中國石化集團經(jīng)濟技術研究院有限公司主辦

ISSN 2096-126X

CN 10-1378/TE

石油石化

綠色低碳

2024. 1

美國化學文摘社 《中文科技期刊數(shù)據(jù)庫》收錄 《中國核心期刊（遴選） 數(shù)據(jù)庫》收錄 《中國學術期刊（光盤版）》全文收錄 《國家科技學術期刊開放平臺》全文收錄 (CA)收錄

Vol.9

熱點透視

熱點剖析

1 2023 年我國煉油和成品油市場回顧及2024

年展望 /

張碩，楊晨，李雪，乞孟迪，許以欣

8 燃料油市場現(xiàn)狀與未來發(fā)展分析 /

王天翮，馬俊睿，王若瑾，黃寧

13 PDH 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及預測 /

王麗敏，隋謹伊，呂曉東

專家觀點

17 光伏產(chǎn)業(yè)含氟廢水及工業(yè)處理方法進展 /

王廣磊

綠色技術

節(jié)能環(huán)保

22 鐵基芬頓體系的研究進展 / 孫夢穎

27 優(yōu)選催化劑實現(xiàn)HPPO 裝置減碳目標 /

王福安

過程優(yōu)化

33 硫轉(zhuǎn)移劑對兩段再生催化裂化裝置熱平衡

的影響 / 樊繼磊，張澤石

39 填料性質(zhì)對催化裂化油漿靜電分離效率影

響冷模試驗研究 /

李亮亮，孟鶴，李義鵬，蘭琦

CONTENTS 目錄

2024 年 第 9 卷 第 1 期

主管單位 :

中國石油化工集團有限公司

主辦單位 :

中國石化集團經(jīng)濟技術研究院有限公司

編委會名單

主 任 : 馬永生

副主任 : 趙日峰 張 涌 朱建民

孫煥泉 俞仁明 李成峰

戴寶華

委 員 :（按姓氏筆畫排序）

王北星 王麗娟 王國清

卞鳳鳴 孔德金 呂亮功

朱 兵 喬 凱 向文武

鄔智勇 孫麗麗 吳海君

吳德榮 張建平 張新明

陳廣衛(wèi) 陳清林 周 國

周成平 周紅軍 洪劍橋

聶 紅 傅 軍 焦 陽

主 編 : 傅 軍

常務副主編 : 王北星

責任編輯 : 馬俊睿 葛函雯

45 乙烯裝置甲烷化工藝運行對比分析 /

胡根洋

49 基于 ACM 丙烷脫氫反應過程的模擬 /

蘇佳林，王韌韌，劉瓊

56 芳烴聯(lián)合裝置低溫熱利用與優(yōu)化 / 周長安

63 一種氣田新型入口過濾分離裝置的設計及

應用 /

苗建，付峻，吳二亮，李軍龍，顧施凱

安全運行

68 重整再生器內(nèi)網(wǎng)損壞原因分析及改進措施 /

張娜

73 冷凍機組儀表及控制系統(tǒng)故障原因分析及

對策 / 余庭輝

企業(yè)巡禮

能源管理

78 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在石化行業(yè)環(huán)保領域的應用與

展望 / 李煥

Green Petroleum & Petrochemicals 雙月刊 出版日期：2024 年 2 月 20 日

聲 明

本刊已被 CNKI 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫收錄，其作者文章著作

權使用費與本刊稿酬一次性給付。如作者不同意文章被收錄，請

在來稿時向本刊聲明，本刊將做適當處理。未經(jīng)本刊許可，不得

轉(zhuǎn)載或復制本刊文章，本刊將保留追訴的權利。

編輯出版：《石油石化綠色低碳》編輯部

地址：北京朝陽區(qū)安外小關街 24 號

郵編：100029

電話：(010)52826306 52826187

傳真：（010)52826200

網(wǎng)址：http://wzsh.cbpt.cnki.net

郵箱：lsdt.edri@sinopec.com

印刷：北京科信印刷有限公司

國內(nèi)發(fā)行：北京報刊發(fā)行局

國內(nèi)訂閱：全國各地郵局

郵發(fā)代號：80-399

國外發(fā)行：中國國際圖書貿(mào)易集團有限公司

國外發(fā)行代號：BM 9368

國際標準連續(xù)出版物號：ISSN 2096－126X

國內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號：CN 10－1378/TE

廣告發(fā)布登記號：京朝工商廣登字 20170204 號

國內(nèi)定價：30.00 元

國外定價：50.00 元

中國石化集團經(jīng)濟技術研究院有限公司主辦

雙月刊 第 9卷 第 1期 總第 49 期

ISSN 2096-126X

CN 10-1378/TE

主　　　 管：中國石油化工集團有限公司

主　　　 辦：中國石化集團經(jīng)濟技術研究院有限公司

主　　　 編：傅 軍

常務副主編：王北星

編 輯 出 版：《石油石化綠色低碳》編輯部

編輯部地址：北京朝陽區(qū)安外小關街 24 號

郵 編：100029

電 話：(010)52826306

傳 真：(010)52826200

網(wǎng) 址：http://wzsh.cbpt.cnki.net

電 子 郵 箱：lsdt.edri@sinopec.com

印 刷：北京科信印刷有限公司

Superintendent: China Petrochemical Corp.

Sponsor: SINOPEC Economics & Development

Research Institute

Editor-in-Chief: Fu Jun

Permanent Vice Editor-in-Chief: Wang Beixing

Publisher: Editorial Department of Green Petroleum &

Petrochemicals

Address: No.24, Anwai Xiaoguan Avenue, Chaoyang

District, Beijing, China

Post Code: 100029

Tel: (8610)52826306

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Printer: Beijing Kexin Printing Co., Ltd.

石油石化綠色低碳第九卷第一期

二二四年

石油石化

綠色低碳

中國標準連續(xù)出版物號： 定價：30.00 元

GREEN Petroleum & Petrochemicals

2024. 1

石油石化綠色低碳

SHIYOU SHIHUA L SE DITAN

ISSN 2096-126X

CN 10-1378/TE 郵發(fā)代號：80-399 國外發(fā)行代號：BM 9368

美國化學文摘社 《中文科技期刊數(shù)據(jù)庫》收錄 《中國核心期刊（遴選） 數(shù)據(jù)庫》收錄 《中國學術期刊（光盤版）》全文收錄 《國家科技學術期刊開放平臺》全文收錄 (CA)收錄

Vol.9

CONTENTS Green Petroleum & Petrochemicals Bimonthly Vol.9, No.1, Feb. 20, 2024

Hotspot

· Hotspot Analysis ·

1 Review of China's Refining and Oil Market in 2023 and Outlook for 2024/

Zhang Shuo，Yang Chen，Li Xue，Qi Mengdi，Xu Yixin

8 Analysis of the Current Situation and Future Development of Fuel Oil Market/

Wang Tianhe，Ma Junrui，Wang Ruojin，Huang Ning

13 Development Status and Forecast of PDH Industry/

Wang Limin，Sui Jinyi，Lyn Xiaodong

· Expert View

17 The Problem of Fluorine-containing Wastewater in the Photovoltaic Industry and the Progress of

Industrial Treatment Methods/Wang Guanglei

Green Technology

· Energy Efficiency/Environmental Protection ·

22 Research Progress of Iron-based Fenton System/Sun Mengying

27 Selected Catalyst to Realize Carbon Reduction in HPPO Plant/Wang Fuan

· Process Optimization ·

33 Effect of Sulfur Transfer Agent on Thermal Balance of Two-stage Regeneration Catalytic

Cracking Unit/Fan Jilei，Zhang Zeshi

39 Effect of Filler Properties on Electrostatic Separation Efficiency of FCC Slurry/

Li Liangliang，Meng He，Li Yipeng，Lan Qi

45 Comparative Analysis of Operation of Methanation Process in Ethylene Plant/Hu Genyang

49 Simulation of Propane Dehydrogenation in a Moving Bed Reactor using Aspen Custom Modeler/

Su Jialin，Wangrenren，Liuqiong

56 Low-temperature heat utilization and Optimization Aromatics Complex Plant/Zhou Changan

63 Development and Application of a New Type of Inlet Filter Separator/

Miao Jian，F(xiàn)u Jun，Wu Erliang，Li Junlong，Gu Shikai

· Safety Run

68 The CauseAnalysis of Damage and Improvement Measures of Reforming Regenerator Inner Net/

Zhang Na

73 Cause Analysis and Countermeasures of Instrument and Control System Failure of Refrigeration

Unit/Yu Tinghui

Panaroma

· Energy Management ·

78 Application and Prospect of Industrial Internet in Environmental Protection Field of Petrochemical

Industry/Li Huan

摘? 要：2023年，國內(nèi)成品油行業(yè)完成疫后復蘇的爬坡過坎。隨著宏觀經(jīng)濟回暖、用油行業(yè)需求逐步恢復及

出行活動回歸正常，成品油消費迎來復蘇，整體消費超疫情前水平；而供應側(cè)，產(chǎn)能增長放緩，企

業(yè)生產(chǎn)負荷在需求回升、效益好轉(zhuǎn)的帶動下大幅回升，攀升至歷史高位；同時，替代資源強勢發(fā)展，

氣價下行帶動車用LNG經(jīng)濟性好轉(zhuǎn)，新能源汽車自主擴張動力全面形成。2024年，成品油產(chǎn)業(yè)鏈在

繼續(xù)修復的基礎上深化轉(zhuǎn)型發(fā)展。預計國內(nèi)成品油消費徘徊于低速增長通道，汽油小幅增長，航煤

繼續(xù)恢復，柴油略降；國內(nèi)煉油產(chǎn)能繼續(xù)增長；市場經(jīng)營環(huán)境有望在政策持續(xù)系統(tǒng)化、全面化的基

礎上得到進一步優(yōu)化。

關鍵詞：成品油消費 煉油 成品油 汽油 煤油 柴油 新能源汽車 行業(yè)監(jiān)管

2023 年我國煉油和成品油市場回顧及 2024 年展望

張碩，楊晨，李雪，乞孟迪，許以欣

（中國石化集團經(jīng)濟技術研究院有限公司，北京 100029）

1 2023 年國內(nèi)成品油產(chǎn)業(yè)鏈迎來全面修復

1.1 成品油消費逐步修復，已經(jīng)達到疫情前水平

隨著2023年疫情影響消散、出行恢復活躍、宏

觀經(jīng)濟環(huán)境緩慢趨于正常，成品油消費修復基礎逐

步穩(wěn)固。根據(jù)中國石化經(jīng)濟技術研究院測算，2023

年國內(nèi)成品油終端消費4.12億噸，同比增長15%，

收稿日期：2024-01-05

作者簡介：張碩，碩士，高級工程師。目前從事成品油市場研究工作。

通訊聯(lián)系人：張碩，zhangsh5773.edri@sinopec.com。

2024 年 2 月·第 9 卷·第 1 期 >> 熱點剖析 <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

Review of China's Refining and Oil Market in 2023 and Outlook for 2024

Zhang Shuo，Yang Chen，Li Xue，Qi Mengdi，Xu Yixin

（SINOPEC Economic & Technical Research Institute Co., Ltd，Beijing 100029，China）

Abstract: The domestic refined oil market in China has gradually recovered after the Covid-19 pandemic. Along with

the macroeconomic growth, the gradual recovery of the oil industry and the return of travel activities to normal, the

consumption of refined oil has grown normally and exceeded the pre-pandemic level in 2019. Also on the supply side,

the processing volume of crude oil and the production load of enterprises have rise sharply and climbed to a record

high driven on the basis of the new refining capacity. In 2024, the whole refinery chain will deepen the transformation

and development on the basis of continuous restoration. It is expected that the domestic refined oil consumption will

return to the low-speed growth channel, with a small increase in gasoline, a continued recovery of jet fuel, and a slight

decline in diesel. The domestic refining capacity will continue to grow due to the new refinery; and the market operation

environment is expected to be further optimized on a basis of continuous systematic and comprehensive policies.

Keywords: refined oil consumption；refinery；refined oil；gasoline；jet fuel；diesel；new energy vehicle；

regulatory policy

引用格式：張碩，楊晨，李雪，等．2023 年我國煉油和成品油市場回顧及 2024 年展望 [J]．石油石化綠色低碳，2024，9（01）：1-7.

- 2 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

至疫情前同期水平的95%左右。從恢復節(jié)奏看，春

節(jié)、清明、五一、端午、暑運等連續(xù)假期帶動積蓄

的出行需求以及釋放的公務需求成為主要拉動力，

特別是 7、8 月暑假期間我國民航旅客規(guī)模接連創(chuàng)

新高，旅客運輸量較2019年同期分別增長5.3%和

4.5%。從區(qū)域角度看，內(nèi)外航恢復節(jié)奏存在明顯差

異。國內(nèi)航線一度恢復至疫情前111%的高位；受

境外航班數(shù)量影響，國際航線航班量恢復相對緩

慢，前期維持在 45% 左右，11—12 月隨著歐美等

多地航班量恢復，年底在疫情前50%以上，全年外

航用油量尚未完全恢復。內(nèi)航拉動航煤整體消費見

圖3。

圖1 國內(nèi)成品油終端消費疫后復蘇

數(shù)據(jù)來源：中國石化經(jīng)濟技術研究院

50 000

40 000

30 000

20 000

10 000

0

20

15

10

5

0

– 5

– 10

– 15

2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023

年 份

消費量 /萬噸

增速，

%

成品油終端消費量 同比增速

圖2 消費恢復拉動汽油終端消費

數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局，中國石化經(jīng)濟技術研究院

20 000

15 000

10 000

5 000

0

25

20

15

10

5

0

– 5

– 10

– 15

2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023

年 份

消費量 /萬噸

增速，

%

終端汽油消費量

社會零售總額增速

汽油消費增速

圖3 內(nèi)航拉動航煤整體消費

數(shù)據(jù)來源：國家發(fā)改委，中國石化經(jīng)濟技術研究院

4 000

3 500

3 000

2 500

2 000

1 500

1 000

500

0 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023

年 份

加油量 /萬噸

內(nèi)航

外航

較疫情前水平（2019年，下同）增長0.9%。國內(nèi)成

品油終端消費及同比變化情況見圖1。

整體消費規(guī)模較疫情前有所增長的同時，終

端用油行業(yè)的差異也使汽煤柴油三個品種展示出不

同的修復節(jié)奏：與居民消費、出行關聯(lián)度較為緊

密的汽油和航空煤油消費得到明顯恢復；而柴油消

費與宏觀經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)發(fā)展關聯(lián)緊密[1]，恢復動力相

對偏弱。

1.1.1 汽油消費超過疫情前水平

汽油車保有量繼續(xù)增長及出行活躍帶動汽油消

費。2023年汽油車保有量增長至2.67億輛，較2019

年增加約5 300萬輛（增長24%）；同時出行活躍度

超出疫前水平。隨著出行的暢通和居民消費熱情的

釋放，道路出行需求呈回補性增長，高速公路小客

車通行規(guī)模較疫情前有所增加，成為拉動汽油消費

的主要動力。2023年汽油終端消費1.79億噸，同比

增長 21%，較疫情前增長 4%。消費復蘇拉動汽油

終端消費情況見圖2。

值得關注的是，近三年新能源汽車的快速發(fā)展

已使傳統(tǒng)燃油車銷量達到峰值，汽油車保有量增速

呈現(xiàn)階梯式下降[2]。2019—2023年汽油車保有量年

均增速已從之前的兩位數(shù)降至5%～6%左右，表明

汽油消費增長潛力進一步轉(zhuǎn)弱。

1.1.2 國內(nèi)需求帶動航煤快速恢復

國內(nèi)航空煤油消費隨著航空業(yè)的復蘇同樣走出

2022 年洼地，表現(xiàn)出了持續(xù)且快速的增長。全年

航空煤油消費量3 469萬噸，同比增長89%，恢復

1.1.3 柴油消費穩(wěn)中趨降

柴油恢復情況與宏觀經(jīng)濟表現(xiàn)和企業(yè)生產(chǎn)關聯(lián)

2024 年.第 1 期 張碩，等．2023 年我國煉油和成品油市場回顧及 2024 年展望 - 3 -

度較強，自 2015 年后增長基本接近尾聲。2023 年

經(jīng)濟增速回升，但房地產(chǎn)、出口等行業(yè)承壓運行，

2023年的柴油消費基本維持平穩(wěn)，全年柴油終端消

費1.95億噸，同比增長2.3%，較2019年下降0.3%，

消費略低于疫情前水平，情況見圖4。

圖5 國內(nèi)煉油能力增量縮小

數(shù)據(jù)來源：中國石化經(jīng)濟技術研究院

25 000

20 000

15 000

10 000

5 000

0

2000—

2005

2005—

2010

2010—

2015

2015—

2020

2020—

2023

年 份

煉油能力 /（萬噸 /年）

圖6 國內(nèi)煉油能力緩增開工負荷反彈

數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局，中國石化經(jīng)濟技術研究院

100 000

80 000

60 000

40 000

20 000

0

90

80

70

60

50

40

2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017 2019 2021 2023

年 份

能力 /（萬噸 /年）

負荷，

%

煉油能力 開工負荷

圖4 柴油消費略低于疫情前水平

數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局、中國石化經(jīng)濟技術研究院

25 000

20 000

15 000

10 000

5 000

0

20

15

10

5

0

– 5

– 10

2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023

年 份

消費量 /萬噸

增速，

%

柴油終端消費量

工業(yè)增加值增速

柴油增速

1.2 煉油行業(yè)擴能放緩，加工負荷再創(chuàng)新高

自 2019 年以來，以民營煉化為代表的大型煉

化一體化項目承擔了國內(nèi)煉油產(chǎn)業(yè)擴能的主要角

色 [3]。恒力石化、浙江石化（一二期）、盛虹石化

等民營企業(yè)先后投產(chǎn)，截至 2023 年末累計產(chǎn)能達

到7 600萬噸/年，占據(jù)全國煉油產(chǎn)能規(guī)模的8%左

右；中科煉化、廣東石化等國有集團新建項目也在

“十四五”階段陸續(xù)實現(xiàn)運行；已建煉油企業(yè)如中

國石化洛陽煉化、中國石化鎮(zhèn)海煉化、中國石油華

北石化等也完成擴能改造。

相較于煉化項目陸續(xù)投產(chǎn)的 2019—2022 年，

2023 年全國整體產(chǎn)能變化不大，新增產(chǎn)能僅 8 月

投產(chǎn)的河北鑫海石化 800 萬噸 / 年常減壓裝置；但

2022年年底運行的盛虹石化及中國石油廣東煉化啟

動高負荷開工，存量煉廠在需求回升及效益轉(zhuǎn)好的

背景下，開工率也維持高位水平，推升全國煉廠開

工負荷。據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2023年全年原油加工

量7.35億噸，同比增長9.3%；全國平均開工負荷恢

復至79%左右。國內(nèi)煉油能力增量變化見圖5，國

內(nèi)煉油能力與開工負荷對比見圖6。

同時，煉廠加工量增長拉動原油進口。2023年

我國原油累計進口量5.64億噸，同比增長11%。

1.2.1 需求恢復及效益改善拉動成品油產(chǎn)量增長

加工負荷提升、成品油需求恢復對煉廠生產(chǎn)帶

來雙向利好，預計2023年終端成品油產(chǎn)量4.6億噸，

同比增長15%。成品油收率恢復至58%以上，化工

輕油收率繼續(xù)小幅提升至18.3%，顯示油轉(zhuǎn)化進程持

續(xù)推進。此外，2023年以來主要煉油小產(chǎn)品利潤呈現(xiàn)

下行趨勢，液化氣、石油焦、瀝青等產(chǎn)品收率均出

現(xiàn)下降。近兩年主要煉油小產(chǎn)品與原油價差走勢見

圖7。

1.2.2 市場監(jiān)管持續(xù)加強，競爭逐步回歸理性

2021—2023年的成品油市場整治行動使行業(yè)規(guī)

范化運行程度得到保障，對于國內(nèi)成品油市場秩序

和競爭環(huán)境的改善效果顯著[4]。一方面，煉油企業(yè)

生產(chǎn)合規(guī)性增強，前期大量未以汽柴油名義出廠卻

流向汽柴油消費下游行業(yè)的資源回歸統(tǒng)計，山東地

- 4 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

煉企業(yè)汽柴油上報收率從前期一度不足30%回升至

70%左右；另一方面，稅收征管進一步完善使社會

調(diào)油單位生存空間大幅受限，曾經(jīng)占據(jù)國內(nèi)成品

油市場規(guī)模5%以上的混合芳烴、輕循環(huán)油等調(diào)油

組分進口量由 2020 年 2 195 萬噸的高峰迅速跌落，

萎縮至 2023 年的 20 萬噸；非合規(guī)資源的減少使

市場的低價非理性競爭環(huán)境得到扭轉(zhuǎn)，整治前帶

票汽柴油與不帶票汽柴油價差曾一度達到 2 000～

3 000 元，整治后縮窄至 500 元以下；經(jīng)營環(huán)境和

市場競爭秩序得到明顯改善，消費重新回流至標

準品市場。成品油行業(yè)整治主要節(jié)點梳理見圖 8，

汽柴油上報收率與實際收率見圖9，混芳、輕循環(huán)

油進口量變化見圖10。

圖8 成品油行業(yè)整治主要節(jié)點梳理（國家政策及行動層面）

2021 年至今 2021 年 6 月起 2022 年 8 月 2023 年 6 月

地方煉廠進口原油使

用管理收緊，后續(xù)流

程加強管理

對進口混合芳烴、輕

循環(huán)油、稀釋瀝青開

征消費稅

各地工作組進駐，全面

開展市場整治專項行動

下發(fā)成品油流通管理

辦法（征求意見稿）

持續(xù)對地煉企業(yè)、貿(mào)易

商及加油站等展開稅收

檢查

對最終不是供應飛

機等使用的航空煤

油征收消費稅

柴油“入危”：所有柴

油的生產(chǎn)、經(jīng)營、使用

都需按照危險化學品辦

理開展相關行政許可

對異辛烷、混合芳

烴在內(nèi)的多種產(chǎn)品

征收消費稅的政策

進一步統(tǒng)一

2021 年 3 月至今 2021 年 7 月起 2023 年 1 月 1 日起 2023 年 6 月底

圖7 主要煉油小產(chǎn)品與原油價差縮小

數(shù)據(jù)來源：中國石化經(jīng)濟技術研究院

2 000

1 000

0

– 1 000

– 2 000

– 3 000 2022/01 2022/03 2022/05 2022/07 2022/09 2022/11 2023/01 2023/03 2023/05 2023/07

日 期

與原油價差 /（元 /噸）

燃料油 液化氣 石油焦 瀝青

圖9 汽柴油上報收率與實際收率趨近

數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局，中國海關，金聯(lián)創(chuàng)，中國石化經(jīng)濟技術研究院

100

80

60

40

20

0 2017/02 2017/10 2018/06 2019/02 2019/10 2020/06 2021/02 2021/10 2022/06 2023/02

日 期

收率，

%

上報收率 跟蹤監(jiān)測收率

圖10 混芳、輕循環(huán)油進口量驟降

數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局，中國海關，金聯(lián)創(chuàng)，中國石化經(jīng)濟技術研究院

300

250

200

150

100

50

0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

月 份

進口量 /萬噸

2020 2021 2022 2023

2024 年.第 1 期 張碩，等．2023 年我國煉油和成品油市場回顧及 2024 年展望 - 5 -

1.3 新能源汽車領漲替代資源發(fā)展，規(guī)模、占比持

續(xù)提升

2023 年汽柴油替代資源繼續(xù)快速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)

