乙烯焦油綜合利用現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢(shì)

＊吳曉輝 林京 尹勇勇 陳月亮 嚴(yán)考榮 王佳兵

（中建安裝集團(tuán)有限公司 江蘇 210046）

乙烯焦油綜合利用具有巨大的潛在價(jià)值，乙烯焦油綜合利用可以促進(jìn)能源的轉(zhuǎn)型和碳減排，這對(duì)可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。通過能源轉(zhuǎn)型、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)升級(jí)和技術(shù)創(chuàng)新等手段，乙烯焦油綜合利用可以實(shí)現(xiàn)能源資源的循環(huán)利用、碳減排、經(jīng)濟(jì)價(jià)值的提升和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，為可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。通過提高乙烯焦油的綜合利用率，可以減少對(duì)化石燃料的依賴，降低碳排放和溫室氣體的釋放，推動(dòng)石油化工產(chǎn)業(yè)向低碳、清潔的方向發(fā)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(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，它是一種復(fù)雜的混合物，主要由具有不同碳數(shù)的烴類組成，主要是裂解而成的，因此其產(chǎn)率僅為乙烯產(chǎn)率的十分之一左右。乙烯焦油中含有各種碳數(shù)的烴類，包括烷烴、環(huán)烷烴、烯烴和芳香烴等，乙烯焦油還包含雜質(zhì)，如硫化合物、氮化合物、氧化合物和金屬離子等雜質(zhì)。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(yīng)性、有毒性等特點(diǎn)[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(zhì)主要是碳?xì)浔群芨叩哪z質(zhì)、瀝青質(zhì)。由此可見，乙烯焦油各餾分段均是精細(xì)化工、醫(yī)藥、染料、有機(jī)合成的重要原料，從中可提煉出許多寶貴的化工產(chǎn)品，有著重要的開發(fā)價(jià)值[2]。

截止到2022年，在我國(guó)每年乙烯的產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到了4675萬噸，而且在這乙烯行業(yè)中，其仍舊是供不應(yīng)求，因此在未來，乙烯的產(chǎn)能會(huì)逐年提升，而且其副產(chǎn)物乙烯焦油的產(chǎn)量也會(huì)逐漸增加。到2022年，乙烯焦油的產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到了367.78萬噸/年，而且我國(guó)也在逐步引進(jìn)相關(guān)的設(shè)備，計(jì)劃在未來逐步擴(kuò)大乙烯焦油的生產(chǎn)。

（2）目前乙烯焦油綜合利用的產(chǎn)品。乙烯焦油是煉油過程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)品，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，目前乙烯焦油綜合利用的產(chǎn)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(fù)極生產(chǎn)過程中的重要包覆劑和粘結(jié)劑，是改善負(fù)極材料性能的重要原料之一。石墨負(fù)極材料通過包覆瀝青改性，在表面形成一層保護(hù)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(fù)極材料的首充可逆容量、循環(huán)穩(wěn)定性以及電池倍率性能，有助于負(fù)極材料的定型，使得鋰電池的克容量更大、使用壽命更長(zhǎng)、充電速度更快。

（3）供應(yīng)需求現(xiàn)狀分析和預(yù)測(cè)。2020—2022年中國(guó)乙烯焦油產(chǎn)量與產(chǎn)能變化趨勢(shì)圖如圖1所示。2020年之前，沒有進(jìn)行新建裝置，因此生產(chǎn)乙烯焦油的量變化比較穩(wěn)定。2020—2022年之間，在國(guó)內(nèi)，通過乙烯焦油產(chǎn)量與產(chǎn)能變化對(duì)比來看，2020年受新增產(chǎn)能投產(chǎn)但尚未穩(wěn)定產(chǎn)出影響，年內(nèi)行業(yè)產(chǎn)能利用率出現(xiàn)一定下滑，行業(yè)產(chǎn)能利用率下滑至70%附近水平，從而使得產(chǎn)量數(shù)據(jù)環(huán)比也同步回落；2021年伴隨著前期新增產(chǎn)能逐漸穩(wěn)定運(yùn)行，行業(yè)整體的產(chǎn)能利用率有所修復(fù)，年內(nèi)產(chǎn)量大幅提升。2021年產(chǎn)能利用率高位運(yùn)行，帶動(dòng)周期內(nèi)乙烯焦油產(chǎn)量環(huán)比大幅提升，此時(shí)行業(yè)產(chǎn)能利用在80%附近；2022年，受新增產(chǎn)能投產(chǎn)帶動(dòng)產(chǎn)能總量繼續(xù)提升，然后行業(yè)景氣度及內(nèi)外經(jīng)濟(jì)環(huán)境影響，行業(yè)產(chǎn)能利用率負(fù)荷表現(xiàn)溫吞，年內(nèi)產(chǎn)量增速也呈現(xiàn)下滑走勢(shì)。

