展趨勢

（1）新技術的應用。在乙烯焦油綜合利用領域，新技術的應用對于提高效率、降低成本和促進可持續發展具有重要意義。高效分離技術、催化轉化技術、碳材料制備技術、低溫等離子體技術等新型技術將會逐步發展起來[4]。

第一，高效分離技術是指乙烯焦油中含有多種組分，如芳香烴、酚類、多環芳烴等。高效分離技術包括蒸餾、萃取、吸附、膜分離等方法，可以有效地分離和提純乙烯焦油中的不同組分，這些技術可以幫助提高產品質量，減少廢棄物的生成，實現乙烯焦油綜合利用的經濟效益和環境效益的雙重提升。第二，催化轉化技術。催化轉化技術通過催化劑的作用，將乙烯焦油中的組分進行化學反應轉化，得到具有高附加值的產品。例如，催化裂解技術可以將乙烯焦油中的長鏈分子裂解為較短鏈分子，生成高質量的瀝青基碳纖維、芳烴等產品。催化脫氧技術可以去除乙烯焦油中的雜原子，提高產品的純度和質量。第三，碳材料制備技術。新的碳材料制備技術可以將乙烯焦油中的有機物轉化為高附加值的碳材料產品，如球狀活性炭、納米碳管、石墨烯等。這些碳材料產品具有廣泛的應用領域和市場需求。第四，低溫等離子體技術。低溫等離子體技術可以通過低溫等離子體的作用，將乙烯焦油中的有機物進行裂解和轉化。

新技術對乙烯焦油綜合利用的效果和潛在影響是顯著的，新技術能夠有效地分離和轉化乙烯焦油中的不同組分，從而提高乙烯焦油的資源利用效率。通過高效分離技術和催化轉化技術，可以從乙烯焦油中提取出更多的有用化合物和高質量產品，減少廢棄物的生成，最大限度地利用乙烯焦油資源。

（2）可持續發展的考慮。乙烯焦油在高端碳材料制備方面具有潛力，可以用于制備多種高端碳材料產品，如球狀活性炭、可紡瀝青、針狀焦、瀝青基碳纖維、中間相炭微球、超級活性炭等[5]。乙烯焦油可以通過炭化、活化等過程制備成球狀活性炭，具有較大比表面積和孔隙結構，廣泛應用于催化劑載體、電容器材料、吸附劑和氣相凈化等領域；乙烯焦油中的某些成分可通過聚合和紡絲等工藝制備可紡瀝青纖維，可廣泛應用于石墨電極、石墨薄膜、碳化硅纖維增強材料等；通過對乙烯焦油進行加工和特殊處理，可以得到具有長針狀結構的針狀焦，用于制備石墨電極、鋰離子電池、超級電容器等；乙烯焦油中的成分可以在特定制備條件下聚合形成瀝青基碳纖維，具有高強度、高模量和耐高溫等特點，適用于航天航空、船舶、建筑等領域；通過熱處理乙烯焦油聚合物微球，可以得到中間相炭微球，可用于催化劑載體、儲氫材料等；通過炭化、活化等工藝對乙烯焦油進行處理，可以制備具有高比表面積和高孔隙度的超級活性炭，廣泛應用于吸附、催化、電化學等領域。

（3）政策和法規的推動。政策和法規在乙烯焦油綜合利用中發揮著重要的影響和推動作用，旨在促進可持續能源發展、資源利用和環境保護。

第一，能源政策。通過能源政策引導和支持乙烯焦油綜合利用技術的發展。這些政策可能包括設置可再生能源目標、推動綠色能源發展、鼓勵乙烯焦油資源的高效利用等。

第二，污染物排放和環保要求。制定強制性的環境保護法規和標準，限制乙烯焦油綜合利用過程中的污染物排放，并要求企業采取適當的污染物控制措施。這些法規和標準有助于減少大氣、水體和土壤污染，并保護生態環境和公眾健康。

第三，技術研發和創新支持。投資和支持乙烯焦油綜合利用技術的研發和創新項目，通過提供資金、研究設施和人才支持等方式，推動先進的乙烯焦油綜合利用技術的發展。

第四，經濟激勵措施。采取經濟激勵措施，如減稅、補貼、獎勵和貸款等，以降低乙烯焦油綜合利用項目的投資成本，增加投資吸引力，并促進乙烯焦油綜合利用技術的商業化應用。

第五，標準和認證要求。制定相關的標準和認證要求，推動乙烯焦油綜合利用過程中產品質量的提高、工藝規范的確立以及行業的規范化發展。這有助于確保乙烯焦油綜合利用產品的安全性、可靠性和可持續性。

政策支持對乙烯焦油綜合利用的發展和創新具有重要性，可以鼓勵企業和研究機構在乙烯焦油綜合利用領域進行技術創新和研發。通過提供資金、設施和人才支持，可以促進先進的乙烯焦油綜合利用技術的開發，推動相關產業的創新，從而推進行業的發展。政策支持可以引導乙烯焦油綜合利用產業的轉型和升級，通過制定能源政策、環境保護法規和標準等手段，引導企業將焦油處理從傳統的簡單焚燒或填埋轉向高效清潔的綜合利用，促進低碳經濟和循環經濟的發展。

3.結論

乙烯焦油綜合利用的可持續發展和創新對于實現資源的有效利用、環境的保護、經濟的增長和社會的可持續發展至關重要。乙烯焦油的生產技術及創新、其應用市場、政策都是其綜合利用的重要影響因素。未來通過技術創新、政策支持及綜合利用產品的拓展，乙烯焦油的綜合利用趨勢將會大幅度提升。