計，2023年天然氣、電力、煤制油等汽柴油替代資

源總量達到4 335萬噸，占汽柴油終端消費比重上

升至11.5%；總量增長的同時，新能源汽車的迅猛

發(fā)展推動電動車替代規(guī)模和占比快速提升，2023年

合計替代汽柴油1 725萬噸，占總替代規(guī)模的40%，

超過天然氣成為份額最大的替代資源品類。替代資

源分品種結(jié)構(gòu)變化詳見圖11。

2 041萬輛，較2022年末增長731萬輛，占汽車總

保有量的 6.1%。分省來看，北京、上海等一線城

市及廣東、江蘇、浙江等沿海經(jīng)濟發(fā)達省份領跑新

能源汽車發(fā)展；京、滬新能源汽車保有量占汽車總

保有量的比例均已超過10%。

1.3.2 氣價下跌助推經(jīng)濟性全面改善，LNG 重卡

強勢發(fā)展

2023年天然氣價格一路下行，均價從1月份接

近7 000元/噸到4月已跌至不足4 800元/噸，6月上

旬氣價最低時僅3 800元/噸。全年車用LNG與柴油

比價降至50%左右，持續(xù)位于75%的盈虧平衡點之

下，使LNG重卡相較于2022年具備了“經(jīng)濟性明

顯改善，需求緩慢好轉(zhuǎn)”的市場環(huán)境。2023年國內(nèi)

LNG重卡累計銷售15.2萬輛，同比增加近12萬輛；

保有量達到50萬輛以上，替代柴油超過 780萬噸。

基于目前對 2024 年天然氣價格的判斷，預計 LNG

汽車仍將保持較好的經(jīng)濟驅(qū)動性，天然氣替代柴油

規(guī)模將繼續(xù)小幅增長至800萬噸左右，占整個柴油

替代資源規(guī)模的30%以上。

2 2024 年國內(nèi)煉油產(chǎn)業(yè)加速轉(zhuǎn)型發(fā)展之路

2.1 成品油消費回歸低速增長通道，增速繼續(xù)放緩

綜合對于國內(nèi)宏觀經(jīng)濟和用油行業(yè)的預判，預

計 2024 年成品油終端需求約 4.15 億噸，同比增長

0.7%，延續(xù)近年來的低增長態(tài)勢。分品種看，主要

增量還是來自消費和出行相關領域：其中汽油終端

消費1.82億噸，同比增長1.2%，較2019年累計增

長 5.4%；柴油終端消費繼續(xù)維持在 1.9 億噸左右，

同比2023及2019年均下降1個百分點；國內(nèi)航空煤

油消費量3 750萬噸，同比增長8.2%，同比2019年

增長2.8%。而從長期趨勢來看，“汽油降速，柴油

持平，煤油穩(wěn)健”的階段性特征已較為明顯，各品

種趨勢差異性更加突出[5]。

分具體行業(yè)來看，道路交通用油是汽柴油消費

的主要領域，汽油車消費占汽油消費的比例在98%

左右，柴油車用油在柴油消費中占比也接近 80%。

2024年作為汽柴油消費主要拉動力的汽車市場仍將

保持擴張，這也成為汽柴油消費增長的主要支撐。

預計在經(jīng)濟及消費信心繼續(xù)恢復的背景下，2024年

全國汽車銷量將達到 3 015 萬輛，同比增長 4.5%。

盡管汽車銷量增速下降，同時傳統(tǒng)燃油車銷量在

圖11 替代資源分品種結(jié)構(gòu)變化

（內(nèi)圈2019，外圈2023）

數(shù)據(jù)來源：中國石化經(jīng)濟技術研究院

天然氣汽車

電動汽車

燃料乙醇

甲醇

生物柴油

煤制油

36%

12%

2%

3%

7%

50%

40%

17%

9%

3%

19%

2%

1.3.1 新能源汽車進入快速普及階段，市場自主

驅(qū)動力大幅提升

2023 年，新能源汽車產(chǎn)銷分別達到 959、950

萬輛，同比分別增長35.8%和37.9%；滲透率達到

31.6%，高于上年同期5.9個百分點，替代汽柴油規(guī)

模將達到1 725萬噸。

分區(qū)域來看，新能源汽車發(fā)展正從一線城市

的政策型驅(qū)動逐步擴大至二三線城市的個人自發(fā)性

消費。新能源乘用車在非特大城市的銷量占比已從

2017年的55%提升到2023年的80%左右；個人購

買的非運營車輛占新能源乘用車銷售比重也由2017

年的 62% 上升到 2023 年的 82%。特別是長三角和

珠三角地區(qū)，已經(jīng)成為國內(nèi)新能源增量市場快速發(fā)

展的雙峰。從新能源汽車上險數(shù)據(jù)來看，2023年全

年新能源汽車終端銷量同比增長39%，其中經(jīng)濟發(fā)

達且補貼力度較大的華東、華南地區(qū)是增長的主要

來源，其中江蘇、山東、廣東省份增量均在 20 萬

輛左右；而四川、陜西等中西部省份，盡管基數(shù)較

低，但成長迅速，增速領跑全國。

截至 2023 年末，國內(nèi)新能源汽車保有量達到

- 6 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

表 1 2019—2024 年國內(nèi)主要新增產(chǎn)能

項目 所屬集團 原油一次加工

能力（萬噸 / / 年） 投產(chǎn)時間

大連恒力 恒力集團 2 000 2019 年 5 月全面

投產(chǎn)

浙江石化

（一期） 榮盛石化 2 000 2019 年 5 月全面

投產(chǎn)

中科煉化 中國石化 1 000 2020 年 6 月投產(chǎn)

泉州煉化擴建 中化集團 300 2020 年 9 月投產(chǎn)

奧星石化 山東地煉

企業(yè) 260 2021 年 3 月投產(chǎn)

浙江石化

（二期） 榮盛石化 2 000 2021 年 3 月全面

投產(chǎn)運行

盤錦北方燃料 寶來集團 1 000 2021 年 5 月投產(chǎn)

盛虹石化 盛虹集團 1 600 2022 年 11 月全

面投產(chǎn)

廣東石化 中國石油 2 000 2022 年年底投產(chǎn)

運行

河北鑫海 鑫海集團 800 2023 年 8 月投產(chǎn)

裕龍島項目 萬華集團 2 000 計劃 2024 年

上半年投產(chǎn)

大榭石化 中國海油 600 計劃 2024 年

下半年投產(chǎn)

2017年前后就已進入下行通道，但新增車輛大于淘

汰車輛使汽車保有量仍保持一定增長。預計2024年

汽油車銷量1 914萬輛，同比下降2.8%，推動2024

年汽油車保有量增長至2.80億輛，同比增長4.8%；

柴油車銷量255萬輛，同比增長3.9%，推動2024年

柴油車保有量增長至2 345萬輛，同比增長3.2%。

同時，新能源汽車的發(fā)展和天然氣的經(jīng)濟性優(yōu)

勢使汽柴油替代資源在2024年仍將保持強勢。預計

2024年新能源汽車銷量將達1 100萬輛，同比增速

18%，滲透率達37%；新能源汽車保有量超3 000萬

輛，占汽車總保有量比重超過 9%，替代汽柴油達

2 520 萬噸；預計 2024 年替代總量達 5 110 萬噸，

同比增長 18%，占汽柴油終端消費的比例上升至

13.4%。分燃料類型汽車銷量及增速變化見圖 12，

分燃料類型汽車保有量及增速變化見圖13。汽柴油

替代資源規(guī)模及占比變化見圖14。

2024

圖12 分燃料類型汽車銷量及增速變化

數(shù)據(jù)來源：中國汽車技術研究中心，國家信息中心，中國石化經(jīng)濟技術研究院

3 500

3 000

2 500

2 000

1 500

1 000

500

0

– 500

50

40

30

20

10

0

– 10

– 20

2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023

年 份

汽車銷量 /萬輛

增速，

%

汽油車 柴油車 新能源車

其他燃料類型 汽車銷量增速

圖13 分燃料類型汽車保有量及增速變化

數(shù)據(jù)來源：中國汽車技術研究中心，國家信息中心，中國石化經(jīng)濟技術研究院

35 000

25 000

15 000

5 000

– 5 000

25

20

15

10

5

0 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024

年 份

汽車銷量 /萬輛

增速，

%

9.2%

7.4% 7.4%

7.5%

7.6%

5.6%

汽油車保有量 柴油車保有量

其他燃料類型 保有量增速

圖14 汽柴油替代資源規(guī)模及占比變化

數(shù)據(jù)來源：中國石化經(jīng)濟技術研究院

6 000

4 000

2 000

0

20

16

12

8

4

0 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024

年 份

替代量 /萬噸

占比，

%

天然氣汽車 電動汽車 燃料乙醇

甲醇 生物柴油 煤制油

占汽柴油終端消費比重

2.2 民營煉化再添“新兵”，產(chǎn)能規(guī)模繼續(xù)攀升

煙臺裕龍島項目各項建設工作正如期開展，預

計2024年將實現(xiàn)投產(chǎn)，成為“十四五”階段投產(chǎn)的

最后一個大型民營煉化一體化項目；加上下半年計

劃投產(chǎn)的中海油大榭石化600萬噸/年擴建項目，將

推動國內(nèi)煉油產(chǎn)能接近9.6億噸/年。2019—2024年

國內(nèi)主要新增產(chǎn)能詳見表1。

裕龍島項目承接了置換的10家地煉企業(yè)中合計

2024 年.第 1 期 張碩，等．2023 年我國煉油和成品油市場回顧及 2024 年展望 - 7 -

制繼續(xù)擴大，產(chǎn)品流通范圍縮減，調(diào)油和票據(jù)操作

成本有一定增加；結(jié)合高頻和大范圍的終端加油站

檢查，市場汽柴油帶票率保持在 50%～60% 左右。

但鑒于成品油產(chǎn)銷鏈條長，牽涉部門多，監(jiān)管難度

大，同時成品油消費稅又是國家財政收入的主要來

源之一，長效監(jiān)管體系仍有待建立[6]。特別是當前

部分企業(yè)仍存在僥幸心理，監(jiān)管一放松，不合規(guī)行

為仍有沖動卷土重來。前期調(diào)研省市公司及咨詢機

構(gòu)均顯示，目前汽柴油帶票平均比例已從行動高峰

期的70%～80%下降至60%左右；同時部分地區(qū)加油

站云平臺建設及運行后加油站真實進銷情況得到有

效監(jiān)控，但也存在有意破壞云平臺正常運行等行為。

展望2024年，國內(nèi)成品油行業(yè)監(jiān)管體系的持續(xù)

完善將從原油流通、成品油生產(chǎn)、批發(fā)零售等全流

程入手，對現(xiàn)存的非合規(guī)資源進行更為有效和徹底

的清除和管理，使行業(yè)運行秩序持續(xù)得到規(guī)范，為

行業(yè)長期健康穩(wěn)定運行提供保障。

參考文獻

[1] 李振光，袁建團．中國柴油需求趨勢分析[J]．國際石

油經(jīng)濟．2015，23（9）：88-93．

[2] 李成鑫．我國新能源汽車保有現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析[J]．

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[3] 戴寶華．“雙碳”目標約束下煉化產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展思考

[J]．石油煉制與化工．2021，52（10）：26-30．

[4] 吳國明，盛百成．以數(shù)破局，打贏成品油產(chǎn)業(yè)鏈稅收

監(jiān)管“信息戰(zhàn)[J]．中國稅務．2022（5），54-55．

[5] 中國石化集團經(jīng)濟技術研究院有限公司[M]．2023中

國能源化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告．北京：中國石化出版社．

2022，12．

[6] 張剛．體制改革和能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型背景下的成品油市場

監(jiān)管措施建議[J]．石油化工管理干部學院學報．2022，

24（3）：45-48．

圖15 近年主要投產(chǎn)項目實際/設計成品油收率情況

數(shù)據(jù)來源：中國石化經(jīng)濟技術研究院

25.1%

32.0% 30.7%

12.6%

44.4%

60.1%

盛虹石化 恒力石化 浙江石化 廣東石化 中國石化

平均

裕龍島

項目

約1 500萬噸的進口原油配額，根據(jù)前期設計方案，

成品油設計收率約為12%～13%，為近些年投產(chǎn)的

煉化一體化項目最低水平；年產(chǎn)成品油約251萬噸。

根據(jù)目前掌握情況，該項目成品油銷售渠道尚未明

確，預計將依靠區(qū)位及碼頭優(yōu)勢下海南進入華東、

華南區(qū)域。近年主要投產(chǎn)項目實際/ 設計成品油收

率情況見圖15。

2.3 2024 年仍是國內(nèi)市場監(jiān)管持續(xù)完善與成果鞏

固之年

自 2021 年起，國內(nèi)成品油市場整治行動已持

續(xù)三年。2023年成品油產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的監(jiān)管力度在

前期整治行動和政策基礎上進一步提升，涉及產(chǎn)業(yè)

鏈各環(huán)節(jié)政策密集出臺：1月起正式將柴油列入危

化品目錄；6月下發(fā)《成品油流通管理辦法（征求

意見稿）》；6月底對異辛烷、混合芳烴在內(nèi)的多種

產(chǎn)品征收消費稅的政策進行統(tǒng)一和明確；8 月四部

委聯(lián)合印發(fā)《加油機作弊綜合治理行動實施方案》，

全國范圍內(nèi)開展加油機綜合治理行動；11月出臺新

的加油機國標，計劃2024年6月正式施行。

從效果來看，2023年對煉油廠銷售非標品的限

摘? 要：長期來看，隨著碳中和目標在全球范圍內(nèi)不斷推進，世界燃料油供需兩端總體將呈收縮態(tài)勢。近期

以來，受到疫情沖擊、地緣局勢等影響，全球與中國燃料油需求結(jié)構(gòu)均呈現(xiàn)較大變化，特別是中國

低硫燃料油的擴能導致區(qū)域市場規(guī)模增長顯著。航運領域是未來中國燃料油市場發(fā)展的重點，盡管

受到替代燃料的影響，但在經(jīng)濟貿(mào)易增長、地緣關系變化與貨物流向重構(gòu)等因素的影響下，中國外

貿(mào)船加油市場有望取得進一步發(fā)展。

關鍵詞：燃料油 清潔替代燃料 外貿(mào)船燃 供應 需求 IMO 航運市場

燃料油市場現(xiàn)狀與未來發(fā)展分析

王天翮，馬俊睿，王若瑾，黃寧

（中國石化集團經(jīng)濟技術研究院有限公司，北京 100029）

1 世界燃料油供需狀況與預測

1.1 供應變化及發(fā)展趨勢

由于環(huán)保政策持續(xù)趨嚴、能源轉(zhuǎn)型趨勢明朗，

中長期燃料油供給兩端均處于下行趨勢。雖然短期

內(nèi)全球煉油能力仍有增加，但燃料油實際產(chǎn)量持

續(xù)下降。2023年，全球新增一次煉油能力為171萬

桶/日，高于2022年的118萬桶/日。盡管煉油能力

擴張速度提高，但由于汽油、柴油生產(chǎn)利潤相對更

高，煉廠傾向于優(yōu)先擴大汽、柴油產(chǎn)量；加之低硫

燃料油盈利水平在2022年到達歷史性高點后開始回

落，全球燃料油供應穩(wěn)中趨降，2023年總產(chǎn)量約3.9

億噸，同比下降 0.1%。長期來看，世界燃料油供

收稿日期：2024-01-08

作者簡介：王天翮，碩士，經(jīng)濟師。目前從事煉油產(chǎn)品市場研究。

通訊聯(lián)系人：王天翮，wangth.edri@sinopec.com。

Analysis of the Current Situation and Future Development of Fuel Oil Market

Wang Tianhe，Ma Junrui，Wang Ruojin，Huang Ning

（SINOPEC Economic & Technical Research Institute Co., Ltd，Beijing 100029，China）

Abstract: As the carbon neutrality goal continues to advance globally, the overall supply and demand of fuel oil in

the world will be under pressure. The shipping industry, as a key focus of the future development of China's fuel oil

market, is under pressure for a certain period of time due to various factors such as alternative fuels, changes in the

world supply chain and geopolitical economic and trade relations. However, against the backdrop of economic and

trade growth and the reconstruction of goods flow, the Chinese foreign trade ship refueling market is expected to

achieve further development.

Keywords: fuel oil；green alternative fuels；foreign trade marine fuel oil；supply；demand；IMO；shipping market

2024 年 2 月·第 9 卷·第 1 期 >> 熱點剖析 <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

引用格式：王天翮，馬俊睿，王若瑾，等．燃料油市場現(xiàn)狀與未來發(fā)展分析 [J]．石油石化綠色低碳，2024，9（01）：8-12.

2024 年.第 1 期 王天翮，等．燃料油市場現(xiàn)狀與未來發(fā)展分析 - 9 -

應亦難有增長。隨著能源轉(zhuǎn)型在世界范圍內(nèi)達成共

識，石油產(chǎn)品作為燃料的需求持續(xù)走弱，煉廠將主

動調(diào)整生產(chǎn)工藝，提高化工輕油收率，減少重質(zhì)產(chǎn)

品收率。同時，全球中重質(zhì)原油產(chǎn)量增長有限，加

之石油消費量即將達到峰值，從源頭限制了燃料油

供應的潛在增長空間。預計未來十余年內(nèi)，世界燃

料油供應總量年均下降約1%～2%。

1.2 需求變化及發(fā)展趨勢

受環(huán)保轉(zhuǎn)型要求逐漸深化影響，中長期燃料油

需求呈下降趨勢。從近幾年的變化來看，市場呈現(xiàn)

出波動性、反復性特征。一方面是由于俄烏沖突影

響，天然氣價格階段性升高，燃料油發(fā)電供熱需求

在一定時期內(nèi)有所增強；另一方面隨著大國博弈影

響加劇，國際貿(mào)易流向與貿(mào)易結(jié)構(gòu)逐步重構(gòu)，疊加

全球貿(mào)易規(guī)模仍在持續(xù)增長，船用燃料油需求有所

提升。

總體而言，2023年世界燃料油市場規(guī)模約3.9

億噸。預計隨著供需兩端的持續(xù)收縮，2050年世界

燃料油市場規(guī)模下降至2.0億噸，較2023年年均下

降約2.4%。目前，亞太、中東為燃料油的主要消費

地區(qū)，二者合占燃料油消費的63%；歐洲地區(qū)燃料

油市場規(guī)模第三，約占14%，但由于歐盟在推進環(huán)

保轉(zhuǎn)型方面起到一定引領作用，預計未來歐洲地區(qū)

燃料油市場占比將有所下降[1][2]。2010—2050年世

界燃料油分地區(qū)需求變化及預測見圖1。

與地緣經(jīng)貿(mào)關系變化加劇[4]，外貿(mào)船燃需求占比在

50%～53%區(qū)間震蕩。轉(zhuǎn)化需求方面，受能源轉(zhuǎn)型

影響本應處于下行區(qū)間，但地緣政治因素拉升能源

價格，特別是天然氣價格的升高為轉(zhuǎn)化需求帶來

逆勢上揚，2022—2023 年轉(zhuǎn)化需求平均占比約為

27.9%，較2019—2021年提升1.2個百分點。2019—

2023年世界燃料油需求結(jié)構(gòu)變化詳見圖2。

圖2 2019—2023年世界燃料油需求結(jié)構(gòu)變化

數(shù)據(jù)來源：EDRI，IHS

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

年 份

占比，

%

2019 2020 2021 2022 2023

轉(zhuǎn)化（發(fā)電、供熱等） 能源與深加工

工業(yè) 內(nèi)貿(mào)船燃 其他 外貿(mào)船燃

圖1 2010—2050年世界燃料油分地區(qū)需求變化及預測

數(shù)據(jù)來源：EDRI，IHS

60 000

50 000

40 000

30 000

20 000

10 000

0

年 份

需求量 /萬噸

2010 2015 2020 2023 2025 2030 2035 2040 2045 2050

北美 拉美 歐洲 CIS 地區(qū)

非洲 中東 亞太

受下游市場變動影響，近年來全球燃料油需

求結(jié)構(gòu)變化明顯。外貿(mào)船燃需求方面，因先后經(jīng)歷

疫情沖擊[3]、俄烏沖突、國際海事組織（IMO）環(huán)

保政策進一步施行等關鍵事件影響，世界供應鏈

2 中國燃料油供需狀況與預測

近年來，受新增能力與原油開工率提升拉動，

燃料油產(chǎn)量保持增長。在出口退稅政策紅利的影響

下，中國低硫燃料油仍處于產(chǎn)能擴張階段，2023年

中國低硫燃料油產(chǎn)能達到3 200萬噸以上，同比增

長近 300 萬噸。同時，隨著疫情的影響大幅弱化，

中國原油需求回升，2023年國內(nèi)原油加工量7.35億

噸水平，較去年增長9.3%，對燃料油供應也構(gòu)成利

好支撐。燃料油產(chǎn)量保持增長，為5 365萬噸，同

比增長4.9%，燃料油收率約為7.3%。

按照國家統(tǒng)計局、海關總署數(shù)據(jù)口徑，2023

年我國燃料油表觀消費量達6 173萬噸，同比增加

36.9%。其中，國內(nèi)船用燃料油、工業(yè)用燃料油等

領域需求近年來規(guī)?；境址€(wěn)；而受到煉廠原料需

求變化的影響，近年來用于煉油再投入的燃料油比

例提升明顯，2023年占國內(nèi)燃料油消費約78%，較

2022年增加9個百分點。由于俄烏沖突重塑全球原

油貿(mào)易流向，我國地方煉廠往年進口的巴西、阿

曼、安哥拉、剛果、挪威等國的原油多用于填補

歐洲原油缺口，地方煉廠亟需尋找新的原料來源。

- 10 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

受此影響，進口燃料油用于煉廠原料的數(shù)量激增，

2023年我國燃料油進口量2 784萬噸，同比2022年

增加 113%，為近十年高點。其中，以一般貿(mào)易方

式進口的燃料油近900萬噸，同比增加98%，占我

國燃料油總進口量的32%。2010—2023年國內(nèi)燃料

油市場供需變化見圖3。

3 中國外貿(mào)船燃發(fā)展現(xiàn)狀與前景分析

3.1 國際、國內(nèi)航運環(huán)保要求逐步升級

隨著碳中和目標在全球范圍內(nèi)不斷推進，航運

業(yè)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展也逐步受到重視[5]，聯(lián)合國、

部分國家、非政府組織和區(qū)域性組織紛紛呼吁加快

國際航運業(yè)溫室氣體減排步伐[6]。

2019年，IMO頒布限硫令，導致低硫中燃料油

一躍成為國際航運市場的主流燃料。

2021年6月，國際海事組織海上環(huán)境保護委員

會第 76 屆會議通過了《防污公約》附則 VI——關

于降低國際航運碳強度的修正案，旨在從技術和營

運兩個方面同時提高船舶能效，降低碳強度水平。

短期措施包括現(xiàn)有船舶能效指數(shù)（EEXI），年度營

運碳強度指標（CII）評級以及船舶能效管理計劃

（SEEMP），要求自2023年1月1日起，所有適用船

舶需滿足技術能效要求。這被認為是在2020年“限

硫令”之后最重要的環(huán)境政策之一。根據(jù)不同機構(gòu)