圖1 2020—2022年中國(guó)乙烯焦油產(chǎn)量變化趨勢(shì)圖

目前有幾種主要的乙烯焦油綜合利用技術(shù)，以下是其中一些常見的技術(shù)：

第一，炭黑生產(chǎn)。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(qū)，隨后經(jīng)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(yè)有廣泛的應(yīng)用。炭黑生產(chǎn)技術(shù)通常具有相對(duì)高的效率，可將乙烯焦油充分利用并轉(zhuǎn)化為有用的產(chǎn)品，炭黑的需求穩(wěn)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(jìn)行分離的技術(shù)，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(chǎn)品，如溶劑、涂料、瀝青等。煤焦油分離技術(shù)可以根據(jù)乙烯焦油的不同成分進(jìn)行分離和提純，以生產(chǎn)不同的產(chǎn)品。這項(xiàng)技術(shù)的效率取決于分離工藝和產(chǎn)品的市場(chǎng)需求。

第三，制備化學(xué)品。乙烯焦油中的烴類成分可以用于制備各種化學(xué)品，如苯、二甲苯、苯酚、酚醛樹脂等。通過適當(dāng)?shù)奶幚砗图庸し椒?，乙烯焦油中的化學(xué)品可用于塑料、橡膠、醫(yī)藥、農(nóng)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)。制備化學(xué)品技術(shù)通常需要進(jìn)一步的處理步驟和加工過程，因此其效率可能相對(duì)較低。不同的化學(xué)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(jìn)行利用。通過改變其物理性質(zhì)和提純，將其作為燃料應(yīng)用于鍋爐、發(fā)電廠等燃燒設(shè)備中，以產(chǎn)生熱能和電能。

第五，某些特殊行業(yè)應(yīng)用。乙烯焦油還可以用于某些特殊行業(yè)的應(yīng)用，如防腐材料、接合劑、焦油瀝青、木材防腐劑等。這些領(lǐng)域需要乙烯焦油的特定物性和化學(xué)性質(zhì)。

2022年與2027年中國(guó)乙烯焦油產(chǎn)能分布對(duì)比如圖2所示。預(yù)測(cè)未來生產(chǎn)乙烯焦油的地區(qū)主要集中在華北、華東、華南及東北這幾個(gè)地區(qū)，預(yù)計(jì)總產(chǎn)量能夠達(dá)到500萬噸左右。

圖2 2022年與2027年中國(guó)乙烯焦油產(chǎn)能分布對(duì)比

從2018年到2022年，國(guó)內(nèi)乙烯焦油消費(fèi)逐漸提升，而且隨著綠色環(huán)保理念的不斷推行，燃料方向的消費(fèi)受到了嚴(yán)重的影響，逐年降低。目前深加工與炭黑領(lǐng)域的制品消費(fèi)逐步擴(kuò)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(fā)展趨勢(shì)

（1）新技術(shù)的應(yīng)用。在乙烯焦油綜合利用領(lǐng)域，新技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于提高效率、降低成本和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。高效分離技術(shù)、催化轉(zhuǎn)化技術(shù)、碳材料制備技術(shù)、低溫等離子體技術(shù)等新型技術(shù)將會(huì)逐步發(fā)展起來[4]。

第一，高效分離技術(shù)是指乙烯焦油中含有多種組分，如芳香烴、酚類、多環(huán)芳烴等。高效分離技術(shù)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(shù)可以幫助提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少廢棄物的生成，實(shí)現(xiàn)乙烯焦油綜合利用的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的雙重提升。第二，催化轉(zhuǎn)化技術(shù)。催化轉(zhuǎn)化技術(shù)通過催化劑的作用，將乙烯焦油中的組分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化，得到具有高附加值的產(chǎn)品。例如，催化裂解技術(shù)可以將乙烯焦油中的長(zhǎng)鏈分子裂解為較短鏈分子，生成高質(zhì)量的瀝青基碳纖維、芳烴等產(chǎn)品。催化脫氧技術(shù)可以去除乙烯焦油中的雜原子，提高產(chǎn)品的純度和質(zhì)量。第三，碳材料制備技術(shù)。新的碳材料制備技術(shù)可以將乙烯焦油中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為高附加值的碳材料產(chǎn)品，如球狀活性炭、納米碳管、石墨烯等。這些碳材料產(chǎn)品具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)需求。第四，低溫等離子體技術(shù)。低溫等離子體技術(shù)可以通過低溫等離子體的作用，將乙烯焦油中的有機(jī)物進(jìn)行裂解和轉(zhuǎn)化。