評估，在2023年政策生效之前，全球有70%～90%

的船隊（包括散貨船、油輪和集裝箱）不符合IMO

的有關標準要求。為了滿足要求，不少船隊選擇減

速航行、節(jié)省燃料，或按照要求進行改造，對航運

燃料需求造成顯著影響。

2023年7月，IMO進一步通過《2023年船舶溫

室氣體減排戰(zhàn)略》，明確了“國際海運溫室氣體排

放盡快達峰”，并考慮到不同國情，“在2050年前后

達到凈零排放”的遠期目標。為此，戰(zhàn)略中明確要

求，需通過提升新建船舶的能效設計來降低其碳強

度；到2030年，國際航運單次運輸任務的二氧化碳

排放量要比 2008 年平均減少 40% 及以上；加大采

用可實現(xiàn)溫室氣體零排放或接近零排放的技術、燃

料及其他能源比例，到2030年至少占國際航運所用

能源的 5%，力爭達到 10%。與此同時，該戰(zhàn)略還

為國際航運逐步實現(xiàn)凈零排放設立了兩個階段性的

核查指標：到2030年，國際航運溫室氣體年排放總

量較2008年至少減少20%，力爭減少30%；到2040

年，國際年相應排放總量較2008年至少減少70%，

力爭減少80%。

同時，國際上已有部分國家或地區(qū)針對航運業(yè)

減排立法。比如歐盟議會及理事會于 2015 年通過

了第2015/757號關于對航運CO2排放監(jiān)控、報告和

驗證法規(guī)，要求法規(guī)適用的船舶應編制和實施船舶

圖3 2010—2023年國內(nèi)燃料油市場供需變化

數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局，海關總署

8 000

6 000

4 000

2 000

0

– 2 000

25

15

5

– 5

– 15

– 25

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023

年 份

數(shù)量 /萬噸 增速，

%

出口量 產(chǎn)量 進口量

表觀增速

圖4 2022年、2023年國內(nèi)燃料油需求結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)來源：EDRI

（內(nèi)圈 2022 年，外圈 2023 年）

14%

20%

78%

69%

4%

5% 5%

1%

1% 3%

轉(zhuǎn)化（發(fā)電、供熱等）

交通

煉油再投入

工業(yè)

其他

除煉油再投入外，我國燃料油需求總體變化不

大，未來中國市場發(fā)展重點仍為保稅船用燃料油。

長期以來，中國外貿(mào)穩(wěn)定向好，為燃料油出口進一

步增長提供空間。截至 2023 年，我國作為國際貿(mào)

易第一大國，港口貨物和集裝箱吞吐量已連續(xù)十余

年蟬聯(lián)世界第一，全球前20大集裝箱吞吐港口中有

9個來自中國。2023年我國港口貨物吞吐量170億

噸、同比增長 8.2%，2023 年我國港口集裝箱吞吐

量3.1億TEU，同比增長4.9%以上。同期，新加坡

港外貿(mào)貨物吞吐量3 109萬TEU，約為我國的八分

之一；而新加坡港船加油量近5 200萬噸，約為我

國的2.6倍。2022年、2023年國內(nèi)燃料油需求結(jié)構(gòu)

見圖4。

2024 年.第 1 期 王天翮，等．燃料油市場現(xiàn)狀與未來發(fā)展分析 - 11 -

CO2排放監(jiān)測計劃，并在每一個報告年度結(jié)束后向

歐盟和船旗國提交年度CO2 排放報告。2023年4月

25日，歐洲理事會投票正式批準了修訂歐盟排放交

易體系的指令和條例。該指令修正了現(xiàn)有的歐盟排

放交易體系（EUETS），包括將航運排放首次納入，

并于6月5日生效。首次納入EUETS范圍的航運排放

配額，將分三個階段為航運公司提供碳配額，分別

是：2024年40%，2025年70%，2026年100%。同年

7月25日，《FuelEU Maritime法規(guī)》、《替代燃料基礎

設施法規(guī)（AFIR）》在歐盟理事會正式通過，標志

著歐洲綠色航運的“一籃子”政策基本定型，為航

運公司、投資者和燃料生產(chǎn)商提供了明確的指導方針。

國內(nèi)方面，中國海事局于 2022 年研究制定并

施行了《船舶能耗數(shù)據(jù)和碳強度管理辦法》（下文

簡稱“辦法”）。中國籍國際航行船舶應符合《國

際防止船舶造成污染公約》中船舶能效指數(shù)的相

關要求且取得《國際能效證書》；并按照規(guī)定編制

《船舶能效管理計劃》，驗證通過并保存在船。船舶

年度營運碳強度等級分為A、B、C、D、E，對應

優(yōu)秀、良好、合格、較差、極差的船舶營運能效水

平。該“辦法”進一步明確了我國船舶能耗數(shù)據(jù)收

集及碳強度管理的需求，為有效實施 IMO 國際航

運碳強度規(guī)則、減少我國船舶溫室氣體排放起到了

重要作用。

3.2 新興航運燃料市場備受關注

隨著國際、國內(nèi)對航行船舶環(huán)保要求升級，替

代燃料船舶的研發(fā)、建設與應用邁入新周期。2022

年，國際航運價格高企，國際船公司收獲歷史性

盈利，不少船公司開始下單打造新船。根據(jù)有關數(shù)

據(jù)，2023年上半年的集裝箱船訂單中，有83%運力

均能使用替代燃料，其中能使用甲醇的占比 52%、

能使用LNG的占比31%。除此之外，剩余17%的船

舶訂單絕大多數(shù)也具備改造為替代燃料船的潛力。

目前，航運界不同的組織和個人對清潔燃料的

選擇傾向并不一致。在可預見的未來，國際航運燃

料將趨向多元化發(fā)展。其中，LNG作為化石基燃料，

生產(chǎn)成熟，相較于目前的船用燃料油可減碳20%以

上，預計近中期航運界會以 LNG 為主作為過渡燃

料。2016年起鹿特丹港開始LNG加注，2023年鹿

特丹港船用LNG加注量已近28萬噸；國內(nèi)舟山港、

上海港、廣州港、鹽田港等也均已具備加注能力。

終極燃料方面，預計未來會以甲醇、氨、氫

等能源為主，其中綠色甲醇具備一定先發(fā)優(yōu)勢。目

前，馬士基公司在綠色甲醇的應用與推廣方面相對

積極，已訂購19艘以上可使用綠色甲醇的雙燃料船

舶，同時在全球范圍內(nèi)尋找使用碳中和的電制甲醇

或可持續(xù)的生物甲醇，2023年與國內(nèi)金風科技簽訂

了50萬噸/年的綠甲采購協(xié)議，項目可能會在2026

年投產(chǎn)。除馬士基外，中遠海運集團、達飛集團等

公司也已下單不少甲醇雙燃料動力船舶。對部分盈

利性較強的集裝箱船舶而言，盡管綠色甲醇相比于

傳統(tǒng)燃料成本依然較高，但所增加的成本已處于相

對可接受范圍。

總體而言，航運能源低碳轉(zhuǎn)型是一項長期性、

復雜性的系統(tǒng)工程，替代能源的發(fā)展需要綜合考慮

經(jīng)濟性、上游供應能力、技術成熟度、配套設施的

發(fā)展、政策法規(guī)的完善、船舶建設與經(jīng)濟周期等多

方面因素。在下游產(chǎn)業(yè)的積極推動下，國際航運替

代燃料已取得初步發(fā)展，未來向低碳環(huán)保轉(zhuǎn)型的方

向總體明確。根據(jù)多方因素進行綜合研判，預計至

2050年，各類替代能源將占國際航運燃料的50%以

上，傳統(tǒng)燃料油仍將保持一定份額[7]。

3.3 中國市場仍有發(fā)展空間，以消化現(xiàn)有產(chǎn)能為主

自 2020 年起，IMO 的限硫政策正式實施，我

國也適時推行燃料油出口退稅政策，帶動國內(nèi)大量

低硫燃料油產(chǎn)能投產(chǎn)。截至2023年，中國低硫燃料

油產(chǎn)能已達3 200萬噸以上，較2021年增長了58%。

疫情期間國際航運供應鏈中斷，價格高企，2022年

船企與加油商均收獲歷史性高盈利。2023 年，受

原油價格回調(diào)及國際航運市場低迷影響，低硫船燃

價格跌幅較國際油價更甚。國際布倫特原油年均價

同比僅下降17%；舟山港供船年均價約為621美元/

噸，同比下降21%。受此影響，國際、國內(nèi)煉廠生

產(chǎn)及出口低硫船燃的積極性有所下降，我國燃料油

出口增速放緩，2023年出口1 975萬噸，同比增長

5.8%，與2021年水平基本持平。預計近期內(nèi)隨著全

球經(jīng)貿(mào)增速放緩，疊加國際航運供應過剩影響，中

國航運燃料需求將進入短暫蟄伏期。目前低硫燃料

油產(chǎn)能開工率尚不足50%，消化現(xiàn)有產(chǎn)能將成為未

來供應企業(yè)的主基調(diào)之一。

長期來看，中國外貿(mào)船燃市場仍有發(fā)展空間[8]。

目前，華東區(qū)域為保稅船燃加注最主要地區(qū)，占國

- 12 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

內(nèi)船燃加注總量的55%以上，主要加注港口為舟山

港、上海港等。舟山港作為我國船加油第一大港與

國際貿(mào)易貨物吞吐第一大港，2022—2023年與新加

坡港船加油價差基本維持在3～5美元/噸以內(nèi)，具

備可持續(xù)競爭力，2023 年舟山港船加油量已突破

700萬噸。同時，渤海灣區(qū)域、華南區(qū)域船加油市

場發(fā)展亦在逐步推進，主要加注港口眾多，包括青

島港、天津港、大連港、日照港、深圳港、廣州

港、廈門港等等。

目前，我國船加油總量較新加坡港仍有較大差

距，與外貿(mào)貨物規(guī)模尚不匹配。未來，在國際經(jīng)濟

貿(mào)易進一步增長的大背景下，隨著地緣政治與大國

博弈的影響逐漸深化，全球貨物結(jié)構(gòu)與流向或?qū)⒕?/p>

慢重構(gòu)，全球海運運距與燃料需求持續(xù)提升，中國

船加油市場或?qū)⒂瓉磉M一步發(fā)展。盡管下游航運市

場易受諸多因素影響，但若在未來仍能保持上升勢

頭，預計十余年內(nèi)我國外貿(mào)船燃市場規(guī)模有望突破

3 000萬噸，較2023年增長50%以上。

4 結(jié)束語

隨著碳中和目標的影響在全球范圍內(nèi)逐漸深

化，燃料油供需形勢從中長期來看處于下行區(qū)間，

但市場的階段性波動較為明顯。特別是國際航運市

場，受航運政策與地緣政治影響較大，市場不確定

性與反復性相對較強。對中國市場而言，盡管短期

內(nèi)可能進入短暫蟄伏期，但未來外貿(mào)船加油行業(yè)仍

有較大發(fā)展空間。從遠期而言，清潔燃料替代是航

運市場的主旋律，但傳統(tǒng)燃料仍將在相當長時期內(nèi)

扮演重要角色。

參考文獻

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發(fā)展分析[J]．當代化工，2023，52（06）：1453-1457.

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及展望[J]．國際石油經(jīng)濟，2018，26（05）：65-72.

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的挑戰(zhàn)與機遇[J]．無機鹽工業(yè)，2019，51（11）：1-5.

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發(fā)展建議[J]．國際石油經(jīng)濟，2017，25（08）：88-93.

八面來風

2023 年德國可再生能源產(chǎn)能增長創(chuàng)紀錄

據(jù)報道，2023年德國安裝了創(chuàng)紀錄的太陽能和風能發(fā)電產(chǎn)能，但只有太陽能新增裝機達到了政府

目標，風力發(fā)電裝機未能達到。德國太陽能工業(yè)協(xié)會（BSW）表示，住宅需求大幅增加推動2023年安

裝了超過100萬套新太陽能發(fā)電系統(tǒng)，總?cè)萘窟_到14吉瓦，同比增長85%。德國風力發(fā)電協(xié)會（BWE）

近期表示，風電招標數(shù)量也有所增加，2023年風電總?cè)萘窟_到創(chuàng)紀錄的6.4吉瓦（但低于每年10吉瓦的

目標）。BWE表示，德國需要更多法律法規(guī)促進電網(wǎng)接入和風力發(fā)電的安裝。

2023年可再生能源首次占德國發(fā)電量和用電量的一半以上。太陽能和氫能研究中心（ZSW）和德

國能源和水工業(yè)協(xié)會（BDEW）表示，2023 年可再生能源在德國總發(fā)電量中所占比例約為53%，而2022

年為44%，同比增長了11個百分點。德國目標是2030年使可再生能源占其發(fā)電量的80%，但按照目前

速度，可能無法實現(xiàn)目標。

摘? 要：全球約21%丙烷用于化工生產(chǎn)。由于北美等地C2產(chǎn)業(yè)鏈利潤高于C3，出口丙烷效益優(yōu)于下游生產(chǎn)，

北美和中東地區(qū)成為全球丙烷資源主要輸出地。全球PDH裝置產(chǎn)能的大幅增長也帶動原料丙烷貿(mào)

易增加，助力丙烷價格高位運行，同時需求增速保持低位。新增PDH裝置主要來自中國，中國在

2014—2016年經(jīng)歷了第一輪擴能高峰期，2019年開啟第二輪PDH建設熱潮。未來丙烯整體供應遠

超下游消費增速，過剩態(tài)勢逐漸顯現(xiàn)，直接影響PDH裝置丙烯未來盈利水平。

關鍵詞：丙烷 PDH裝置 丙烯 供應 需求 價格 毛利

PDH 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及預測

王麗敏，隋謹伊，呂曉東

（中國石化集團經(jīng)濟技術研究院有限公司，北京 100029）

1 丙烷化學用途對其價格影響的權重逐漸增加

1.1 丙烷需求將進一步提升

丙烷的用途主要分做燃料和化學用兩大類，近

收稿日期：2023-12-30

作者簡介：王麗敏，碩士，高級工程師。目前主要從事化工產(chǎn)品市場研究工作。

通訊聯(lián)系人：王麗敏，wanglm.edri@sinopec.com。

Development Status and Forecast of PDH Industry

Wang Limin，Sui Jinyi，Lyn Xiaodong

（SINOPEC Economic & Technical Research Institute Co., Ltd，Beijing 100029，China）

Abstract: Approximately 21% of propane worldwide is used in chemical production. Due to the higher profits of the

C2 industry chain in North America and other regions compared to C3, and the higher efficiency of exporting propane

compared to downstream production, North America and the Middle East have become the main export destinations

for global propane resources. The significant increase in global PDH production capacity has also driven an increase

in raw material propane trade, helping to maintain high propane prices. At the same time, the growth rate of demand

remains low. The newly added PDH units mainly come from China.China experienced the peak period of the first

round of capacity expansion from 2014 to 2016, and the second round of PDH construction boom began in 2019. The

overall supply of propylene in the future far exceeds the growth rate of downstream consumption, and the surplus

situation is gradually emerging, directly affecting the future profitability level of propylene in PDH units.

Keywords: propane；PDH unit；propylene；supply；demand；price；gross margin

2024 年 2 月·第 9 卷·第 1 期 >> 熱點剖析 <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

70%作為燃料使用。得益于燃料清潔化帶動，全球

丙烷消費呈逐年上升趨勢；此外化學用 PDH 裝置

領域丙烷消費相比燃料需求增速較快，占比從2010

引用格式：王麗敏，隋謹伊，呂曉東．PDH 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及預測 [J]．石油石化綠色低碳，2024，9（01）：13-16+77.

- 14 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

年 2.3% 增至 2023 年的 12%。預計 2025 年前全球

PDH裝置投產(chǎn)規(guī)模達996萬噸/年；PDH用丙烷需

求量繼續(xù)大幅提升，2025 年 PDH 用丙烷占比增至

15.9%，2030年進一步增長至17.7%。2023年全球

丙烷消費結(jié)構(gòu)見圖1。

表 1 全球PDH 裝置產(chǎn)能 萬噸 / 年

公司名稱 國家 2023年

產(chǎn)能

Borealis Kallo N.V. 比利時 24

PTT Global Chemical Public Company Limited 泰國 10

Saudi Polyolefins Company 沙特 45

SK Advanced Co Ltd 韓國 60

Hyosung Corporation 韓國 40

PETRONAS Chemicals MTBE Sdn. Bhd. 馬來西亞 30

Enterprise Products Operating LLC 美國 75

Flint Hills Resources, LLC 美國 83

Advanced Petrochemical Company 沙特 45

Dow Inc. 美國 75

Hyosung Corporation 韓國 20

National Petrochemical Industrial Co. 沙特 42

ADNOC Refining Company 阿聯(lián)酋 50

SIBUR Tobolsk LLC 俄羅斯 51

Egyptian Propylene & Polypropylene Company 埃及 40

Hyosung Vietnam Co., Ltd. 越南 25

圖2 丙烷價格走勢分析

數(shù)據(jù)來源：標普

1 000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0

700

600

500

400

300

200

100

0

2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025

年 份

價格 /（美元 /噸）

價差 /（美元 /噸）

東北亞丙烯 – 丙烷

西歐 東北亞

圖1 2023年全球丙烷消費結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)來源：標普

人工燃氣 2%

煉廠 1%

其他 3%

民用和商用 47%

工業(yè) 7%

發(fā)動機燃料 8%

化學用裂解

21%

化學用（PDH）

12%

2 PDH 裝置迎來一輪爆發(fā)式增長

2.1 全球 PDH 產(chǎn)能現(xiàn)狀及預測

截止2023年底，全球PDH裝置產(chǎn)能共2 755萬

噸/年，占丙烯總能力的11%左右。其中東北亞占

69%，主要來自中國、韓國；東南亞約占4%，主要

來自泰國、馬來西亞、越南；北美占12%；中東占

8%；西歐、獨聯(lián)體合計占比15%。全球PDH裝置

產(chǎn)能見表1。

1.2 丙烷貿(mào)易呈擴大趨勢

全球的丙烷資源主要來自北美和中東地區(qū)，這

兩個區(qū)域出口的丙烷占全球貿(mào)易量的 88%。2010

年之前全球丙烷貿(mào)易不到4 000萬噸。由于頁巖油

氣資源開始在美國開發(fā)，從2012年開始迅速增長，

2017年美國超過中東成為全球最大的凈出口國。預

計未來美國凈出口量仍將保持增長，到2030年增幅

將達1 000萬噸左右。中東增長相對緩慢，到2030

年增幅不到400萬噸。從丙烷進口區(qū)域來看，中國、

印巴、歐洲、日本、韓國為主要丙烷進口國家及地

區(qū);其中中國和印巴是丙烷進口增幅最快的國家，到

2030年，中國較2023年新增丙烷凈進口量800多萬

噸，印巴地區(qū)則為200多萬噸。

1.3 丙烷價格高位運行

丙烷消費目前仍以燃料為主，價格主要按照

熱值定價，季節(jié)性波動很強。又因北美乙烷過于廉

價，以2023年為例，乙烷北美離岸年均價低于丙烷

300多美元/噸，以乙烷為原料生產(chǎn)烯烴的經(jīng)濟性顯

著高于丙烷和石腦油。北美新增與存量裂解裝置均

大量切換乙烷進料，將開采出的丙烷向外傾銷，投

資回報率差異導致丙烷化工需求被擠出。從全球來

看，除中國外，海外PDH項目非常少。受天然氣價

格上漲及中國大量PDH裝置投產(chǎn)的帶動，丙烷價格

近兩年顯著提升。預計未來兩年丙烷價格仍將保持

中高位震蕩。丙烷價格走勢分析見圖2。

2024 年.第 1 期 王麗敏，等．PDH 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及預測 - 15 -

表 2 中國 PDH 裝置分企業(yè)產(chǎn)能 萬噸 / 年

公司名稱 2023 年產(chǎn)能

天津渤化集團 60

紹興三圓石化有限公司 45

浙江海越股份有限公司 60

浙江衛(wèi)星石化股份有限公司 90

煙臺萬華 75

揚子江石化（東華能源） 60

未來除中國外，僅有 Advanced Polyolefins

Company的一套84萬噸/年PDH裝置在2025年投產(chǎn)。

2.2 國內(nèi) PDH 產(chǎn)能現(xiàn)狀及預測

2013 年中國第一套 PDH 裝置（天津渤化）投

產(chǎn)，得益于丙烯下游消費的高速增長以及下游產(chǎn)品

生產(chǎn)技術不斷突破，對丙烯原料需求日益增加，專

產(chǎn)丙烯的 PDH 裝置受到投資者青睞，2014—2016

年經(jīng)歷了第一輪擴能高峰期，至 2016 年產(chǎn)能增至

481萬噸/年。產(chǎn)能停止增長，消化供應存量2年后，

2019年又開啟了第二輪PDH建設熱潮。截止2023

年底，中國PDH裝置產(chǎn)能共1 752萬噸/年。已建成

的PDH裝置原料丙烷絕大多數(shù)來自中東和美國，只

有少量裝置，如浙江石化的PDH原料來自煉廠輕烴

整合資源。

PDH產(chǎn)能發(fā)展初期，丙烯下游企業(yè)如浙江衛(wèi)星、

天津渤化等為保障穩(wěn)定的丙烯原料來源，向上游發(fā)

展，補齊 C3產(chǎn)業(yè)鏈。近期 PDH 裝置的規(guī)劃建設多

數(shù)為 C3全產(chǎn)業(yè)鏈的配套一體化建設。中國 PDH 裝

置分企業(yè)產(chǎn)能見表2。

2023年之后，PDH投產(chǎn)及在建項目22個，共

計957萬噸/年，規(guī)劃項目產(chǎn)能340萬噸/年。中國

PDH裝置未來新增產(chǎn)能見表3。

表 3 中國 PDH 裝置未來新增產(chǎn)能 萬噸 / 年

公司名稱 路線 能力 投產(chǎn)年份 備注

東華能源茂名 PDH 60 2024 年 在建

泉州國亨化學有限公司 PDH 66 2024 年 在建

臺塑寧波 PDH 60 2024 年 在建

浙江圓錦新材料有限公司 PDH 75 2024 年 在建

金能科技新材料 PDH 90 2024 年 在建

公司名稱 2023 年產(chǎn)能

山東神馳石化 20

寧波?；邢薰荆|華能源） 126

河北海偉集團 50

東莞巨正源科技有限公司 60

福建美得石化有限公司 66

浙江石化 60

浙江華泓新材料有限公司 45

金能科技新材料 90

寧夏潤豐新材料科技有限公司 30

安慶泰恒發(fā)石油化工有限公司 20

斯爾邦（連云港） 70

齊翔騰達 70

淄博海益精細化工 25

鑫泰石化 30

山東天弘化學 45

遼寧寶來 60

遠東科技 15

上海華誼（欽州） 75

巨正源 60

江蘇延長中燃化學 60

山東濱化 60

利華益維遠化學股份有限公司 60

浙江華弘新材料 45

江蘇瑞盛新材料科技有限公司 60

東華能源茂名 60

合計 1 752

續(xù)表 續(xù)表

公司名稱 國家 2023年

產(chǎn)能

HMC Polymers Co Ltd 泰國 31

BASF SONATRACH PropanChem S.A. 西班牙 41

Taekwang Industrial Co Ltd 韓國 30

Al Waha Petrochemicals Co. 沙特 45

PETRONAS Chemicals MTBE Sdn. Bhd. 馬來西亞 8

Dow Inc. 美國 15

Enterprise Products Operating LLC 美國 75

Grupa Azoty Polyolefins SA 波蘭 43

其他 中國 1 752

合計 2 755

- 16 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

3 未來丙烯消費增速低位運行

3.1 全球丙烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及預測

自 2015 年以來，受亞洲等發(fā)展中國家及地

區(qū)丙烯需求高速增長的帶動下，全球擴能節(jié)奏與

亞洲等發(fā)展中國家?guī)缀跻恢?。世界丙烯產(chǎn)能經(jīng)歷

2015—2016年快速擴張、2017年短暫放緩后再加速，

2021—2022年新增產(chǎn)能接連創(chuàng)歷史新高，預計2023

年全球丙烯新增再創(chuàng)新高。2016—2020年，全球丙

烯新增產(chǎn)能近2 500萬噸/年，較2011—2015新增產(chǎn)

能增加近40%；2021—2023年新增產(chǎn)能依然強勁，

超1 900萬噸/年，全球丙烯產(chǎn)能擴張規(guī)?？涨?。從

全球原料結(jié)構(gòu)可看出，近幾年由于 PDH 裝置的大

規(guī)模投產(chǎn)，煉油丙烯、石腦油裂解丙烯占比下降明

顯；PDH路線占比則從2015年的6.7%提升至2023

年的11%。從區(qū)域發(fā)展來看，隨著大型煉化、PDH

和煤化工項目的陸續(xù)投產(chǎn)，東北亞地區(qū)丙烯原料更

為豐富；北美地區(qū)乙烯原料輕質(zhì)化，大量乙烷裂解

裝置投產(chǎn)，而C3利潤小于C2，利潤差約150～200

美元/噸，石腦油原料和PDH路線的丙烯新增較少；

中東雖然輕烴資源富裕，但石腦油裂解路線仍為地

區(qū)內(nèi)的占比最大的生產(chǎn)路線。

未來五年，全球新增丙烯產(chǎn)能仍集中在東北亞

地區(qū)，擴能速度將有所放緩；全球丙烯消費增速仍

在3%～4%區(qū)間低位運行。

3.2 中國丙烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及預測

近幾年，在中國丙烯及下游市場高需求增速驅(qū)

動下，企業(yè)競相投資丙烯產(chǎn)業(yè)鏈，自2018年起再次

掀起一輪新擴能高潮，本輪擴能規(guī)模創(chuàng)歷史新高。

從裝置結(jié)構(gòu)占比來看，2018—2023 年PDH 由14%

提高至27%左右；而煉油和石腦油傳統(tǒng)路線占比由

61% 下降到 55% 左右；MTO、CTO 由于成本原因

2021年后投產(chǎn)項目相繼推遲或退出，導致其占比有

所下降。

2016—2020年，國內(nèi)丙烯消費年均增速約8.5%，

同比略高0.8個百分點，仍高于同期GDP年均增速，

處于高速增長期；2021—2023年，受下游消費低迷

等因素影響，丙烯消費增速低位運行。

丙烯下游需求以聚丙烯為主，近幾年聚丙烯

對丙烯需求占比呈上升之勢，2020年超過70%，至

2023年依然維持70%高占比。2016—2020年，下游

聚丙烯新建裝置大規(guī)模投產(chǎn)，凈增產(chǎn)能超過 1 900

萬噸 / 年。經(jīng)分析，丙烯消費增長的主要原因是終

端消費拉動，這也較大刺激了丙烯下游產(chǎn)品需求增

長。一是聚丙烯價格處于十年來低位，催生部分替

代需求，如對木制、金屬制、玻璃制品的替代；同

時環(huán)保標準的提高，舊料生產(chǎn)成本上升，中國禁止

進口廢舊塑料的政策紅利驅(qū)動下，新料消費大幅提

升。二是近幾年，餐飲外賣市場規(guī)模以20%以上的

增速持續(xù)發(fā)展壯大。三是快遞業(yè)的發(fā)展及塑料包裝

升級對應用領域的拓寬共同支撐包裝行業(yè)保持較快

增長。四是汽車輕量化、家電等行業(yè)對注塑專用料

的需求也穩(wěn)步增加。

經(jīng)過本輪丙烯產(chǎn)業(yè)鏈擴張，從下游產(chǎn)品的產(chǎn)能

滿足率來看，除異辛醇、乙丙橡膠這樣的小產(chǎn)品存

在少量缺口外，其他主要下游產(chǎn)品均已出現(xiàn)產(chǎn)能過

剩。PP 新增產(chǎn)品多數(shù)為大宗產(chǎn)品，同質(zhì)化競爭激

烈，中國仍存在一定量的高端聚乙烯以及有套利空

間的大宗聚丙烯進口。

4 PDH 裝置丙烯毛利轉(zhuǎn)正的壓力巨大

PDH 項目的逐漸增多成為原料丙烷價格上漲

的一個主要因素，下游丙烯產(chǎn)能迅速擴張，丙烯需

求增速逐漸走低，導致丙烯價格低位，原料端及產(chǎn)

品端的雙重擠壓使 PDH裝置毛利自2021年下半年

以來基本為負，裝置盈利水平堪憂。近年中國丙烯

PDH裝置稅前毛利見圖3。

5 結(jié)語

PDH裝置作為丙烯專產(chǎn)裝置，建議靈活安排生

公司名稱 路線 能力 投產(chǎn)年份 備注

福建美得石化有限公司 PDH 90 2024 年 在建

振華石油化工有限公司 PDH 100 2024 年 在建

浙江衛(wèi)星石化股份有限公司 PDH 90 2024 年 在建

浙江海越股份有限公司 PDH 60 2025 年 規(guī)劃

廣東鵬尊能源（湛江） PDH 45 2025 年 規(guī)劃

廣東湛江東海島項目 PDH 30 2025 年 規(guī)劃

延長石油 PDH 60 2025 年 規(guī)劃

山東中海精細化工有限公司 PDH 40 2025 年 規(guī)劃

利華益維遠化學股份有限公司 PDH 60 2025 年 規(guī)劃

江蘇瑞恒新材料科技有限公司 PDH 45 2026 年 規(guī)劃

合計 957

續(xù)表

（下轉(zhuǎn)第 77 頁）

摘? 要：近年來我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但多晶硅和光伏電池制造過程中會產(chǎn)生大量含氟廢水，且污水處理排

放含氟標準日益嚴格，因此光伏廢水處理成為光伏企業(yè)工藝升級的重點領域。該文總結(jié)了現(xiàn)有的含氟

廢水處理技術，對各類含氟廢水處理技術進行了多維度對比，并從企業(yè)角度探討了高效、經(jīng)濟、工業(yè)

化的含氟廢水處理方法；分析了混凝沉淀法和混凝吸附法最新工藝處理流程及效果，提出了含氟廢水

處理工藝發(fā)展方向，對我國光伏企業(yè)升級污水治理工藝、實現(xiàn)節(jié)能減排和提質(zhì)增效具有借鑒意義。

關鍵詞：多晶硅 光伏 含氟廢水處理 環(huán)保 混凝沉淀法

光伏產(chǎn)業(yè)含氟廢水及工業(yè)處理方法進展

王廣磊

（北京恩菲環(huán)保股份有限公司，北京 100089）

收稿日期：2023-11-07

作者簡介：王廣磊，學士，注冊安全工程師。長期從事 HSE、環(huán)境工程、給排水工程及管理等方面研究。

通訊聯(lián)系人：王廣磊，13311402360@163.com。

2005—2023年我國光伏行業(yè)迅猛發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)

The Problem of Fluorine-containing Wastewater in the Photovoltaic Industry

and the Progress of Industrial Treatment Methods

Wang Guanglei

（Beijing Enfei Environmental Protection Co., Ltd，Beijing，100089，China）

Abstract: A large amount of fluorine-containing wastewater is generated during the manufacturing process of

polycrystalline silicon and photovoltaic cells. Currently, the discharge standards for fluorine-containing wastewater

treatment are becoming increasingly strict, which increases the difficulty of photovoltaic wastewater treatment.

Upgrading wastewater treatment processes is crucial for photovoltaic enterprises. This article summarizes the

fluorine-containing wastewater treatment technologies, compares the technologies from multiple dimensions, and

explores efficient, economical, and industrialized methods for treating fluorine-containing wastewater from the

perspective of enterprises, and analyzes the fluorine-containing wastewater improvement treatment processes of

representative enterprises. This article puts forward the development direction of fluorine-containing wastewater

treatment process, which has reference significance for China's photovoltaic enterprises to upgrade their sewage

treatment processes and improve quality and efficiency.

Keywords: polycrystalline silicon；photovoltaics；fluorine containing wastewater treatment；environment

protection；coagulant sedimentation

模持續(xù)擴大[1]。2009年我國成為世界最大的光伏電

2024 年 2 月·第 9 卷·第 1 期 >> 專家觀點 <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

引用格式：王廣磊．光伏產(chǎn)業(yè)含氟廢水及工業(yè)處理方法進展 [J]．石油石化綠色低碳，2024，9（01）：17-21+44.

- 18 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

池生產(chǎn)國，2013年起光伏安裝市場規(guī)模躍居世界第

一，至今仍在全球光伏市場占據(jù)主導地位；既是光

伏電池和組件的主要生產(chǎn)國，也是安裝容量最大的

國家[2]。光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)分為上、中、下游三端，其

中上游產(chǎn)業(yè)制備多晶硅類原材料，中游產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)光伏

組件，下游產(chǎn)業(yè)研發(fā)應用級產(chǎn)品。目前我國光伏企

業(yè)在上、中游已居全球龍頭地位，多晶硅、多晶電

池及相關光伏組件產(chǎn)量巨大。多晶硅是光伏行業(yè)的

基石原料、光伏電池是光伏系統(tǒng)的核心部件[3]。多

晶硅和光伏電池制造過程產(chǎn)生大量難處理的含氟廢

水對環(huán)境造成威脅，受到企業(yè)和政府的重點關注。

含氟廢水不僅會污染環(huán)境，而且會腐蝕設備、

加快設備折舊、增加企業(yè)經(jīng)濟負擔，實現(xiàn)大體量含

氟廢水的高效、低成本處理是企業(yè)面臨的難題 [4]。

該文介紹我國光伏產(chǎn)業(yè)含氟廢水工業(yè)化處理主要技

術和未來發(fā)展方向，分析廢水處理工藝企業(yè)改良成

功經(jīng)驗及實施效果，以期為我國光伏企業(yè)實現(xiàn)含氟

廢水經(jīng)濟、高效、工業(yè)化處理提供借鑒。

1 含氟廢水來源

根據(jù)目前工藝，難處理含氟廢水集中在多晶硅

和電池片生產(chǎn)兩環(huán)節(jié)產(chǎn)生，每生產(chǎn)一噸多晶硅即產(chǎn)

生四噸廢水。針對我國如此體量并持續(xù)擴張的光伏

產(chǎn)業(yè)，廢水處理問題應引起高度重視。

1.1 多晶硅制造環(huán)節(jié)

多晶硅是制備單晶硅和光伏電池的原材料 [5]，

為減少晶體硅對太陽能吸附的影響以提高效能，需

要去除晶硅中的磷硅玻璃。目前的方法是將晶體硅

片浸入氫氟酸中，使磷玻璃溶解成可溶性六氟硅酸

鹽并去除。該過程產(chǎn)生大量含有氫氟酸的廢水，同

時還伴有含量較高的氯離子，嚴重腐蝕相關生產(chǎn)設

備，降低企業(yè)安全性和經(jīng)濟效益。

1.2 電池片制造環(huán)節(jié)

光伏電池片生產(chǎn)線在制絨、刻蝕等工序使用大

量氫氟酸，該環(huán)節(jié)產(chǎn)生廢水含氟濃度較高[6]。同時，

硅片堿洗步驟中用到氫氧化鉀會產(chǎn)生堿性廢水，酸

洗、刻蝕和擴孔步驟用到鹽酸、硫酸及硝酸會產(chǎn)生

酸性廢水，脫銀步驟用到氨水產(chǎn)生含氨廢水；此

外，在生產(chǎn)過程中用到的部分原輔材料為有機物，

如異丙醇、切割液等會產(chǎn)生有機廢水，因此該環(huán)節(jié)

含氟廢水組成更加復雜。

2 含氟廢水危害及特點

《人群總攝氟量》（WS/T 87—2016）規(guī)定：8～16

周歲人群氟攝入量上限值為2.4 mg/d；大于16周歲

為3.5 mg/d。廢水中的氟化物在自然環(huán)境中難以分

解，如不能有效處理，排放后會積存在土壤中最終

滲入地下水。氟化物超標的飲用水可能使兒童甲狀

腺激素紊亂和大腦發(fā)育不全，大大增加成年人患血

液疾病、腸炎甚至癌癥的風險，同時氟化物超標也

會導致植物逐漸枯萎甚至死亡。

由于各光伏企業(yè)的生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品不盡相同，

產(chǎn)生的廢水水質(zhì)也存在差異，但總體具有如下特點：

（1）含氟量極高[7]。在表面制絨及濕法蝕刻工

序中會使用氫氟酸，廢水中氟離子濃度高達400～

1 000 mg/L，部分高氟廢水的氟離子含量最高可達

50 000 mg/L。

（2）產(chǎn)生量極大。電池片生產(chǎn)屬于高耗水行

業(yè)，每生產(chǎn) 1 MW 太陽能電池片，需消耗原水約

700～800 t。

（3）污染物組分復雜，可生化性差。電池片生

產(chǎn)過程中會使用氫氟酸、硝酸、硫酸、異丙醇等，

這些材料及反應物均進入生產(chǎn)廢水中，導致成分

極其復雜，有機物可達3 000 mg/L，懸浮物可達約

1 000 mg/L[8]，較難進行生化處理。

（4）酸堿性較強，對設備具有強腐蝕性。制備

過程堿洗、酸洗工藝復雜，其中堿性廢水pH≥14，

而酸性廢水pH≤1。

3 廢水處理方法

鑒于含氟廢水的高度危害性，國家和地方（四

川、山東、河南等省市）均出臺標準，嚴格要求排

放廢水氟離子濃度最高限在1.0～20.0 mg/L。污水

排放氟含量限值詳見表1。

目前含氟廢水處理技術按作用原理主要分為化

學沉淀、混凝沉淀、物理吸附、膜分離、電化學、

微生物[9]六類。

（1）化學沉淀法

高濃度含氟廢水通常采用化學沉淀法處理。通

過向廢水中添加沉淀劑與氟離子反應生成氟化鈣，

沉淀后過濾去除氟。常用的沉淀劑有熟石灰、生石

灰、碳酸鈣、可溶性鈣鹽等。實驗室提出使用工業(yè)

廢棄的硫酸鈣污泥作為沉淀劑，實現(xiàn)廢物利用并進

2024 年.第 1 期 王廣磊．光伏產(chǎn)業(yè)含氟廢水及工業(yè)處理方法進展 - 19 -

一步降低成本，目前現(xiàn)場試驗具備工業(yè)化可行性[10]。

（2）混凝沉淀法

通過添加混凝劑將氟離子凝聚成沉淀物，然后

將其從廢水中分離。該方法使用無機混凝劑（如氯

化鋁）或有機混凝劑（如聚丙烯酰胺），適用于大

規(guī)模處理。雖然原理簡明、工藝簡單，但絮凝劑、

混凝劑用量大時成本增加，因此常用于處理較低濃

度（＜20 mg/L）含氟廢水。

（3）物理吸附法

適合含氟廢水的深度處理，高效、簡單、出水

穩(wěn)定。吸附劑通過吸附或離子交換去除廢水中氟離

子，并可在一定條件下恢復吸附能力以循環(huán)利用，

但吸附效率降低不可避免。常用吸附劑包括鋁基吸

附劑、鈣基吸附劑、氫氧化物、勃姆石、石墨、活

性炭以及離子交換樹脂等 [11]。近期，韓國科學技

術學院先進復合材料研究所提出用聚偏氟乙烯和勃

姆石浸涂三聚氰胺海綿來去除半導體廢水中的氟離

子，實驗表明去除率可高達95.5%[12]。

（4）膜分離法

適用于高濃度氟離子廢水，主要技術手段包括納

米過濾、反滲透技術以及電滲透技術。通常情況下，

這三種技術組合被用于處理復雜的含氟污染問題。膜

分離對氟化物有很高的去除效率，但后期運營維護成

本高，僅有極少數(shù)更高標準建廠廠家使用該技術。

目前實驗室研究提出一種新的膜過濾技術——膠束

強化超濾法（MEUF），該方法配合表面活性劑產(chǎn)生

膠束，膠束被超濾膜保留，搭配不同的表面活性劑

濃度，可進一步提高氟離子去除效率[13]。

（5）電化學法

主要包括電絮凝方法和電滲析方法[14]。電絮凝

法中金屬電極電解產(chǎn)生金屬離子，與氟離子結(jié)合產(chǎn)

生凝聚，是絮凝的電法實現(xiàn)；電滲析法是利用電壓

差配合選擇性離子交換膜，使溶液中的離子定向運

動分離。電化學方法對于電極材料性能具有較高要

求，當處理規(guī)模較大時耗電耗能嚴重，大大增加處

理成本。

（6）微生物處理技術

特定微生物群生長過程中通過吸附、吸收、代

謝及氧化等作用將有機氟化物轉(zhuǎn)化為無機氟化物，

再結(jié)合沉淀、吸附方法將氟化物去除。該法污染

小、處理效率高，但微生物存活對環(huán)境要求高，因

此處理周期長。目前研發(fā)微生物基的絮凝劑、利用

微生物誘導碳酸鈣沉淀同步除氟等是該方法的重要

研究方向。

以上為含氟廢水的基礎處理方法，核心都是

通過物理、化學或生物方法使氟化物析出后過濾去

除。在工業(yè)化廢水處理過程中，企業(yè)常根據(jù)不同場

景和要求組合使用。各方法特點總結(jié)如表2所示。

工業(yè)化廢水處理需要綜合考慮效率、成本和

廢水特點，將多種方法組合使用以達到低成本、高

效率的處理目標，其中“化學沉淀法＋混凝法”和

“混凝沉淀法＋物理吸附法”復合工藝是企業(yè)較為

常用方法。該文對上述兩類復合工藝改進的實施案

例開展了進一步的調(diào)查研究，為企業(yè)升級廢水處理

技術方案提供參考。

4 含氟廢水工業(yè)化處理改進實例

4.1 基于硫酸鈣污泥的化學混凝沉淀新工藝

化學沉淀法除氟需要消耗大量的鈣化合物材

表 1 國家和地方污水排放氟含量限值

級別 代碼 標準名稱 類別 mg/L

國家 GB8978-1996 污水綜合排放

標準

一級 10

二級 10

三級 20

國家 GB30484-2013 電池工業(yè)污染物

排放標準

現(xiàn)有企業(yè) 10

新建企業(yè) 8

國家 GB3838-2002 地表水環(huán)境質(zhì)量

標準

Ⅰ–Ⅲ類 1

Ⅳ–Ⅴ類 1.5

四川省 DB 51/190-93 四川省污染物

排放標準

一級 10

二級 15

三級 20

山東省 DB37/3416.4-2018

流域水污染物綜

合排放標準第四

部分：海河流域

一級 2

二級 3

河南省 DB41/2087-2021 黃河流域水

污染物排放標準

一級 2

二級 2

天津市 DB12/599-2015 城鎮(zhèn)污水處理廠

污染物排放標準

A 標準 1.5

B 標準 1.5

C 標準 1.5

江蘇省 DB32/ 4440-2022 城鎮(zhèn)污水處理廠

污染物排放標準 最高限 1.5

- 20 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

料，采用工業(yè)廢棄物硫酸鈣污泥替代氯化鈣和石灰

石除氟可以大大降低企業(yè)水處理成本。由于企業(yè)所

在地原料價格上漲，成都某光伏企業(yè)以硫酸鈣污泥

作為沉淀劑[10]，采用“三級物化除氟＋兩級A/O除

氮”工藝實現(xiàn)廢水中高濃度氟和氮同步處理，流程

如圖1所示。

該企業(yè)廢水處理站的進水氟離子濃度379.0～

698.9 mg/L，在一級物化反應池中投加硫酸鈣污泥，

表 2 含氟廢水處理技術方法對比

類別 技術方法 適用條件 常用材料 新型材料 優(yōu)點 缺點 處理效果 /

（mg/L）

工業(yè)化

應用 升級方向

基礎

方法

化學

沉淀法

大規(guī)模、

高濃度

生石灰、熟石

灰、氯化鈣 硫酸鈣污泥 工藝簡單、

成本低 難以一次達標 20.0 ～ 30.0 多 低成本沉淀劑

研發(fā)

混凝

沉淀法

大規(guī)模、

低濃度

氯化鋁、聚丙

烯酰胺

改性有機混凝劑，

微生物類混凝劑 工藝簡單 成本高 1.5 ～ 10.0 少 低成本、高效

混凝劑研發(fā)

物理

吸附法

大規(guī)模、

低濃度

金屬基、碳基

吸附劑、生物

質(zhì)吸附等

納米材料、吸附

樹脂、離子交換

樹脂、復合材料

工藝簡單、

除氟效果好

吸附劑恢復后

效率變低，成

本較高

＜ 1.0 少 高效、弱衰減

吸附劑研發(fā)

膜分離

技術

復雜含氟

廢水

反滲透膜、納

米膜

高分子分離膜、

膠束強化超濾

不引入雜質(zhì)

離子、除氟

效果好

膜污染、結(jié)垢

難維護，能耗

較高，成本極

高

＜ 1.0 少 高效、易清洗

分離膜研發(fā)

電凝聚

技術

廢水組成

要求高 Al/C/Fe 復合電極 不引入雜質(zhì)

離子

電極損耗，

能耗高 ＜ 1.0 少 高性能電極材

料研發(fā)

微生物

處理技術

有機含氟

廢水 產(chǎn)絮菌 鈣沉淀同步反硝

化細菌

可處理有機

含氟廢水

時間長，環(huán)境

條件要求高 1.5 ～ 15.0 少 新型菌株培養(yǎng)

復合

工藝

化學混凝

沉淀工藝

大規(guī)模、

高濃度、

分級處理

復合 復合

分級處理，

兼顧效果和

成本

產(chǎn)物回收困難 ＜ 1.0 多 方法升級、

降本增效

混凝沉淀

– 物理吸

附工藝

大規(guī)模、

高濃度、

分級處理

復合 復合

分級處理，

兼顧效果和

成本

產(chǎn)物回收困難 ＜ 1.0 多 方法升級、

降本增效

圖1 企業(yè)硫酸鈣污泥化學混凝沉淀工藝流程

硫酸鈣污泥 NaOH

調(diào)節(jié)池

事故池

一級沉淀池

污泥池

生化沉淀池

污泥脫水

清水池

泥餅外運

達標排放

一級反應池 二級沉淀池 三級沉淀池

泥餅外運

二級缺氧池三期

三級缺氧池三期 一級缺氧池三期

二級好氧池三期 一級好氧池三期 一級缺氧池三期 中間水池

二級好氧池四期 一級好氧池四期

污泥脫水 污泥池

二級反應池 三級反應池

補碳劑

污泥回流

內(nèi)回流 內(nèi)回流

除氟劑 PAC PAM 除氟劑 PAC PAM

污水管道

污泥管道

示例

2024 年.第 1 期 王廣磊．光伏產(chǎn)業(yè)含氟廢水及工業(yè)處理方法進展 - 21 -

鈣離子與氟離子反應形成氟化鈣沉淀并在一級物化

沉淀池去除，該階段97%的氟離子被去除，出水氟

離子濃度可降低到10.0 mg/L。在二級物化反應池中

使用混凝劑、絮凝劑等二次去除氟離子，沉淀物流

入二級物化沉淀池沉淀除氟。根據(jù)前兩級物化的處

理效果，若氟離子濃度仍未達到排放標準，在三級

物化反應池中繼續(xù)使用除氟劑、聚合氯化鋁（PAC）

與聚丙烯酰胺（PAM）藥劑深度處理，經(jīng)過二、三

級物化深度處理后，可以實現(xiàn)氟離子濃度＜7.0 mg/L

穩(wěn)定出水，符合《四川省污染物排放標準》。

該企業(yè)處理廢水35萬t，利用硫酸鈣污泥2 334 t，

分別節(jié)省氯化鈣和石灰石407 t和711 t，相當于減

少二氧化碳排放633 t。每噸水降本2.3元，降本共

計80.5萬元。所以采用硫酸鈣污泥代替化學劑實現(xiàn)