新技術(shù)對(duì)乙烯焦油綜合利用的效果和潛在影響是顯著的，新技術(shù)能夠有效地分離和轉(zhuǎn)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(shù)和催化轉(zhuǎn)化技術(shù)，可以從乙烯焦油中提取出更多的有用化合物和高質(zhì)量產(chǎn)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(xù)發(fā)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(chǎn)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(jí)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(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于催化劑載體、電容器材料、吸附劑和氣相凈化等領(lǐng)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(yīng)用于石墨電極、石墨薄膜、碳化硅纖維增強(qiáng)材料等；通過對(duì)乙烯焦油進(jìn)行加工和特殊處理，可以得到具有長(zhǎng)針狀結(jié)構(gòu)的針狀焦，用于制備石墨電極、鋰離子電池、超級(jí)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(qiáng)度、高模量和耐高溫等特點(diǎn)，適用于航天航空、船舶、建筑等領(lǐng)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(chǔ)氫材料等；通過炭化、活化等工藝對(duì)乙烯焦油進(jìn)行處理，可以制備具有高比表面積和高孔隙度的超級(jí)活性炭，廣泛應(yīng)用于吸附、催化、電化學(xué)等領(lǐng)域。

（3）政策和法規(guī)的推動(dòng)。政策和法規(guī)在乙烯焦油綜合利用中發(fā)揮著重要的影響和推動(dòng)作用，旨在促進(jìn)可持續(xù)能源發(fā)展、資源利用和環(huán)境保護(hù)。

第一，能源政策。通過能源政策引導(dǎo)和支持乙烯焦油綜合利用技術(shù)的發(fā)展。這些政策可能包括設(shè)置可再生能源目標(biāo)、推動(dòng)綠色能源發(fā)展、鼓勵(lì)乙烯焦油資源的高效利用等。

第二，污染物排放和環(huán)保要求。制定強(qiáng)制性的環(huán)境保護(hù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，限制乙烯焦油綜合利用過程中的污染物排放，并要求企業(yè)采取適當(dāng)?shù)奈廴疚锟刂拼胧＿@些法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)有助于減少大氣、水體和土壤污染，并保護(hù)生態(tài)環(huán)境和公眾健康。

第三，技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新支持。投資和支持乙烯焦油綜合利用技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新項(xiàng)目，通過提供資金、研究設(shè)施和人才支持等方式，推動(dòng)先進(jìn)的乙烯焦油綜合利用技術(shù)的發(fā)展。

第四，經(jīng)濟(jì)激勵(lì)措施。采取經(jīng)濟(jì)激勵(lì)措施，如減稅、補(bǔ)貼、獎(jiǎng)勵(lì)和貸款等，以降低乙烯焦油綜合利用項(xiàng)目的投資成本，增加投資吸引力，并促進(jìn)乙烯焦油綜合利用技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。

第五，標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證要求。制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證要求，推動(dòng)乙烯焦油綜合利用過程中產(chǎn)品質(zhì)量的提高、工藝規(guī)范的確立以及行業(yè)的規(guī)范化發(fā)展。這有助于確保乙烯焦油綜合利用產(chǎn)品的安全性、可靠性和可持續(xù)性。

政策支持對(duì)乙烯焦油綜合利用的發(fā)展和創(chuàng)新具有重要性，可以鼓勵(lì)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)在乙烯焦油綜合利用領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)。通過提供資金、設(shè)施和人才支持，可以促進(jìn)先進(jìn)的乙烯焦油綜合利用技術(shù)的開發(fā)，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新，從而推進(jìn)行業(yè)的發(fā)展。政策支持可以引導(dǎo)乙烯焦油綜合利用產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型和升級(jí)，通過制定能源政策、環(huán)境保護(hù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)等手段，引導(dǎo)企業(yè)將焦油處理從傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單焚燒或填埋轉(zhuǎn)向高效清潔的綜合利用，促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

3.結(jié)論

乙烯焦油綜合利用的可持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新對(duì)于實(shí)現(xiàn)資源的有效利用、環(huán)境的保護(hù)、經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。乙烯焦油的生產(chǎn)技術(shù)及創(chuàng)新、其應(yīng)用市場(chǎng)、政策都是其綜合利用的重要影響因素。未來通過技術(shù)創(chuàng)新、政策支持及綜合利用產(chǎn)品的拓展，乙烯焦油的綜合利用趨勢(shì)將會(huì)大幅度提升。