工業(yè)化除氟，可實現(xiàn)降本增效且有利于化工產(chǎn)業(yè)聯(lián)

合，具有較好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和產(chǎn)業(yè)效應。

4.2 基于納米材料的混凝沉淀—物理吸附新工藝

2023年受河流氟化物容量不足影響，南京某企

業(yè)氟排放標準被提高至穩(wěn)定小于1.0 mg/L，其污水

處理單元亟需升級除氟工藝，嘗試采用混凝沉淀—

納米材料吸附工藝進行深度除氟。采用的吸附材

料為鋯納米復合吸附材料，可對氟離子進行選擇性

吸附[15]。

該企業(yè)進水口氟離子含量為4.0～5.5 mg/L，在

混凝沉淀池中加入NaOH調(diào)節(jié)pH至堿性，添加PAC

和PAM形成聚鋁絮體，沉淀或捕集后去除水中氟化

物沉淀，混凝沉淀處理過后的廢水中氟離子含量降

至2.6～5.1 mg/L。經(jīng)過初步處理的廢水進入納米材

料吸附系統(tǒng)，二次處理后出水可穩(wěn)定低于1.0 mg/L。

吸附結(jié)束后，使用NaOH（4%）在15～50 ℃下對

納米吸附材料進行脫附處理以循環(huán)利用，前期脫附

率可達100%，后續(xù)效率隨循環(huán)次數(shù)下降。

該企業(yè)2023年5—7月處理廢水280萬t，混凝沉

淀步驟運行成本0.996元/t，吸附及脫附步驟運行成本

約0.970元/t，合計1.966元/t，成本總計550.5萬元。

化學混凝沉淀法和混凝沉淀—物理吸附方法是

典型含氟廢水工業(yè)處理方法，兩者在應用場景、技

術特點和升級發(fā)展方向上存在差異。化學混凝沉淀

工藝常用作濃度≥20.0 mg/L含氟廢水處理，需要

消耗大量鈣化合物沉淀氟離子，且沉淀物回收處理

難度大，因此企業(yè)改良方向為低成本、環(huán)保型沉淀

劑研發(fā)；混凝沉淀—物理吸附工藝用作濃度≤20.0

mg/L含氟廢水處理，其吸附材料的吸附效率會隨循

環(huán)次數(shù)增加而衰減，同時吸附材料的后處理也是難

點之一，因此企業(yè)改良方向為高效環(huán)保、生命周期

長的吸附材料研發(fā)。

5 結(jié)論

（1）氟離子對人類健康和植物生長造成威脅，

各地對水中氟離子最高限含量要求在1.0～20.0 mg/L

不等。光伏產(chǎn)業(yè)廢水含氟量高、體量巨大，含氟廢

水的高效、低成本處理對光伏企業(yè)意義重大。

（2）含氟廢水處理技術有化學沉淀、混凝沉淀、

物理吸附、膜分離、電化學、微生物等，目前工業(yè)

化處理方面化學沉淀、混凝沉淀、物理吸附方法復

合工藝出水能夠達到排放標準要求，其余方法實現(xiàn)

工業(yè)化有待進一步完善。

（3）隨著標準日漸嚴格，急需探索新的光伏廢

水處理工藝，主要瓶頸在于新材料的研發(fā)和應用。

通過降低材料成本、增加處理效率、實現(xiàn)環(huán)?；厥?/p>

以推進新材料從實驗研究走向企業(yè)工業(yè)化應用，是

含氟廢水處理工藝進一步發(fā)展的必由之路。

圖2 企業(yè)納米材料混凝沉淀—物理吸附工藝流程

廢水 達標

排放

反沖洗水

原水槽 砂濾罐 排水池

酸化槽

混凝沉淀池

污泥處理

系統(tǒng)

保安過濾器 除氟

吸附系統(tǒng)

脫附液儲罐

中間水池

脫附濃液

脫附劑

鹽酸

脫附稀液

液堿、PAC、PAM

（下轉(zhuǎn)第 44 頁）

摘? 要：介紹了傳統(tǒng)芬頓反應工藝，通過不同的改善方法增強了鐵基芬頓體系的反應性能，添加螯合劑等試

劑以擴大其適用pH值的范圍，并加速Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+的轉(zhuǎn)化速率。開發(fā)非均相體系，克服均相體

系中鐵離子的析出沉淀、pH值適用范圍小的缺點，同時與電化學、微生物降解等工藝結(jié)合，提高

體系的催化性能。

關鍵詞：鐵基芬頓體系 螯合劑 非均相反應體系 電化學反應 微生物降解 催化性能

鐵基芬頓體系的研究進展

孫夢穎

（中國石化揚子石化分公司，江蘇南京 211500）

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、化學工業(yè)和人類活動的迅速發(fā)

展，產(chǎn)生大量化學品并對環(huán)境和人類造成影響。面

對愈發(fā)嚴峻的環(huán)境污染問題，傳統(tǒng)的水處理工藝已

不能滿足現(xiàn)代節(jié)能減排和環(huán)境保護的要求。有毒、

難降解的有機污染物（如有機鹵化物、二噁英等）

引起的環(huán)境問題已經(jīng)對 21 世紀的人類福祉和發(fā)展

構(gòu)成嚴重威脅[1]。對于利用生物處理方法降解效果

較差的有機物，直接氧化法可以獲得較高的降解效

率。在直接氧化法工藝中，對于特定的污染物選擇

合適的降解氧化工藝都需要考慮污染負荷、工藝限

制和操作條件等關鍵因素，將增加操作成本。

高級氧化工藝（AOPs）能夠替代原有的直接

氧化工藝，降解生物法難以處理的有機化合物。

AOPs所需要的反應條件通常接近環(huán)境溫度和壓力，

利用反應產(chǎn)生的具有水凈化作用的羥基自由基達到

去除有機污染物的目的[2-3]。羥基自由基是一種具有

強氧化性的自由基，它與污染物反應的速率常數(shù)為

106

～109

L·mol-1s

-1。傳統(tǒng)的芬頓試劑（H2O2和鐵催

收稿日期：2023-03-31

作者簡介：孫夢穎，碩士，助理工程師?，F(xiàn)從事裝置工藝參數(shù)優(yōu)化調(diào)整工作。

通訊聯(lián)系人：孫夢穎，sunmy.yzsh@sinopec.com。

2024 年 2 月·第 9 卷·第 1 期 >> 節(jié)能環(huán)保 <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

Research Progress of Iron-based Fenton System

Sun Mengying

（SINOPEC Yangzi Petrochemical Company Limited，Nanjing，Jiangsu 211500，China）

Abstract: The reaction performance of the Fe-based Fenton system could be enhanced through different

improvement methods. Firstly, some researchers found that adding other reagents such as chelator in reaction

system can expand the range of pH and accelerate the conversion rate from Fe3+ to Fe2+. Secondly, it is proposed

that heterogeneous systems can overcome the shortcomings of homogeneous systems that its pH applicable scope is

small and iron ions easily tend to form precipitation. Finally, the traditional Fe-based Fenton system can be improved

by combination with other processes such as electrochemical processes and microbial degradation processes.

Keywords: Fe-based Fenton system；chelator；heterogeneous systems；electrochemistry；microbial degradation

processes；catalytic performance

引用格式：孫夢穎．鐵基芬頓體系的研究進展 [J]．石油石化綠色低碳，2024，9（01）：22-26.

2024 年.第 1 期 孫夢穎．鐵基芬頓體系的研究進展 - 23 -

化劑）氧化體系被廣泛應用于廢水處理中難降解有

機物的去除。然而，傳統(tǒng)的芬頓反應中存在很多問

題[4]，這導致傳統(tǒng)芬頓反應的效率不高且適用范圍

較小。

近幾年，研究者通過采用不同的改善方法提高

傳統(tǒng)芬頓反應的性能，使其具有更高的處理效率并

增大其適用范圍。以下圍繞研究者的研究進展，總

結(jié)了近幾年關于芬頓反應的改善方法及其反應機

理，并對芬頓反應的研究前景做出展望。

1 傳統(tǒng)芬頓反應工藝

傳統(tǒng)的芬頓反應如式（1）～（5）所示。生成

的Fe3+可以與過量的H2O2再次形成Fe2+和更多的自

由基，如式（2）所示，這種反應稱為類芬頓反應，

這一步驟的反應速率較式（1）的速率慢，并且Fe2+

能夠循環(huán)再生。在類芬頓反應中，除了Fe2+再生外，

還產(chǎn)生氫氧自由基，氫氧自由基也可能攻擊有機污

染物，但反應的活性不如羥基自由基。式（2）～（5）

是芬頓反應中的限速步驟，因為H2O2除了要和Fe2+

反應生成羥基自由基，還能與 Fe3+ 通過反應使得

Fe2+再生[5-6]。

Fe2+＋H2O2→Fe3+＋OH– ＋·OH （1）

Fe3+＋H2O2→Fe2+＋·O2H＋H+ （2）

Fe2+＋·OH→Fe3+＋OH– （3）

Fe2+＋·O2H→Fe3+＋HO2

– （4）

Fe3+＋·O2H→Fe2+＋O2＋H+ （5）

傳統(tǒng)芬頓反應體系存在以下缺點：（1）pH 值

一般調(diào)整為 2～4，以防止氫氧化鐵沉淀的生成；

（2）傳統(tǒng)芬頓反應中Fe3+轉(zhuǎn)換到Fe2+是整個反應中

的限速步驟，使得反應速率降低；（3）Fe2+不易從

水中分離出來，限制了催化劑的回收利用，導致資

源的大量浪費。

2 鐵基芬頓體系的優(yōu)化及其作用機理

2.1 加入其他試劑和材料

傳統(tǒng)芬頓反應易形成鐵離子沉淀、Fe3+向Fe2+

轉(zhuǎn)化的效率不高，可以通過向催化劑中引入其他

的試劑使芬頓體系的性能增強。Li等人[7]將半胱氨

酸引入降解羅丹明B的芬頓體系中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，半

胱氨酸在反應中不僅起到還原劑作用，其結(jié)構(gòu)上

的硫醇基（–SH）將Fe3+還原為Fe2+，加快了芬頓

反應中的限速步驟；而且半胱氨酸還可以與Fe3+形

成配位化合物，這阻止了Fe3+在堿性條件下形成氫

氧化鐵沉淀，從而增大了芬頓反應的 pH 值適用范

圍。而且半胱氨酸在Fe（Ⅲ）/Cys/H2O2反應體系中

可以循環(huán)使用，增強了反應體系的適用性。Yue等

人[8]研究將芬頓體系中的 H2O2替換為CaO2，構(gòu)成

類芬頓反應體系，利用CaO2和FeⅢ–EDTAL反應間

接生成H2O2，實驗結(jié)果表明CaO2和FeⅢ–EDTAL體

系中CaO2可以提供一個電子以還原Fe（Ⅲ），反應

過程中產(chǎn)生 O2

–

，能夠加快反應速率，此過程還可

以縮短傳統(tǒng)芬頓反應中的潛伏時間（傳統(tǒng)芬頓反應

中降解有機污染物前兩個小時基本沒有降解效果）。

而且，在實驗過程中加入 EDTA 絡合劑，可以與

Fe（Ⅲ）形成絡合物使其穩(wěn)定，抑制了鐵離子沉淀

的形成。Chen 等人 [9]在 Fe（Ⅱ）/H2O2中加入羥胺

從而加快芬頓降解苯甲酸的能力，羥胺能夠加快

Fe（Ⅲ）轉(zhuǎn)換成Fe（Ⅱ）的速率，也可以與鐵離子絡

合形成絡合物，從而抑制氫氧化鐵沉淀的生成，但

是由于最終產(chǎn)物中有N2O和NO3

– 生成，抑制了羥胺

在芬頓體系中的應用，故研究如何避免產(chǎn)生或減少

最終產(chǎn)物（N2O和NO3

–

）的形成具有積極意義。

2.2 非均相鐵基芬頓體系

在均相芬頓反應過程中，整個反應體系溶液的

pH 值應調(diào)整在 2～4，進行芬頓預處理，防止鐵離

子的水解沉淀。而酸化的成本很高，甚至比芬頓降

解中的氧化劑更昂貴。同時 pH 值在反應后需調(diào)整

至中性才能安全排放，也是一種巨大的能源浪費。此

外，經(jīng)過均相芬頓處理后，廢水中鐵離子不易于回

收再利用，導致水中鐵離子超標；反應后從溶液中

除去鐵離子也會造成額外的操作費用。pH 值應用

范圍窄以及均相的鐵離子催化劑難以分離，限制了

均勻芬頓體系在廢水處理中的進一步應用。為了克

服均相芬頓反應的這些缺點，研究者為開發(fā)多相芬

頓催化劑已作出許多努力，并取得具有實用價值的

成果，包括鐵氧化物、鐵氧化物與其它金屬的復合

物、負載型鐵基催化劑等。

2.2.1 鐵氧化物及其與其它活性物質(zhì)的復合體系

鐵基非均相芬頓反應通常使用含鐵的固體物

質(zhì)，其活性成分如Fe、Fe2O3、Fe3O4、FeOOH，由

于在反應過程中從催化劑中浸出的鐵量極低，幾乎

不產(chǎn)生鐵泥[10-11]。大量研究表明，含鐵催化劑在連

- 24 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

續(xù)多次運行后，仍能保持有效的催化活性，大大提

高了芬頓試劑的循環(huán)利用率[12]。在非均相芬頓反應

被提出之后，很多研究者通過對固體芬頓催化劑進

行改性修飾不斷提高其催化性能。Guo等人[13]通過

水熱煅燒復合處理制備出 Fe2O3/S，將硫元素引入

Fe2O3中，與H2O2構(gòu)成非均相的芬頓體系，并探究

其對AO7和苯酚的催化性能。結(jié)果表明，對于降解

同一濃度的AO7或苯酚，氧化鐵對其降解效果幾乎

為零，而Fe2O3/S對兩種有機物的去除效果分別能達

到95%（反應時間為14 min）和90%（反應時間為

60 min）。摻雜S元素通過阻滯光生載流子的復合，

促進了過氧化物與催化劑表面鐵離子之間的電子轉(zhuǎn)

移，提高了該體系的光催化性能與反應速率。Xu等

人[14]利用浸漬法制備出Fe3O4/CeO2磁性納米復合材

料，結(jié)果表明，降解同一濃度的4–氯苯酚實驗中，

當反應時間為20 min時，F(xiàn)e3O4/CeO2/H2O2體系對

底物的去除率為90%左右；而Fe3O4/H2O2體系對底

物去除率只有10%。Fe3O4/CeO2/H2O2催化劑表面的

Ce3+和Ce4+在反應體系中也可以與H2O2構(gòu)成類芬頓

體系，從而增加體系中羥基自由基的產(chǎn)生速率，大

大提高了對底物的降解能力。

2.2.2 引入載體

雖然非均相體系可克服傳統(tǒng)均相體系很多缺

點，但氧化鐵等鐵基催化材料仍存在一些缺陷，如

粒徑不易控制，分散性差，干燥煅燒時顆粒不均

勻等。為了改善以上缺陷，有研究發(fā)現(xiàn)，可以將催

化材料負載于石墨烯、碳納米管、富勒烯等載體

上。由于這些載體具有巨大的比表面積，活性貴金

屬和促進劑的前驅(qū)體能得到充分的分散，從而提高

貴金屬的利用率，防止金屬粒子燒結(jié)；而且由于碳

納米管與活性貴金屬之間存在強相互作用，能夠提

高催化劑的催化性能。Chen等人[15]制備出介孔碳

負載 FeCo復合物催化劑（FeCo–OMC）用于改善

催化體系的效率，結(jié)果表明，加入 FeCo–OMC 的

催化體系與加入 FeCo 的催化體系相比，前者作用

的體系中產(chǎn)生的HO·要比后者的多2倍，反應速率

常數(shù) Kobs也隨之提高。Cong 等人 [16]用簡單易行的

浸漬方法在富勒烯60（C60）上摻雜Fe2O3形成C60–

Fe2O3復合材料，F(xiàn)e2O3/H2O2、C60/H2O2、Fe2O3/C60/

H2O2體系在同一條件下同時降解 MB 溶液，前兩

個反應體系在可見光輻照下，80 min后MB的降解

率很小，而 C60–Fe2O3復合材料去除率能夠達到近

100%。C60–Fe2O3具有比Fe2O3或C60更好的催化效

果，因為 C60可以提高量子產(chǎn)率，并增加電荷轉(zhuǎn)移

效率。Naghshbandi等人[17]采用溶劑熱法制備了多

組分催化劑β–環(huán)糊精/還原氧化石墨烯（rGO）共

摻雜Fe3O4，并探究其去除雙酚A的催化性能。實驗

結(jié)果表明，雙酚A的催化反應符合擬一級動力學模

型，且相關關系良好，F(xiàn)e3O4/β–CD，F(xiàn)e3O4/rGO和

Fe3O4降解雙酚A的反應速率常數(shù)分別為0.021 73、

0.097 35、0.016 66 min-1，而β–環(huán)糊精/還原氧化石

墨烯（rGO）/Fe3O4體系的反應速率常數(shù)為0.157 33

min-1。由于石墨烯載體具有很大的比表面積，使

得污染物聚集在催化劑表面，從而提供豐富的活性

位點用于下一步催化反應。環(huán)糊精提高了催化劑周

圍積聚的污染物溶解度，并將它們封裝在其疏水腔

中，從而增加生成的羥基自由基，故此復合反應體

系的催化性能大大增強。此外，對催化劑進行循環(huán)

利用，催化劑第一次使用對污染物中碳氫化合物的

去除率達到75.6%±1.3%，在重復使用了五次之后

穩(wěn)定在52.9%±2.5%。Cleveland等人[18]采用將多壁

碳納米管表面負載Fe3O4應用于非均相Fenton氧化

反應，發(fā)現(xiàn)其對雙酚A的降解效果較好，H2O2使用

量較小即可達到較高的去除率，催化劑在五次循環(huán)

使用后仍能達到90%左右的去除效果，證明了負載

氧化鐵具有很好的循環(huán)利用效果。

2.3 結(jié)合其它工藝

在對單一的芬頓反應去除有機物的研究中發(fā)

現(xiàn)，盡管使用很多方法對傳統(tǒng)芬頓反應進行改良，

但在一些催化體系中，去除率均不理想，故研究者

將芬頓體系與其他的高級氧化技術結(jié)合以達到更好

的催化效果。在很多研究中已證明，組合工藝不僅

僅在實驗室研究中能夠取得顯著效應，在工程應用

中也能夠發(fā)揮前所未有的優(yōu)良性能。

2.3.1 光助芬頓體系

在芬頓體系中引入光輻射，可大大提高催化體

系催化降解有機物的能力。光可以起到兩個不同的

作用[19]：（1）驅(qū)動光—芬頓反應，加快Fe（Ⅲ）轉(zhuǎn)

化為 Fe（Ⅱ）的速率，如式（6）所示，鐵基催化

劑本身也具有光催化性能，光輻射的引入也能夠加

快鐵基催化劑本身產(chǎn)生光生載流子；（2）光—芬頓

體系可以產(chǎn)生由Fe（Ⅲ）和有機化合物形成的具有

2024 年.第 1 期 孫夢穎．鐵基芬頓體系的研究進展 - 25 -

潛在光不穩(wěn)定性的絡合物，配體通過光輻射作用在

Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）之間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，因此體系中存

在更多的Fe（Ⅱ）活性物質(zhì)，如式（7）所示。所有的

芬頓體系都可以引入光輻射以增強其催化性能[20]。

Fe（Ⅲ）＋H2O2＋hv→Fe（Ⅱ）＋·O2H＋H+ （6）

Fe（OOCR）2+＋hv→Fe（Ⅱ）＋·R＋CO2 （7）

2.3.2 電化學芬頓體系

單一芬頓體系中存在 pH 值適用范圍低，大量

H2O2的使用造成資源浪費等問題，所以研究者逐步

將電催化工藝與芬頓反應相結(jié)合，形成電芬頓催化

體系：（1）加快了 Fe（Ⅱ）的形成；（2）由于陰極

上可以原位生成 H2O2，減少了 H2O2的使用，節(jié)約

大量資源；（3）陽極上水的分解產(chǎn)生H+

，控制了溶

液pH值穩(wěn)定在酸性范圍內(nèi)，抑制鐵離子形成沉淀。

Hu等人[21]將FeNC@C材料涂抹在陰極板上，用于

電化學芬頓反應，結(jié)果表明，該體系對 pH 值的依

賴性較小、穩(wěn)定性高，并且FeNC@C材料還可以進

行循環(huán)利用，可在廢水凈化中得到實際應用。Liu

等人[22]將電催化與芬頓反應結(jié)合用于降解鄰苯二甲

酸甲酯，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實驗裝置中分離的陰極和陽極，

以及陰極和陽極共室的設計，很好地將反應的 pH

值控制在芬頓反應所需要的范圍內(nèi)。陰極上生成的

H2O2使得整個反應過程無需外加H2O2，從而減少大

量的資源消耗。Ammar等人[23]將陰極和陽極共室的

一個催化芬頓體系應用于催化降解橄欖油加工廢水

中的污染物，對于0.03 mM的橄欖油加工廢水的去

除率能夠達到76%，并且反應體系可以自行調(diào)節(jié)溶

液pH值以及反應體系中Fe（Ⅱ）濃度。

還有其他與芬頓反應體系結(jié)合的組合工藝，比

如光電化學組合工藝[24]，與生物降解相結(jié)合的組合

工藝等 [25]。在生物降解前利用芬頓體系將難降解

的有機物轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，大大提高了生物降解

率。另外，電芬頓技術和其他工藝（包括亞硫酸鹽/

硫酸鹽自由基偶聯(lián)，高鐵酸鹽–電芬頓工藝）結(jié)合，

可大大提升電芬頓工藝效率[26]。目前，電芬頓工藝

的大規(guī)模應用需要設計合適的反應器，也需要進一

步分析成本，更好地評估其經(jīng)濟效益。

3 結(jié)論及展望

芬頓反應裝置運用場景廣泛，可用于治理印染

廠廢水、焦化廠廢水等污染水[27-28]，高效、性能穩(wěn)

定的芬頓反應體系影響芬頓反應器的處理效率。近

年來，研究人員通過多種改善方法提高傳統(tǒng)芬頓體

系的催化性能：（1）添加其他試劑（螯合劑等）以

擴大其適用的 pH 值范圍，并提高 Fe（Ⅲ）轉(zhuǎn)化為

Fe（Ⅱ）的轉(zhuǎn)化速率；（2）開發(fā)非均相體系，克服均

相體系中鐵離子析出沉淀、pH值適用范圍小的缺點，

包括鐵氧化物及其與其他活性物質(zhì)（金屬或非金屬

活性物質(zhì)）的復合物；引入載體以擴大催化劑的

表面積，加速污染物的轉(zhuǎn)化速率，提高反應性能。

（3）與其他工藝（包括電化學工藝、微生物降解工藝

等）結(jié)合，提高體系的催化性能。但還有很多難降解

的有機物，比如合成洗滌劑、有機氯農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯

等，有待于開發(fā)新型的芬頓試劑，以使得這些有機

物得到更有效的去除。在改善芬頓體系的研究中，

還需進一步開發(fā)新型工藝，以擴大芬頓試劑的應用

范圍，提高芬頓體系對難降解有機物的去除率。

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摘? 要：比較不同使用規(guī)模TS-1、MWW、HTS分子篩催化劑性能可知：中國石化HTS工業(yè)規(guī)模催化劑

H2O2轉(zhuǎn)化率98.5%，PO選擇性98.5%，PO收率97.0%，處于國際領先水平。采用中國石化自動切

換串聯(lián)反應器模式專利技術，反應器切換時間從120～300 s降低到0.1s。生產(chǎn)規(guī)模100～600 kt·a-1

環(huán)氧丙烷HPPO工業(yè)裝置設置反應器數(shù)量2～12臺，折算二氧化碳減排量147.76～5 319.30 tCO2·a-1。

隨著HPPO工業(yè)裝置生產(chǎn)規(guī)模增加，二氧化碳減排量提高幅度400.17%。今后應重點研發(fā)HPPO工

業(yè)裝置大型環(huán)氧化反應器和大型分離設備，從而解決大型HPPO生產(chǎn)裝置“工程放大效應”問題。

關鍵詞：環(huán)氧丙烷裝置 雙氧水 催化劑 減碳

中圖分類號：TQ223.26 文獻標識碼：A

優(yōu)選催化劑實現(xiàn) HPPO 裝置減碳目標

王福安

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

收稿日期：2023-10-06

作者簡介：王福安，學士，高級工程師。主要從事能源化工工藝開發(fā)、工程設計和項目管理工作。

通訊聯(lián)系人：王福安，wangfuan.ssec@sinopec.com。

Selected Catalyst to Realize Carbon Reduction in HPPO Plant

Wang Fuan

（SINOPEC Shanghai Engineering Co., Ltd，Shanghai 200120，China）

Abstract: Comparing the performance of TS-1, MWW and HTS molecular sieve catalysts of different product

scales, it can be seen that Sinopec's HTS industrial scale catalyst has a H2O2 conversion rate of 98.5%, PO selectivity

of 98.5% and PO yield of 97.0%, which is at the international leading level. Using the Sinopec's patented technology

of automatic switching tandem reactor mode, the reactor switching time is reduced from 120～300 s to 0.1s. A

production scale of 100～600 kt·a-1 HPPO industrial propylene oxide plant is equipped with 2～12 reactors, the

carbon dioxide emission reduction is 147.76～5 319.30 tCO2·a-1. With increase the production scale of HPPO

industrial plant and the reduction of carbon dioxide emission has increased by 400.17%. In the future, emphasis

should be placed on the research and development of large-scale epoxidation reactor and separation equipment

for HPPO industrial plant, in order to solve the problem of \"engineering amplification effect\" in large-scale HPPO

production plant.

Keywords: propylene oxide plant；hydrogen peroxide；catalyst；carbon reduction

2024 年 2 月·第 9 卷·第 1 期 >> 節(jié)能環(huán)保 <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

引用格式：王福安．優(yōu)選催化劑實現(xiàn) HPPO 裝置減碳目標 [J]．石油石化綠色低碳，2024，9（01）：27-32.

- 28 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

目前新能源和新材料市場需求十分旺盛[1]，促

進了“環(huán)氧家族”工程技術體系中環(huán)氧丙烷PO 年

需求量增速達10%以上[2]。為實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能綠色減

碳，正在運行總生產(chǎn)規(guī)模1.80 Mt/a的氯醇法CHPO

多套工業(yè)裝置由于污染嚴重急需轉(zhuǎn)型升級[3]，已產(chǎn)

業(yè)化的環(huán)境友好、節(jié)能減碳的雙氧水法HPPO工藝

是首選技術。中國石化石油化工科學研究院、中國

石化長嶺分公司和中國石化上海工程有限公司等單

位于2014年成功地建成并運行我國第一套100 kt·a-1

工業(yè)規(guī)模HPPO生產(chǎn)裝置，成為第三個擁有完全自

主知識產(chǎn)權的全套HPPO技術專利商[4]。HPPO技術

中環(huán)氧化反應催化劑的制備方法、成型工藝、再生

性能和使用壽命是HPPO核心技術[5]，該文對HPPO

實驗室規(guī)模和工業(yè)規(guī)模牌號為TS-1、MWW、HTS

催化劑進行匯總比較分析，從中優(yōu)選催化劑，以文

獻數(shù)據(jù)和物理化學標準摩爾生成焓為基礎[6]，在不

同生產(chǎn)規(guī)模、不同反應器數(shù)量條件下，尋找減碳規(guī)

律，折算二氧化碳減排量，指出今后HPPO工藝技

術的突破點。

1 HPPO 催化劑性能匯總分析

1.1 開發(fā)新型高效率 HPPO 催化劑

國外鈦硅酸鹽分子篩TS-1催化劑是20世紀80

年代Taramasso等首次以正硅酸四乙酯為硅源、鈦

酸四乙酯為鈦源、四丙基氫氧化銨為模板劑合成的

第一代鈦硅分子篩催化劑[7]。經(jīng)過科學家?guī)资甑?/p>

研究鈦硅分子篩與雙氧水構(gòu)成的催化劑已工業(yè)應

用在烯烴環(huán)氧化反應中，被譽為分子篩催化領域的

里程碑 [8]。丙烯和雙氧水催化反應研究結(jié)果顯示：

TS-1分子篩上PO吸附及異構(gòu)化反應機制將為鈦基

丙烯環(huán)氧化催化劑提供結(jié)構(gòu)改性以增強PO 脫附從

而提高PO選擇性[9]，由此成功地研制開發(fā)出鈦硅分

子篩TS-1催化劑[10]。

國內(nèi)外學者研發(fā)的富硅殼層結(jié)構(gòu)無粘合劑

MWW鈦硅分子篩催化劑[11]，具有選擇性高、穩(wěn)定

性好的特征[12]，進一步研究開發(fā)成熟后有望在大規(guī)

模工業(yè)生產(chǎn)裝置上應用[13]。

中國石化鈦硅分子篩HTS催化劑又稱空心TS-1

催化劑[14]，是中國石化完全自主開發(fā)的表面富硅空

心鈦硅分子篩催化劑。HTS分子篩骨架上四配位Ti

是催化氧化活性中心，部分Ti-OH轉(zhuǎn)變?yōu)楣羌躎i以

及HTS分子篩晶粒，形成空心結(jié)構(gòu)，有利于反應物

擴散緣故[15]。為了更有利于反應分子內(nèi)擴散效應，

HTS催化劑設計為獨特的晶內(nèi)多空心結(jié)構(gòu)，從而形

成催化新材料活性組元，具有高活性、高選擇性、

長壽命的特點[16]，由此HTS催化劑成功地應用在中

國石化大規(guī)模HPPO工業(yè)裝置上，實現(xiàn)長滿安穩(wěn)運

行[17]。鈦硅分子篩與樹脂復合HTS催化劑是將鈦硅

分子篩粉體、聚合單體丙烯腈、聚合單體多烯基化

合物以及制孔劑混合進行聚合反應，加工成型，經(jīng)

抽提、干燥、無機酸反應、無機堿反應，得到鈦硅

分子篩與樹脂復合催化劑[18]。

國外鈦硅酸鹽分子篩TS-1催化劑SEM圖像如

圖1所示；中國石化鈦硅分子篩CTS-1和CTS-2的

HTS催化劑NH3-TPD譜如圖2所示[19]。

圖1 TS-1分子篩SEM圖像

TS-1

圖2 HTS分子篩NH3-TPD譜

100 200 300 400 500 600

溫度，℃

CTS-2

CTS-1

通過TS-1催化劑SEM圖像和HTS催化劑NH3-

TPD譜圖，可對HPPO環(huán)氧化鈦硅分子篩催化劑進

行表征，比較不同催化劑的性能。

1.2 HPPO 催化劑性能匯總與比較

文獻報道HPPO實驗室、小試、中試和工業(yè)生

產(chǎn)規(guī)模牌號為TS-1、MWW、HTS分子篩催化劑性

能與工藝參數(shù)比較分析和匯總?cè)绫?所示。

2024 年.第 1 期 王福安．優(yōu)選催化劑實現(xiàn) HPPO 裝置減碳目標 - 29 -

由表可知在反應溫度 40～65 ℃、反應壓力

0.4～2.5 MPa條件下，不同應用規(guī)模催化劑H2O2轉(zhuǎn)

化率 81.0%～100.0%，PO 選擇性 72.0%～99.9%，

PO收率58.3～99.9%。進一步比較發(fā)現(xiàn)，長嶺HTS

工業(yè)催化劑H2O2轉(zhuǎn)化率98.5%，PO選擇性98.5%，

PO收率97.0%。這些指標處于國際領先水平，而且

已在HPPO工業(yè)裝置上得到應用，因此選擇該催化

劑作為典型催化劑進行下一步研究。

2 HPPO 裝置減碳的計算

2.1 開發(fā)短時間切換工藝手術

在 HPPO 工藝技術從實驗室到產(chǎn)業(yè)化過程中，

國內(nèi)外申請發(fā)明專利層出不窮[20]。從全球申請人排

名來看，中國石化公司申請量占第一位，緊隨其后

的是BASF公司、Evonik公司、Dow公司、住友株

式會社和Uhde公司[21]。采用中國石化自動切換串

聯(lián)反應器模式專利技術進行減碳計算[22]，生產(chǎn)規(guī)模

100～600 kt·a-1環(huán)氧丙烷HPPO裝置，常規(guī)設計設置

2～12 臺串聯(lián)環(huán)氧化反應器。當 HPPO 工業(yè)裝置反

應器采用串聯(lián)工藝流程時，考慮串聯(lián)反應器“正常

投運”與“再生操作”2種不同操作模式，這2種模

式可在自控儀表操作站或者輔助操作臺上實現(xiàn)一鍵

切換。在“正常投運”模式時，反應器聯(lián)鎖保護功

能正常運行，完全滿足保護工藝設備要求。一旦切

換至“再生操作”模式時，該反應器進入正常再生

工況聯(lián)鎖保護狀態(tài)，此時原來聯(lián)鎖功能可以分為以

下幾種變換方式：

（1）正常投運設定值改變；

（2）安全聯(lián)鎖保護功能保持；

（3）正常投運聯(lián)鎖功能失效；

（4）正常投運所有功能強制鎖定。

HPPO 工業(yè)裝置“正常投運”與“再生操作”

二種不同操作工況反應器自動切換模式2臺串聯(lián)反

應器工藝流程示意如圖3所示，8臺串聯(lián)反應器工藝

流程示意如圖4所示。

表 1 工藝參數(shù)與不同應用規(guī)模催化劑性能匯總

催化劑名稱 催化劑牌號 規(guī)模 反應溫度 /℃ 反應壓力 /MPa H2O2 轉(zhuǎn)化率，% PO 選擇性，% PO 收率，% 文獻來源

國外早期催化劑 TS-1 研究 – – 81.0 72.0 58.3 [3]

Evonik-Uhde 催化劑 TS-1 工業(yè) – – 97.0 90.5 87.8 [10]

BASF-Dow 催化劑 TS-1 工業(yè) – – 97.0 90.5 87.8 [10]

富硅殼層催化劑 MWW 研究 – – 90.0 88.0 79.2 [12]

富硅殼層催化劑 MWW 研究 – – 100.0 98.0 98.0 [13]

空心改性催化劑 HTS 研究 40 0.4 97.0 93.6 90.8 [3]

長嶺工業(yè)催化劑 HTS 工業(yè) 65 2.0 98.5 98.5 97.0 [17]

樹脂復合催化劑 HTS 研究 50 2.5 100.0 99.9 99.9 [18]

圖 3 中 2 臺串聯(lián)反應器一鍵自動切換工藝流程

描述：當反應器b正常運行和反應器c再生操作

圖4 八臺串聯(lián)反應器自動切換流程示意

61 62 63 64

11

101 104

102

103

105 106 107 108 109 110 111 112

113

13 15 17 19 21 23 25

12 14

31

32

33

34

51

52

53

54

16 18 20 22 24 26

1 2 3 4 5 6 7 8 9

圖3 二臺串聯(lián)反應器自動切換流程示意

l

v

o b a

u

k

m

p

n

w

c

- 30 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

時，工藝物料入口閥門k 打開，工藝物料出口閥

門m打開，工藝物料旁路閥門o關閉；工藝物料

入口閥門l關閉，工藝物料出口閥門n關閉，工

藝物料旁路閥門p打開；來自界外的工藝物流進料

u通過工藝物料入口閥門k進入反應器b進行環(huán)

氧化催化反應，丙烯原料和雙氧水原料轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)氧

丙烷產(chǎn)品并通過工藝物料出口閥門m流出，流出的

工藝物料v通過工藝物料旁路閥門p作為工藝物

流出料w送出界外。

由此采用中國石化專利技術實現(xiàn)環(huán)氧丙烷

HPPO 工業(yè)裝置 2 臺串聯(lián)反應器上述工況一、工況

二之間一鍵自動切換。

按2臺串聯(lián)反應器工藝說明可類推4～12臺串

聯(lián)反應器一鍵自動切換工藝過程。圖4中a～h為

8臺串聯(lián)反應器，i為預分離塔。

2.2 修正生成焓計算減碳步驟

在工業(yè)生產(chǎn) PO產(chǎn)品過程中的二氧化碳排放包

括：過程燃燒產(chǎn)生二氧化碳、界外輸入電量和界外

輸入蒸汽[23]。但在二氧化碳排放統(tǒng)計中，存在口徑

基準不一、數(shù)據(jù)收集不全、重復統(tǒng)計計數(shù)等問題，

最終使二氧化碳排放量數(shù)據(jù)誤差較大。

HPPO 裝置二氧化碳排放計算分為三個部分：

一是原料帶入產(chǎn)生的排放；二是消耗水電汽公用工

程能耗的排放；三是丙烯環(huán)氧化反應過程生成的

排放。環(huán)氧化反應器切換時間從120～300 s降低到

0.1 s，通過對比能夠計算得到第二、三部分減少二

氧化碳的排放數(shù)據(jù)，而原料排放數(shù)據(jù)與上游裝置的

情況相關，由于缺少上游裝置數(shù)據(jù)而無法直接計算

得到第一部分減少二氧化碳的排放數(shù)據(jù)。本文采用

標準摩爾生成焓作為理論基礎計算第一部分丙烯和

雙氧水原料的二氧化碳排放數(shù)據(jù)。

物理化學中某物質(zhì)標準摩爾生成焓是由最穩(wěn)定

單質(zhì)生成該物質(zhì)時的標準摩爾反應焓，標準摩爾燃

燒焓是該物質(zhì)在氧氣中完全燃燒時的標準摩爾反應

焓，兩者均依賴于該物質(zhì)的本性和溫度，通常物理

化學數(shù)據(jù)手冊收集的是298.15 K（即25 ℃）時的數(shù)

據(jù)。采用標準摩爾生成焓作為理論基礎進行丙烯和

雙氧水原料的減碳計算，步驟如下：

（1）查閱物理化學數(shù)據(jù)手冊得到標準摩爾生成

焓和標準摩爾燃燒焓；

（2）計算得到在操作運行溫度、壓力條件下的

摩爾生成焓和摩爾燃燒焓；

（3）折算得到丙烯、雙氧水原料質(zhì)量生成焓和

質(zhì)量燃燒焓；

表 2 不同反應器數(shù)量 HPPO 裝置優(yōu)化效果一覽（已設計或已投產(chǎn)）

HPPO 裝置生產(chǎn)規(guī)模 kt·a-1 100 100 200 200 300 300 300

催化反應器數(shù)量 set 2 4 2 4 4 6 8

催化反應器反應溫度 ℃ 60 60 60 60 60 60 60

催化反應器反應壓力 MPa 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0

催化劑運行時間 hr 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200

催化劑再生時間 hr 80 80 80 80 80 80 80

原有切換時間 s 160.0 120.0 300.0 160.0 200.0 160.0 140.0

自動切換時間 s 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1

節(jié)省雙氧水原料物耗 tH2O2·a-1 7.81 11.71 29.30 31.24 58.59 70.30 82.01

節(jié)省丙烯原料物耗 tC3H6·a-1 9.65 14.47 36.19 38.60 72.38 86.84 101.31

環(huán)氧丙烷減排 CO2 量 tCO2·a-1 36.36 54.53 136.40 145.45 272.76 327.27 381.78

反應過程減排 CO2 量 tCO2·a-1 61.05 91.56 229.00 244.20 457.93 549.45 640.96

合計二氧化碳減排量 tCO2·a-1 147.76 221.59 554.26 591.03 1 108.33 1 329.82 1 551.32

2024 年.第 1 期 王福安．優(yōu)選催化劑實現(xiàn) HPPO 裝置減碳目標 - 31 -

（4）采用丙烯、雙氧水原料平均實測值進行修

正得到修正質(zhì)量生成焓；

（5）將丙烯、雙氧水原料修正質(zhì)量生成焓用于

節(jié)省雙氧水原料物耗量、節(jié)省丙烯原料物耗量折算

二氧化碳減排量中。

2.3 不同反應器數(shù)量減碳效果

環(huán)氧丙烷 HPPO 裝置設置 2～12 臺串聯(lián)環(huán)氧

化反應器，其中已完成工程設計或者已投產(chǎn)運行

100～300 kt·a-1生產(chǎn)規(guī)模HPPO裝置不同反應器數(shù)量

優(yōu)化效果見表2，已開展項目規(guī)劃或者正在工程設

計400～600 kt·a-1生產(chǎn)規(guī)模HPPO裝置不同反應器數(shù)

量優(yōu)化效果見表3。

由表可知：在反應器切換時間從120～300 s降

低到0.1 s后，節(jié)省雙氧水原料和丙烯原料物耗量。

100～600 kt·a-1環(huán)氧丙烷HPPO裝置，設置反應器數(shù)

量從2臺到12臺，折算二氧化碳減排量在147.76～

5 319.30 tCO2·a-1之間。

3 結(jié)果與討論

（1）比較不同規(guī)模牌號為TS-1、MWW、HTS

分子篩催化劑性能，在反應溫度 40～65 ℃、反應

壓力 0.4～2.5 MPa 條件下，催化劑 H2O2轉(zhuǎn)化率在

81.0%～100.0%之間，PO選擇性在72.0%～99.9%之

間，PO收率在58.3%～99.9%之間。中國石化HTS

牌號實驗室規(guī)模催化劑H2O2轉(zhuǎn)化率100.0%，PO選

擇性 99.9%，PO 收率 99.9%；中國石化 HTS 牌號

工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模催化劑 H2O2轉(zhuǎn)化率 98.5%，PO 選擇

性98.5%，PO收率97.0%；從實驗室規(guī)模樹脂復合

HTS 催化劑到長嶺工業(yè)規(guī)模 HTS 催化劑 H2O2轉(zhuǎn)化

率、PO選擇性和PO收率都是最高的，處于國際領

先水平。

（2）中國石化長嶺工業(yè) HTS 催化劑 H2O2轉(zhuǎn)化

率、PO選擇性、PO收率屬于國際領先的指標，而

且已在HPPO工業(yè)裝置上得到應用，選擇該催化劑

作為典型催化劑繼續(xù)研究。

（3）采用中國石化自動切換串聯(lián)反應器模式

的專利技術，反應器切換時間從120～300 s降低到

0.1 s，從而節(jié)省雙氧水原料和丙烯原料物耗量。

（4）應用物理化學標準摩爾生成焓轉(zhuǎn)換為修正

質(zhì)量生成焓進行減碳計算，生產(chǎn)規(guī)模100～600 kt·a-1

環(huán)氧丙烷HPPO裝置，反應器數(shù)量2～12臺，折算

二氧化碳減排量147.76～5 319.30 tCO2·a-1之間。

（5）在相同反應器數(shù)量條件下，隨著HPPO裝

置生產(chǎn)規(guī)模的增加，二氧化碳減排量提高；生產(chǎn)規(guī)

表 3 不同反應器數(shù)量 HPPO裝置優(yōu)化效果一覽（已規(guī)劃或設計中）

HPPO 裝置生產(chǎn)規(guī)模 kt·a-1 400 400 400 400 600 600 600

催化反應器數(shù)量 set 6 8 10 12 8 10 12

催化反應器反應溫度 ℃ 60 60 60 60 60 60 60

催化反應器反應壓力 MPa 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0

催化劑運行時間 hr 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200

催化劑再生時間 hr 80 80 80 80 80 80 80

原有切換時間 s 160.0 160.0 150.0 130.0 200.0 180.0 160.0

自動切換時間 s 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1

節(jié)省雙氧水原料物耗 tH2O2·a-1 93.73 124.98 146.45 152.30 234.37 263.65 281.20

節(jié)省丙烯原料物耗 tC3H6·a-1 115.79 154.39 180.91 188.13 289.51 325.68 347.37

環(huán)氧丙烷減排 CO2 量 tCO2·a-1 436.35 581.81 681.77 708.97 1 091.02 1 227.33 1 309.06

反應過程減排 CO2 量 tCO2·a-1 732.59 976.79 1 144.63 1 190.30 1 831.72 2 060.57 2 197.78

合計二氧化碳減排量 tCO2·a-1 1 773.10 2 364.13 2 770.35 2 880.87 4 433.30 4 987.19 5 319.30

- 32 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

模100～300 kt·a-1環(huán)氧丙烷HPPO裝置設置4臺串聯(lián)

反應器，二氧化碳減排量從221.59 tCO2·a-1提高到

1 108.33 tCO2·a-1，提高幅度400.17%，表明增加生

產(chǎn)規(guī)模HPPO工業(yè)裝置的規(guī)模效應明顯。生產(chǎn)規(guī)模

越大越有利于HPPO裝置減碳，但需要解決“工程

放大效應”問題。

（6）在HPPO裝置相同生產(chǎn)規(guī)模條件下，隨著

反應器數(shù)量的增加，二氧化碳減排量提高；生產(chǎn)規(guī)

模400 kt·a-1環(huán)氧丙烷HPPO裝置設置6～12臺串聯(lián)

反應器，二氧化碳減排量從1 773.10 tCO2·a-1提高到

2 880.87 tCO2·a-1，提高幅度62.48%，表明增加反應

器數(shù)量除穩(wěn)定運行外還能產(chǎn)生額外的減碳效果。串

聯(lián)反應器數(shù)量越多越有利于HPPO裝置減碳，但增

加HPPO工業(yè)裝置設備投資費用，需要在建設投資

與操作運行二者中優(yōu)化。

（7）相同反應器數(shù)量、HPPO裝置生產(chǎn)規(guī)模增

加的二氧化碳減排量提高幅度，遠遠大于相同生產(chǎn)

規(guī)模、HPPO裝置環(huán)氧化串聯(lián)反應器數(shù)量增加的二

氧化碳減排量提高幅度，今后應重點解決HPPO裝

置“工程放大效應”問題，研究開發(fā)大型環(huán)氧化反

應器和大型分離設備以進一步實現(xiàn)減碳目標。

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摘? 要：應用硫轉(zhuǎn)移劑是實現(xiàn)催化裂化煙氣脫硫的理想方式。近年來，有關硫轉(zhuǎn)移劑在催化裂化裝置工業(yè)應

用的報道層出不窮，但有關應用過程中對裝置熱平衡影響的研究較少。該文根據(jù)JF–SN1P硫轉(zhuǎn)移劑

在某公司2.8 Mt/a兩段再生催化裂化裝置的工業(yè)應用實際，量化分析了JF–SN1P硫轉(zhuǎn)移劑對催化裂

化裝置熱平衡的影響。結(jié)果表明，JF–SN1P劑有促進CO燃燒轉(zhuǎn)化成CO2的助燃作用，可使催化裂

化貧氧再生段CO含量由6.8%降至3.5%，CO2含量由13.2%升至16.4%；焦炭在貧氧段完全燃燒比

例隨之增加，貧氧段燒焦放熱增加，總反應再生燒焦放熱增加，占總燒焦放熱比例增加9.98%；貧

氧段再生煙氣中可釋放的CO燃燒熱量減少，為使余熱鍋爐爐膛溫度保持穩(wěn)定，需提高瓦斯消耗量

以達熱平衡。

關鍵詞：催化裂化 兩段再生 硫轉(zhuǎn)移劑 熱平衡 助燃

硫轉(zhuǎn)移劑對兩段再生催化裂化裝置熱平衡的影響

樊繼磊，張澤石

（大連西太平洋石油化工有限公司，遼寧大連 116600）

收稿日期：2023-07-16

作者簡介：樊繼磊，學士，高級工程師。目前主要從事催化裝置的生產(chǎn)管理和工藝管理工作。

通訊聯(lián)系人：樊繼磊，fanjilei@petrochina.com.cn。

Effect of Sulfur Transfer Agent on Thermal Balance of

Two-stage Regeneration Catalytic Cracking Unit

Fan Jilei，Zhang Zeshi

(Dalian West Pacific Petrochemical Co., Ltd，Dalian，Liaoning 116600，China)

Abstract: The application of sulfur transfer agents is an ideal way to achieve desulfurization of catalytic cracking flue

gas. In recent years, there have been numerous reports on the industrial application of sulfur transfer agents in catalytic

cracking units, but there is little research on the impact of application on the thermal balance of the unit. Based on the

industrial application of JF-SN1P sulfur transfer agent in the 2.8 Mt/a two-stage regeneration catalytic cracking unit of

a company, this article quantitatively analyzes the impact of JF-SN1P sulfur transfer agent on the thermal balance of the

catalytic cracking unit. The results show that JF-SN1P agent has a combustion promoting effect on the conversion of

CO into CO2, which can reduce the CO content in the lean oxygen regeneration section of catalytic cracking from 6.8%

to 3.5%, and increase the CO2 content from 13.2% to 16.4%. The proportion of complete combustion of coke increases,

the heat release of coke in the lean oxygen section increases, and the heat release of total reaction regeneration coke

increases, increase of 9.98% in the proportion of total coking heat release. The CO combustion heat that can be released

in the regeneration flue gas of the lean oxygen section is reduced. In order to maintain stable furnace temperature of

2024 年 2 月·第 9 卷·第 1 期 >> 過程優(yōu)化 <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

引用格式：樊繼磊，張澤石．硫轉(zhuǎn)移劑對兩段再生催化裂化裝置熱平衡的影響 [J]．石油石化綠色低碳，2024，9（01）：33-38.

- 34 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

催化裂化作為煉油生產(chǎn)中最核心的技術之一，

其催化劑再生過程中會產(chǎn)生大量含CO2、CO、SOx、

NOx的高溫煙氣，并夾帶有催化劑微塵。因最后煙

氣排放至大氣，再生煙氣成為催化裂化裝置及煉廠

的主要污染源 [1-5]。隨著環(huán)保標準的提高，煙氣必

須進行脫硫、脫硝、除塵，以實現(xiàn)達標排放。國內(nèi)

外解決煙氣脫硫的技術路線主要是煙氣濕法堿洗脫

硫和硫轉(zhuǎn)移脫硫[6-13]。近幾年，硫轉(zhuǎn)移助劑的研究

和生產(chǎn)又有新的發(fā)展 [14-20]，且助劑價格大幅降低，

其應用效果和經(jīng)濟性成為煉廠關注的重要課題。

催化裂化裝置是一個自給自足的熱平衡系統(tǒng)，

即反應器（需熱）、再生器（供熱）和外取熱器（取

熱）三者的平衡，煙氣余熱由鍋爐取走產(chǎn)汽，熱平

衡控制為催化裂化裝置日常操作控制指標之一[21-24]。

早期研究人員根據(jù)系統(tǒng)特點，將系統(tǒng)劃分為反應器

子系統(tǒng)、余熱鍋爐及再生器兩個用能子系統(tǒng)，通過

對各系統(tǒng)的能量利用率及各項熱損失的計算，可判

斷系統(tǒng)的用能水平進而完成對系統(tǒng)熱平衡的分析[25-

26]。如今催化熱平衡研究方法較多，包括熱力學法

（或產(chǎn)品分析法，基于燃燒熱或生成熱）、熱平衡實

測法，以及分子膨脹法、催化焦法和二參數(shù)關聯(lián)法

等[27-30]，通過對熱平衡的研究可對催化劑循環(huán)流化

與外取熱運行工況不穩(wěn)定等熱量難平衡問題進行分

析解決，并對反應再生器內(nèi)構(gòu)件、外取熱、余熱鍋

爐等技術改造和優(yōu)化提供理論指導（以下對第一再

生器簡稱為一再，對第二再生器簡稱為二再）。

某公司2.8 Mt/a催化裂化裝置采用沉降器與一

再同軸、一再貧氧二再富氧的兩段再生結(jié)構(gòu)，同時

配備3臺CO焚燒爐（兩開一備）和余熱鍋爐，一再

貧氧燒焦負荷（質(zhì)量分數(shù)）約占85%，二再富氧燒

焦負荷約占15%[30]，兩段再生產(chǎn)生的煙氣一起進入

CO焚燒爐，在600 ℃以上條件下燒掉煙氣中的CO

后進入余熱鍋爐發(fā)生3.5 MPa蒸汽，進一步回收熱

能，使煙氣溫度降至200 ℃以下，排至煙氣脫硫塔

脫除煙氣中大部分SO2后排至大氣（控制外排煙氣

SO2≤50 mg/m3

）。該公司FCC裝置原料硫含量高，

煙氣脫硫液堿費用較高，約4 000萬/a以上。為降

低裝置NaOH使用量，提高運行經(jīng)濟效益，公司于

2023年3月14日在FCC裝置上進行了JF–SN1P型硫

轉(zhuǎn)移劑（以下簡稱JF–SN1P劑）的工業(yè)試用。該文

對報道研究較少的硫轉(zhuǎn)移劑試用過程中對FCC裝置

熱平衡的影響進行了系統(tǒng)分析，計算研究了相同燒

焦量下反應再生燒焦生熱比例的變化和對裝置處理

量、產(chǎn)汽量和鍋爐操作的影響，對硫轉(zhuǎn)移劑在兩段

再生FCC裝置上的應用提供了補充性的理論指導。

1 JF-SN1P 劑簡介

1.1 物化性質(zhì)

JF–SN1P劑由類尖晶石結(jié)構(gòu)的復合金屬氧化物

微顆粒組成，可供貧氧再生催化裂化裝置應用的硫

轉(zhuǎn)移固體助劑，其主要理化指標見表1。

表 1 JF-SN1P 劑主要理化指標

項目 指標 測試方法

灼減率，m% ≤13 HG/T3927

比表面積 /（m2

/g） ≥50 GB/T5816

孔體積 /（mL/g） ≥0.2 Q/SH349907

表觀密度 /（g/mL） 0.80 ～ 1.20 Q/SH660925

磨損指數(shù)，% ≤4.5 Q/SH349909

0 ～ 20 μm 篩分比例，% ≤5 Q/SH349911

0 ～ 40 μm 篩分比例，% ≤20 Q/SH349911

the waste heat boiler, it is necessary to increase gas consumption to achieve heat balance.

Keywords:catalytic cracking；two-stage regeneration；sulfur transfer agent；thermal balan；cecombustion

supporting

1.2 作用機理

JF–SN1P硫轉(zhuǎn)移劑作用于再生器燒焦過程，能

有效將煙氣中的 SOx轉(zhuǎn)移至產(chǎn)品液化氣和干氣中，

最終進硫磺回收裝置，從而大幅降低再生煙氣中

SOx濃度，同時節(jié)約煙氣脫硫液堿用量。

初始形態(tài)的硫轉(zhuǎn)移劑加入至FCC裝置再生器，

在再生器中利用再生空氣中的O2促進煙氣中SO2生

成SO3，硫轉(zhuǎn)移劑中的堿性活性組分與 SO3結(jié)合形

成高溫穩(wěn)定的硫酸鹽，隨再生催化劑循環(huán)進入提升

管反應器。在提升管反應器中H2及還原性烴類存在

的條件下，硫酸鹽發(fā)生兩類還原反應[31-36]，一類將

硫酸鹽還原為硫轉(zhuǎn)移劑初始形態(tài)和H2S；另一類還

2024 年.第 1 期 樊繼磊，張澤石．硫轉(zhuǎn)移劑對兩段再生催化裂化裝置熱平衡的影響 - 35 -

原反應生成中間硫化物，繼續(xù)隨主催化劑循環(huán)進入

沉降器汽提段，在高溫條件下與油氣中的水蒸氣繼

續(xù)發(fā)生反應，生成硫轉(zhuǎn)移劑的初始形態(tài)，同時產(chǎn)生

H2S。最終以硫轉(zhuǎn)移劑初始形態(tài)隨待生催化劑循環(huán)

進入再生器，完成整個硫轉(zhuǎn)移劑與SOx的反應：吸

附、還原、脫除硫化物、最后再生恢復活性的整個

過程[35-37]。

具體反應機理如下（M為硫轉(zhuǎn)移劑中的活性金

屬組分）。

（1）再生器中發(fā)生的反應：

SO2＋1/2O2→SO3

MO＋SO3→MSO4

（2）提升管和汽提段中發(fā)生的還原反應：

MSO4＋4H2→MS＋4H2O

MSO4＋4H2→MO＋H2S＋3H2O

MS＋H2O→MO＋H2S

2 工業(yè)應用

2.1 加入方案

JF–SN1P 劑試用期為 13 天，共計 11.8 噸。結(jié)

合裝置實際情況，以最優(yōu)最有效方案實現(xiàn)再生煙氣

控制目標，JF–SN1P劑的使用在加劑初期按照“藏

量高限，按需添加”的原則進行。JF–SN1P劑需要

適當?shù)膭┝坎拍艹浞职l(fā)揮作用，因此定時定量多次

加注該劑。通過小型加料系統(tǒng)，按每日新鮮催化劑

（加入量約8.9 t）的3%～3.5%向一再均勻加注硫轉(zhuǎn)

移劑，每天加注 3 次，每次間隔時間 8 小時。在快

速加注期，煙氣脫硫液堿用量降幅達31%后，加注

量調(diào)整為平穩(wěn)加注，并以JF–SN1P劑藏量占比（質(zhì)

量分數(shù)）達到系統(tǒng)總藏量（約350噸）的2.5%為目

標，具體加注方案見表2。

表 3 加注 JF-SN1P 劑前后原料性質(zhì)對比

項目 加劑前 加劑后

密度（20 ℃）/（kg/m3

） 931.6 930.5

餾程：初餾點 /℃ 196.5 205.8

10%/℃ 333.3 334.5

50%/℃ 499.3 496.3

90%/℃ 654.5 653.8

95%/℃ 692.0 691.8

殘?zhí)亢浚?（ω） 5.85 5.51

總硫含量，%（ω） 0.49 0.55

總氮含量，%（ω） 0.19 0.21

金屬含量：Fe/（μg/g） 5.59 4.34

Ni 含量 /（μg/g） 7.10 7.26

V 含量 /（μg/g） 8.04 8.04

Na 含量 /（μg/g） 0.39 0.42

表 4 加注 JF-SN1P 劑前后主要操作參數(shù)對比

項目 加劑前 加劑后

處理量 /（t/h） 260 260

提升管出口溫度 /℃ 524 526

貧氧段稀相溫度 /℃ 694 696

貧氧段密相床層溫度 /℃ 702 705

貧氧段主風量（標準態(tài)）/（m3

/h） 180 000 175 000

貧氧段 O2 含量，% 0 0

貧氧段 CO 含量，% 6.8 3.5

貧氧段 CO2 含量，% 13.2 16.4

富氧段稀相溫度 /℃ 736 742

富氧段密相床層溫度 /℃ 736 742

富氧段主風量（標準態(tài)）/（m3

/h） 57 000 65 000

富氧段 O2 含量，%（ω） 4.28 4.44

富氧段 CO2 含量，%（ω） 15.07 14.57

再生煙氣中 SO2 濃度 /（mg/m3

） 2 000 1 377.28

硫轉(zhuǎn)移率，% 0 31

2.2 原料性質(zhì)和操作條件

FCC裝置以加氫渣油和低硫渣油（約7∶1）為

原料，JF–SN1P劑加注前后混合原料性質(zhì)和操作條

件分別見表3、表4。

表 2 JF-SN1P 劑加注方案

階段 日期 每日加注量 /kg

適應期

2023.3.14 1 000

2023.3.15 800

2023.3.16 900

快速加注期

2023.3.17 1 300

2023.3.18-3.23 1 200

平穩(wěn)加注期 2023.3.24-3.26 200

- 36 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

據(jù)表3，JF–SN1P劑加注前后原料性質(zhì)相對穩(wěn)

定。由表 4可知，JF–SN1P 劑加注后，一再 CO 含

量由6.8%降至3.5%，CO2含量由13.2%升至16.4%，

硫轉(zhuǎn)移劑的加入促使更多的CO 氧化生成 CO2，起

到了CO助燃的作用，CO含量和JF–SN1P劑藏量占

比變化曲線見圖1。隨著JF–SN1P系統(tǒng)藏量占比不

斷提高，其促進CO轉(zhuǎn)化成CO2作用越明顯，貧氧

段CO含量越來越低。達到目標JF–SN1P劑藏量占

比后，貧氧段CO含量達到最低。此后因FCC裝置

反應再生部分取熱受限，停止加注JF–SN1P劑。此

種硫轉(zhuǎn)移劑活性隨藏量變化明顯，藏量占比下降，

助燃活性隨即下降，貧氧段CO含量開始上升。

量冷硫轉(zhuǎn)移劑一次加入過程中，若加劑速率過快，

短時間內(nèi)再生器局部硫轉(zhuǎn)移劑高濃度聚集，奪氧作

用強烈，還會使再生器密相床層局部溫度驟然下

降，對燒焦過程產(chǎn)生一定影響，導致貧氧再生煙氣

一氧化碳含量下降，床溫升高[27]。

針對前述JF–SN1P劑加入后操作參數(shù)的變化，

繼續(xù)深入探究其對 FCC 裝置熱平衡的影響。首先

對反應再生部分熱平衡變化進行量化分析，得表5。

由數(shù)據(jù)可知，JF–SN1P劑的加入使焦炭在一再完全

燃燒比例增加，一再燒焦放熱增加62 945.90 MJ/h，

在總燒焦量基本不變的情況下，總反應再生燒焦放

熱增加78 309.15 MJ/h，燒焦生熱比例增加9.98%。

該工況下反應再生部分需多產(chǎn)29.62 t/h飽和汽才可

達熱量平衡。受 FCC 裝置外取熱器操作負荷限制

（一二再取熱器最大穩(wěn)定總產(chǎn)汽量為89 t/h），反應

再生相較于加劑前僅可提高19 t/h產(chǎn)汽，吸熱量增

加50 236 MJ/h，其余的未回收熱量28 073.15 MJ/h

轉(zhuǎn)化為催化劑升溫熱及煙氣升溫熱，從而導致反應

再生系統(tǒng)床溫上升。裝置不得不采取降量操作。經(jīng)

計算，取熱滿負荷條件下，減少 FCC 裝置處理量

30～40 t/h。

表 5 加注 JF-SN1P 劑前后反應再生系統(tǒng)熱平衡對比

項目 加劑前 加劑后

總燒焦量 /（t/h） 23.68 23.71

焦炭在貧氧段不完全燃燒量 /（t/h） 6.56 3.28

焦炭在貧氧段完全燃燒量 /（t/h） 12.54 15.38

貧氧段燒焦放熱 /（MJ/h） 4706 63.48 533 609.38

焦炭在富氧段燃燒量 /（t/h） 4.58 5.05

富氧段燒焦放熱 /（MJ/h） 149 995.00 165 358.26

反應再生燒焦熱 /（MJ/h） 620 658.48 698 967.63

焦炭全部燒焦放熱 /（MJ/h） 775 297.77 776 350.45

反應再生燒焦生熱比例，% 80.05 90.03

反應再生產(chǎn)汽吸熱 /（MJ/h）

185 080

（對應產(chǎn)汽

70 t/h）

235 316

（對應產(chǎn)汽

89 t/h）

反應再生產(chǎn)汽占燒焦總熱比例，% 23.87 30.31

由于CO燃燒生成CO2熱值（283 kJ/mol）遠高

于C燃燒生成CO熱值（110 kJ/mol），故JF-SN1P劑

加注后，一再燃燒放熱明顯增加，裝置熱平衡出現(xiàn)

明顯變化。

3 對裝置熱平衡的影響

3.1 反應再生熱平衡

根據(jù)前述硫轉(zhuǎn)移劑作用機理，JF–SN1P劑含有

儲氧活性組分，有促進SO2與氧結(jié)合向SO3轉(zhuǎn)化的

催化作用，因而在捕集SOx的同時也會促進再生器

密相局部區(qū)域 CO 氧化生成 CO2，釋放大量熱。由

于 CO 的助燃作用，增加了主風氧耗和燃燒放熱，

兩段再生器稀相、密相溫度均有所升高，外取熱器

滑閥開度和外取熱產(chǎn)汽量均有所增加。此外，在大

圖1 加注JF-SN1P劑期間一再CO含量及

硫轉(zhuǎn)移劑藏量占比變化

7

6

5

4

3

2

1

0

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0

硫轉(zhuǎn)移劑藏量占比，%

貧氧段 CO含量，

%

2023/03/12 2023/03/13 2023/03/14 2023/03/15 2023/03/16 2023/03/17 2023/03/18 2023/03/19 2023/03/20 2023/03/21 2023/03/22 2023/03/23 2023/03/24 2023/03/25 2023/03/26 2023/03/27 2023/03/28 2023/03/29

貧氧段 CO 含量

硫轉(zhuǎn)移劑藏量占比

日 期

為滿足當月計劃處理量（密度0.930 g/cm3

，預

計生焦量9.1%）下的熱平衡，一再煙氣CO含量需

提高至5.1%以上，據(jù)圖1，此時硫轉(zhuǎn)移助劑占系統(tǒng)

2024 年.第 1 期 樊繼磊，張澤石．硫轉(zhuǎn)移劑對兩段再生催化裂化裝置熱平衡的影響 - 37 -

藏量比例約為 0.9%，此工況較正常工況仍多放熱

34 111 MJ/h，對應反再飽和汽量需增加約12.9 t/h。

該裝置自3月27日起停加JF–SN1P劑，至4月10日

一再煙氣CO濃度均值達5.5%（v），再生系統(tǒng)床溫

降低，此時一再產(chǎn)汽量為63 t/h，二再產(chǎn)汽20 t/h，

產(chǎn)汽量在設計負荷內(nèi)，可滿足要求。

3.2 余熱鍋爐操作變化

JF–SN1P劑的加入一定程度上降低了一再煙氣

中 CO 含量，從而減少了煙氣中可釋放的 CO 燃燒

熱量。為保持余熱鍋爐爐膛溫度在600 ℃以上，以

滿足3.5 MPa過熱蒸汽溫度要求（≥430 ℃），F(xiàn)CC

裝置CO焚燒爐A爐和C爐瓦斯耗量分別由1 200和

1 300 m3

/h增加至1 500和3 100 m3

/h，總瓦斯消耗

增加1.617 t/h，多放熱量約71 655.74 MJ/h。據(jù)表5，

加 JF –SN1P 劑前余熱鍋爐燒焦生熱占比 19.95%，

約放熱154 639.29 MJ/h，加劑后占比9.97%，約放

熱77 382.82 MJ/h，再生煙氣余熱鍋爐燃燒熱降低

約77 256.47 MJ/h，因來自反應再生部分煙氣溫度升

高，故加JF–SN1P劑后余熱鍋爐多消耗瓦斯的放熱

量小于煙氣中減少的CO燃燒熱量。

4 操作調(diào)整

（1）JF–SN1P劑加入后，若裝置取熱滿負荷的

情況下仍難以維持熱平衡，需及時降低處理量。

（2）若需保證計劃處理量，應逐漸降低JF–SN1P

劑加注量（硫轉(zhuǎn)移效果隨之下降），持續(xù)監(jiān)控 JF–

SN1P 劑系統(tǒng)藏量下降后裝置操作變化情況，反應

再生部分床溫可控后再逐漸恢復加注比例。

（3）與廠家溝通調(diào)整硫轉(zhuǎn)移劑配方，降低助燃

能力。

5 結(jié)論

JF–SN1P硫轉(zhuǎn)移劑在某公司兩段再生FCC裝置

的工業(yè)應用數(shù)據(jù)表明：（1）JF–SN1P劑有促進CO

燃燒轉(zhuǎn)化成 CO2的助燃作用。隨著 JF–SN1P 劑系

統(tǒng)藏量（質(zhì)量分數(shù)）占比不斷提高至 2.5%，貧氧

段CO含量由6.8%降至3.5%，CO2含量由13.2%升

至16.4%。

（2）反應再生系統(tǒng)熱平衡發(fā)生變化。焦炭在一

再完全燃燒比例增長，燒焦放熱增多，總反應再生

燒焦放熱增大，占總燒焦放熱比例增長9.98%。裝

置加工負荷減少約30～40 t/h。

（3）余熱鍋爐操作發(fā)生變化。貧氧段再生煙氣

中CO含量降低，減少了煙氣中CO在余熱鍋爐的燃

燒熱量，為滿足3.5 MPa過熱蒸汽溫度要求，裝置

通過需提高瓦斯消耗量以使余熱鍋爐爐膛溫度保持

穩(wěn)定。

（4）該文通過總結(jié) JF–SN1P 硫轉(zhuǎn)移劑使用前

后操作參數(shù)變化，應用焦炭燃燒熱法計算反應再生

各段燒焦量和比例變化，提出為平衡過剩熱量所需

操作上的調(diào)整，可為計劃應用硫轉(zhuǎn)移劑的兩段再生

FCC裝置提供補充性的理論指導和借鑒。

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（下轉(zhuǎn)第 72 頁）

摘? 要：為分析靜電分離法脫除催化裂化油漿中固含量影響因素，采用自制靜電分離器試驗裝置，研究填料

直徑和材質(zhì)對催化油漿中催化劑固體顆粒脫除效率影響規(guī)律。結(jié)合數(shù)值模擬，分析填料直徑和材質(zhì)

對其接觸點處電場強度變化的影響。結(jié)果表明，油漿中固體顆粒分離效率隨填料直徑增大而降低，

氧化鋯填料的分離效率最高，玻璃填料的分離效果最差。隨填料直徑和填料相對介電常數(shù)增大，填

料接觸點處的電場強度增大。在不同材質(zhì)填料物化參數(shù)中，填料相對介電常數(shù)對油漿中固體顆粒靜

電分離影響過程起主要作用。

關鍵詞：催化裂化油漿 催化劑固體顆粒 靜電分離 填料 電場強度 分離效率 冷模試驗

填料性質(zhì)對催化裂化油漿靜電分離

效率影響冷模試驗研究

李亮亮，孟鶴，李義鵬，蘭琦

（中國石化安全工程研究院有限公司，化學品安全全國重點實驗室，山東青島 266100）

收稿日期：2023-05-29

作者簡介：李亮亮，博士，高級工程師。目前從事石油化工儲運安全技術研究工作。

通訊聯(lián)系人：李亮亮，lill.qday@sinopec.com。

* 基金項目：中國石化安全工程研究院有限公司青年創(chuàng)新基金（02**6）；中國石化科技部課題資助（KL22**0）

Effect of Filler Properties on Electrostatic Separation Efficiency of FCC Slurry

Li Liangliang，Meng He，Li Yipeng，Lan Qi

（State Key Laboratory of Chemical Safety，SINOPEC Research Institude of Safety Engineering Co., Ltd，

Qingdao，Shandong 266100，China）

Abstract: In order to analyze the factors affecting the removal of solid content in fluid catalytic cracking (FCC)

slurry by electrostatic separation, a self-made electrostatic separator test device is used to study the effect of filler

material and diameter on the removal efficiency of catalyst solid particles in FCC slurry. Combined with numerical

simulation, the influence of packing diameter and material on the electric field strength at the packing contact point

is analyzed. The results show that the separation efficiency of solid particles in oil slurry decreases with the increase

of packing diameter. Zirconia filler has the highest separation efficiency, and glass filler has the worst separation

effect. The electric field intensity at the contact point of the filler increases with the increase of the filler diameter and

the relative dielectric constant of the filler. Among the physicochemical parameters of different fillers, the relative

dielectric constant of fillers plays a major role in the process of electrostatic separation of solid particles in oil slurry.

Keywords: FCC slurry；catalyst particles；electrostatic separation；filler；electric field intensity；separation

efficiency；cold model experiment

2024 年 2 月·第 9 卷·第 1 期 >> 過程優(yōu)化 <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

引用格式：李亮亮，孟鶴，李義鵬，等．填料性質(zhì)對催化裂化油漿靜電分離效率影響冷模試驗研究 [J]．石油石化綠色低碳，2024，9（01）：

39-44.

- 40 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

近年來，催化裂化油漿產(chǎn)量隨國內(nèi)重質(zhì)化、劣

質(zhì)化原油加工增多而持續(xù)增長[1-2]。煉廠部分外甩催

化裂化油漿主要作為燃料油使用，既浪費資源又容

易產(chǎn)生較大環(huán)保問題[3-5]。利用催化裂化油漿作為原

材料制備橡膠軟化劑、碳材料等高附加值產(chǎn)品是國

內(nèi)外提高油漿利用價值的重要發(fā)展方向，但煉廠油

漿中催化劑等固體顆粒（FCCS）含量偏高會對產(chǎn)品

質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，同時因結(jié)焦、堵塞管道等影響

下游生產(chǎn)設備安全[4-10]。國內(nèi)外主要催化裂化油漿

脫固凈化技術包括助劑沉降法、過濾分離法、靜電

分離法等。助劑沉降法分離周期較長、沉降劑遇高

溫可能會分解、脫除效率低；過濾分離法壓降大易

堵塞設備、維護費用高等[12-14]，而靜電分離法還具

有過濾精度高、分離效率高、處理量大等優(yōu)點。

靜電分離法是深度脫除微米級FCCS的重要方

法。其原理是將油漿流經(jīng)填料床，并通過填料床外

加高壓電場將固體顆粒極化，吸附在填料表面，實

現(xiàn)對油漿中微米級固體顆粒的脫除[11]。國內(nèi)外專家

針對靜電分離法脫除FCCS開展大量研究。唐應彪

等人[17]使用自制不銹鋼罐分離器對油漿動態(tài)分離工

藝進行研究，發(fā)現(xiàn)當電壓為12 kV時，靜電分離120

min后固含量可降低至50 μg/g以下。Fritsche等人[18]

通過試驗發(fā)現(xiàn)玻璃填料的成分會影響分離效果，使

用含鉀玻璃填料的分離效率高于只含鈉氧化物的玻

璃填料。郭愛軍等人[19]發(fā)現(xiàn)靜電分離時可添加高介

電常數(shù)、低電導率的助劑促進催化劑顆粒的團聚，

并提高分離效率。方云進等人[20]發(fā)現(xiàn)電場中填料極

化的電荷會集中在填料接觸點附近，顆粒受介電泳

力影響會吸附至此處，該現(xiàn)象稱為“點吸附”。在

“點吸附”理論的基礎上，Li等人[21-22]通過理論與

試驗結(jié)合的方法，提出了“有效吸附點”模型，即

填料接觸點與電場方向的夾角越小，接觸點附近電

場強度越高，對催化劑顆粒的吸附能力越強。

靜電分離效率受油漿粘度和溫度、電壓、填料

粒徑等多種參數(shù)影響，減少油漿處理時間、降低靜

電分離罐外加電壓并提高固體脫除效率，是催化裂

化裝置應用靜電分離脫除設備對油漿高效脫固處理

的關鍵[23-26]。因與我國油漿性質(zhì)不匹配，靜電分離

技術自1988年從美國引進后應用效果一直不佳，且

近些年國內(nèi)對靜電脫固法機理并未完全掌握，限制

了國內(nèi)催化裂化技術水平的提高[27-30]。針對催化裂

化油漿高粘性、難流動等特點，該文通過冷模試驗

方法研究填料直徑和填料材料對靜電分離效果的影

響，并通過多物理場耦合仿真軟件（Comsol）研究

填料參數(shù)對填料接觸點處的電場強度的影響規(guī)律，

為工業(yè)靜電分離器開發(fā)和填料選型提供參考依據(jù)。

1 試驗準備

1.1 試驗介質(zhì)

催化裂化油漿作為一種高粘性流體，常溫狀態(tài)

下流動性較差且易堵塞設備。在實際生產(chǎn)過程中，

通過加熱使催化裂化油漿粘度下降。為簡化試驗過

程，選用與高溫油漿介質(zhì)性質(zhì)較為接近的導熱油，

并在導熱油中加入一定量催化劑顆粒并均勻混合，

模擬高溫狀態(tài)下的含固催化裂化油漿。

1.2 試驗裝置

圖1為自建靜電分離試驗裝置。該裝置包括高

壓直流電源、端蓋、筒體、電極柱和球形填料。其

中，靜電分離器內(nèi)電極為直徑8 mm的圓柱形銅棒，

并與高壓直流電源連接；筒體為兩層亞克力材質(zhì)制

作，內(nèi)層筒體（內(nèi)直徑為8 cm，深度為20 cm）用

于填充填料；外層筒體覆蓋一層與地線連接的銅片

并作為分離器的外電極。端蓋和內(nèi)層筒體底部分別

開設催化裂化油漿的注入口和取樣口。

圖1 靜電分離試驗裝置

內(nèi)電極

端蓋 注入口 注入口 內(nèi)電極 端蓋

球形填料

內(nèi)層筒體

筒體

（外電極）（外電極）

外層筒體

取樣口

DC

取樣分析裝置包括抽濾裝置和索氏抽提裝置。

抽濾裝置由真空泵和砂芯過濾器組成，能在容器內(nèi)

形成較大負壓，加速油漿過濾；索氏抽提裝置包括

圓底燒瓶、提取管、冷凝管、加熱套、循環(huán)水裝

置，圓底燒瓶裝有石油醚和甲苯，用于萃取含固濾

紙上殘留的油漿。

1.3 試驗方法

一般催化裂化油漿溫度在100 ℃以上時，粘度

在10 mPa·s左右。該試驗采用粘度相近的導熱油模

2024 年.第 1 期 - 41 -

擬高溫催化裂化油漿，采用不同粒徑和材質(zhì)的填

料，研究填料參數(shù)對靜電分離效率的影響，其中靜

電分離效率以試驗前后模擬油漿中固含量變化表

示。試驗步驟如下：

（1）干燥濾紙：用定量濾紙包裹濾膜放置于鼓

風干燥箱中，在100 ℃條件下烘干40 min；烘干完

成后，將濾紙與濾膜放置于干燥皿中冷卻至室溫，

用分析天平稱量濾紙和濾膜，記為m1。

（2）配置油漿：使用分析天平分別稱取固定質(zhì)

量的導熱油和催化劑顆粒，并用攪拌器攪拌30 min

至混合均勻，配置固含量為c0的模擬油漿。圖2是

該試驗所使用催化劑顆粒的顯微形貌，其主要成分

為Al2O3–SiO2，中位粒徑為3.02 μm，催化劑顆粒呈

不規(guī)則形狀。

FDEP=2πεf rp

3　　εp–εf

　　　|E|

2

εp＋2εf

（2）

式中：FDEP為介電泳力，N；εp和εf分別為催化

劑顆粒和油漿介質(zhì)的相對介電常數(shù)；rp為催化劑顆

粒半徑，m；E為局部電場強度，V/m。

在催化劑顆粒和油漿介質(zhì)的參數(shù)保持不變時，

顆粒所受的介電泳力與填料接觸點處的局部電場強

度有關。因此，通過數(shù)值模擬研究填料參數(shù)（直

徑、介電常數(shù)）對其接觸點處電場強度的影響，分

析填料參數(shù)對靜電分離效率的影響。所用試驗裝置

為對稱型結(jié)構(gòu)，在進行模擬研究中可取分離器的

部分扇形結(jié)構(gòu)構(gòu)建如圖3所示幾何模型，該模型內(nèi)

側(cè)面（即曲率半徑較小的一側(cè)）設為陽極，外側(cè)面

（即曲率半徑較大的一側(cè)）設為陰極，其余側(cè)面均

設置為絕緣面，即零電荷[17]。在幾何模型中心位置

放置兩個等直徑且相互接觸的球形填料，并通過探

針檢測接觸點處的電場強度。

圖3 幾何模型示意

V0

V ＝ 0（接地）

圖2 催化劑顆粒的顯微形貌

（3）靜電分離：將配置好的模擬油漿由靜電分離

器試驗裝置的注入口倒入分離器內(nèi)，靜態(tài)分離30 min。

（4）取樣分析：待靜電分離完成后，打開分離

器的取樣口，對凈化油漿取樣，記為m2。使用抽濾

裝置和干燥濾膜分離油漿中的催化劑顆粒，之后將

含有催化劑顆粒的濾紙濾膜使用索氏抽提裝置抽提

2 h，將抽提完成的濾紙濾膜放置于鼓風干燥箱中烘

干40 min，再使用干燥皿使濾紙、濾膜冷卻至室溫

并用分析天平稱量濾紙和濾膜質(zhì)量，記為m3。

分離效率 η 采用質(zhì)量法進行測定，計算如式

（1）所示：

η＝c0–（m3–m1）/m2 ×100%

c0

（1）

2 仿真模型

靜電分離過程中，催化劑顆粒受介電泳力驅(qū)使

被吸附至填料接觸點，介電泳力的計算見式（2）[17]：

3 結(jié)果與討論

3.1 填料直徑對靜電分離效率的影響

試驗條件：模擬油漿中固含量為6 mg/g，靜電

電壓為8 000 V，填料是直徑分別為2.5、3、4、5、

9 mm的球形玻璃珠；每組試驗間隔10 min取樣一

次。圖4是填料直徑和分離時間對靜電分離效率影

響關系。

由圖 4 可以看出在分離處理時間相同情況下，

隨著玻璃珠填料直徑增大，靜電分離效率呈逐漸下

降趨勢。靜電分離過程中，填料之間接觸點是影響

分離效率的重要因素，其中催化劑顆粒以“點吸

附”方式被吸附至填料上[17]。在靜電分離器容積保

持不變情況下，增大填料直徑會使填料數(shù)目減少，

填料間接觸點也會隨之減少，導致分離效率隨填料

直徑增大而降低。另外，增大填料直徑也會使填料

李亮亮，等．填料性質(zhì)對催化裂化油漿靜電分離效率影響冷模試驗研究

- 42 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

圖5 玻璃填料直徑對填料接觸點處電場強度影響

1×106

9×105

8×105

7×105

6×105

5×105

4×105

接觸點電場強度 /（V/m）

填料直徑 /mm

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

12 000 V

6 000 V

8 000 V

10 000 V

圖6 不同填料材質(zhì)對靜電分離效率影響

85

80

75

70

65

60

55

50

45

40

靜電分離效率，

%

油漿初始固含量 /（mg/g）

4 5 6

玻璃 氮化硅 氧化鋯

圖4 玻璃填料直徑對靜電分離效率影響曲線

60

50

40

30

20

10

0

靜電分離效率，

%

靜電分離時間 /min

0 10 20 30 40 50

5.0 mm

2.5 mm

3.0 mm

4.0 mm

9.0 mm

顆粒間隙增大，擴大催化劑顆粒與填料接觸點之間

的距離。因此，當分離時間保持不變時，分離效率

隨填料直徑增大而降低。對于同一直徑的填料，其

分離效率隨時間推移呈現(xiàn)先增大后基本趨于穩(wěn)定趨

勢。分離時間超過40 min后，填料基本處于飽和吸

附狀態(tài)，難以繼續(xù)吸附顆粒，因此分離效率基本不

變。此外，填料飽和吸附后，流場的擾動等因素可

能造成已吸附顆粒的再次脫落，繼續(xù)進行靜電分離

可能會導致分離效率略微下降。

通過構(gòu)建不同尺寸填料幾何模型研究填料直徑

對填料接觸點處電場強度的影響，其在不同電壓下

的變化趨勢如圖 5 所示。由圖 5 可知，隨著填料直

徑增大，兩個填料球之間接觸點處的電場強度逐漸

增大，但增幅較??；隨著外加電壓增大，填料球接

觸點的電場強度呈等比例增大。介電泳力是吸附固

體顆粒的主動力，根據(jù)公式（2）可以看出增大電

場強度會直接增大顆粒受到的介電泳力，因此，隨

著填料直徑的增大，被吸附的顆粒受到的介電泳力

也會隨之增大。圖5試驗結(jié)果表明分離效率隨著填

料直徑增大而降低，說明增多填料接觸點，擴大填

料間間隙對分離效率的降低作用大于增大填料接觸

點處電場強度對分離效率的提升作用。

3.2 填料材質(zhì)對靜電分離效率的影響

試驗條件：模擬油漿固含量分別為4、5、6 mg/g，

分離電壓為8 000 V、填料顆粒直徑為3 mm、分離

時間為30 min。

圖6是不同材質(zhì)填料（玻璃球、氮化硅、氧化

鋯）下固含量靜電分離效率變化。由圖7可知，油

漿中固含量相同條件下，氧化鋯填料的分離效率最

高，氮化硅填料次之，玻璃填料的分離效率最低。

該試驗過程中發(fā)現(xiàn)隨著填料相對介電常數(shù)增大，靜

電分離效率升高。

相對介電常數(shù)是表征材料介電性質(zhì)或極化性質(zhì)

的物理參數(shù)，可表征介電材料的貯電能力。在室溫

環(huán)境下，玻璃、氮化硅和氧化鋯材質(zhì)相對介電常數(shù)

圖7 填料材質(zhì)對接觸點電場強度和

顆粒所受介電泳力的影響

3×106

2×106

1×106

0

6.0×10-14

5.0×10-14

4.0×10-14

3.0×10-14

2.0×10-14

1.0×10-14

接觸點電場強度 /（V/m）

顆粒所受平均節(jié)點用力 /N

填料材質(zhì)

玻璃 氮化硅 氧化鋯

接觸點電場強度

顆粒所受平均節(jié)點用力

2024 年.第 1 期 - 43 -

分別為4、8.6和20。填料相對介電常數(shù)越高，其被

電場極化過程中產(chǎn)生的束縛電荷越多，且束縛電荷

量增大會使填料接觸點附近的局部電場強度增大。

三種不同材質(zhì)填料的接觸點處電場強度以及顆粒在

平均時間段所受平均介電泳力計算結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知，氧化鋯填料接觸點處的電場強度最大，

氮化硅填料次之，玻璃填料接觸點處的電場強度最

小。顆粒所受平均介電泳力變化趨勢與接觸點的電

場強度相同，而介電泳力是靜電脫固過程中的主要

驅(qū)動力，對比圖6和圖7結(jié)果，圖7中的變化趨勢與

分離效率隨著填料材質(zhì)的變化趨勢一致，表明填料

材質(zhì)相對介電常數(shù)影響分離效率。

此外，對于同種材質(zhì)的填料，模擬油漿固含量

越低，其靜電分離效率越高。這是由于填料表面逐

漸吸附顆粒后，對油漿的凈化能力會降低，而高固

含量的油漿更容易使填料達到飽和吸附，造成填料

難以繼續(xù)吸附油漿中剩余顆粒而導致靜電分離效率

變低。

4 結(jié)論

（1）基于催化裂化靜電分離試驗裝置進行冷

模試驗，發(fā)現(xiàn)隨填料直徑增大，填料接觸點數(shù)目減

小，填料間隙增大，填料接觸點處電場強度增大，

顆粒受介電力也會隨之增大，但分離效率隨填料直

徑增大而降低，說明分離效率更易受到填料接觸點

數(shù)目及填料間隙影響。

（2）對比不同材質(zhì)填料，氧化鋯填料分離效果

最好，玻璃填料分離效果最差；隨著填料相對介電

常數(shù)的增大，填料接觸點的電場強度增大，靜電分

離效果提升。填料材質(zhì)相對介電常數(shù)數(shù)值影響靜電

分離效率，煉廠催化裂化裝置應根據(jù)油漿性質(zhì)，合

理選擇靜電分離裝置填料并優(yōu)化靜電分離條件。

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（12）：141-144.

（上接第 21 頁）

摘? 要：某公司兩套乙烯裝置均通過甲烷化工藝除去粗氫中少量的CO，不同之處是兩套裝置分別采用高、

低溫甲烷化技術路線。該文重點對兩種工藝路線的運行情況進行概述和比較，對比發(fā)現(xiàn)兩者運行指

標均良好，但使用低溫甲烷化工藝，裝置運行能耗更低，裝置運行也更加平穩(wěn)、安全。

關鍵詞：乙烯裝置 催化劑 運行分析 工業(yè)應用 節(jié)能降耗

乙烯裝置甲烷化工藝運行對比分析

胡根洋

（中國石化鎮(zhèn)海煉化公司，浙江寧波 315207）

某公司當前有兩套乙烯，一套（1#

乙烯）產(chǎn)能

100萬t/a、另一套產(chǎn)能120萬t/a（2#

乙烯）。兩套乙

烯分別采用魯姆斯工藝技術和該集團企業(yè)自主開發(fā)

的工藝技術，以石腦油、加裂尾油、循環(huán)乙烷、循

環(huán)丙烷等裂解原料，在高溫、短停留時間下經(jīng)過脫

氫反應和斷裂反應，生成乙烯、丙烯、甲烷、氫氣

等組分，出裂解爐管的烴類物質(zhì)經(jīng)過多次熱交換回

收熱量，同時對烴類物質(zhì)進行粗分離，再經(jīng)壓縮機

提壓至3.8 MPa，經(jīng)前冷系統(tǒng)分離得到乙烯、丙烯、

氫氣等產(chǎn)品。不同之處是1#

乙烯采用高溫甲烷化工

藝技術，2#

乙烯采用低溫甲烷化工藝技術。為對比

兩者優(yōu)缺點，對高、低溫甲烷化工藝技術的工業(yè)應

用情況進行比較分析。

1 甲烷化單元概況

1.1 甲烷化反應

甲烷化反應是在催化劑作用下將深冷系統(tǒng)中的

粗氫（含氫約95%（v））進一步精制，為下游用戶

提供合格氫氣[1-3]。從冷箱系統(tǒng)出來的粗氫體中，一

般含有0.08%～0.15%（v）CO，CO吸附在催化劑表

收稿日期：2023-01-06

作者簡介：胡根洋，學士，工程師。現(xiàn)從事化工生產(chǎn)技術管理工作。

通訊聯(lián)系人：胡根洋，hgy.zhlh@sinopec.com。

Comparative Analysis of Operation of Methanation Process in Ethylene Plant

Hu Genyang

(SINOPEC Zhenhai Refining ＆ Chemical Company，Ningbo，Zhejiang 315207，China)

Abstract: A small amount of CO is removed from crude hydrogen by methanation of both ethylene units in a

company. The difference is that high and low temperature technical route of methanation is used respectively. This

paper focuses on the overview and comparison of the operation of the two process routes. The comparison shows

that the operation indicators of both processes are running well, but using low temperature methanation process

contributes lower energy consumption and smoother and safer operation of the unit.

Keywords: ethylene plant；catalyst；operation analysis；industrial application；energy-saving and cost-reducing

2024 年 2 月·第 9 卷·第 1 期 >> 過程優(yōu)化 <<

石油石化綠色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

引用格式：胡根洋．乙烯裝置甲烷化工藝運行對比分析 [J]．石油石化綠色低碳，2024，9（01）：45-48.

- 46 - 石油石化綠色低碳 2024 年.第 9 卷

面發(fā)生歧化反應，生成表面碳Cads再與氫氣作用生

成甲烷。其反應機理為，CO中的C為SP雜化，與

O形成C＝O鍵，并有一個孤對電子，該孤對電子

與催化劑表面的金屬結(jié)合，成為吸附態(tài)的CO，強

吸附的CO解離形成表面碳Cads和Oads，表面碳Cads

與活化氫經(jīng)多步結(jié)合形成甲烷[4-5]。

甲烷化過程主要方程式：

CO＋3H2 CH4＋H2O＋206.24 kJ/mol

CO＋2H2O CO2＋4H2＋49 kJ/mol

CO2＋4H2 CH4＋2H2O＋165.4 kJ/mol

甲烷化反應是強放熱反應，根據(jù)反應熱計算可

知，每轉(zhuǎn)化1 mol%的CO和CO2，床層溫升分別是

75 ℃和60 ℃[3]。因此，對于絕熱反應器，無論采用

表 1 高低溫催化劑物理特性

項目 單位 高溫甲烷化 低溫甲烷化

物料組成 – Ni/Al2O3 Ni/Al2O3

催化劑型號 – Meth 134（C13-4-04） BC-H-10

外觀 – 球形 黑色齒球

顆粒尺寸 mm 3 ～ 6 3～4.5

堆積密度 kg/m3 850±80 800～1 000

壓碎強度 N/ 顆 ≥50 ＞ 40

保證值壽命 年 5 5

表 2 高低溫催化劑裝填參數(shù)

項目 單位 高溫甲烷化 低溫甲烷化

反應器結(jié)構(gòu) – 絕熱固定床 絕熱固定床

裝填體積 m3 10.054 15.07

床層直徑 mm 2 000 2 000

床層高度 mm 3 200 4 800

圖1 甲烷化流程對比

???

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≥??

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儈??????

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SS

MC

MC

MS

?≒C

0.08%～0.15%

??MS

???

13?щ?

???

13?щ?

???

??SS

???

高溫甲烷化還是低溫甲烷化工藝，粗氫中的CO和

CO2含量皆不宜過高，以確保操作安全。

1.2 甲烷化流程

粗氫被冷箱復熱至30 ℃后進入甲烷化進出料換

熱器，后進入進料加熱器加熱至反應溫度，反應器

床層縱向均勻分布3組測溫層共18個測溫點。1#

乙

烯采用超高壓蒸汽加熱、2#

乙烯采用中壓蒸汽加熱。

甲烷化反應器入口溫度均通過分程控制。甲烷化反

應器流出物先經(jīng)甲烷化進出料換熱器換熱，接著用

循環(huán)水冷卻，并經(jīng)過丙烯冷劑冷卻至15～17 ℃，凝

液返回急冷水塔，氣相送至氫氣干燥器進一步脫除

水分。經(jīng)氫氣干燥器干燥后得到水含量小于1 mL/m3

、

純度大于95%（v）的產(chǎn)品氫供下游各裝置使用。

2 甲烷化催化劑的特性及裝填

2.1 高、低溫甲烷催化劑特性

高、低溫甲烷化催化劑以氧化鎳為主要的活性

成分，以惰性的高鋁瓷球為載體。原料中要求總硫

小于1 mg/L、砷汞鉬總量小于5 mg/L、氯化物總量

小于5 mg/L，防止催化劑永久中毒。同時粗氫中乙

烯含量小于1 000 mg/L，過高的烯烴會誘發(fā)結(jié)焦或

者滲碳。

甲烷化后要求氫氣中CO含量小于1 mL/m3

。

2.2 設備及裝填情況

兩套甲烷化催化劑均由同一公司裝填，裝填方

式一致。