中国炭黑原料油现状和趋势

1、中国炭黑原料油现状和趋势李炳炎，朱兴玲，范汝新(中橡集团炭黑工业研究设计院，643000)1 前言 炭黑是橡胶补强填充剂，约90炭黑用于橡胶工业。炭黑也作为着色剂、紫外光屏蔽剂、抗静电剂或导电剂，广泛用于塑料、化纤、油墨、涂料、电子和干电池等许多行业中。炭黑 的质量对最终制品的质量有着十分重要的影响，因此，炭黑的用户对炭黑的质量要求极为严 格。炭黑原料油对炭黑的质量和收率有着重要的影响，炭黑原料油的费用、占炭黑的生产成 本70以上，因此炭黑生产企业都希望能够得到优质的炭黑原料油。炭黑生产对原料油质量的主要要求是：三环、四环的芳烃含量高，沸点范围较窄，沥青质较少；水分、灰分、机械杂质少；硫含量，

2、钠、钾含量低。目前世界使用的炭黑原料油大体可以分为三类：催化裂化澄清油及其它炼油厂作为副产品的渣油，简称FCC；乙烯裂解装置的塔底油，或称乙烯焦油，简称ET；煤焦油及其馏出物如葸油、防腐油等，简称CT。中国有丰富的煤焦油资源，中国的油炉法炭黑、最初全部是以煤焦油及其馏出物为原料 的，在70年代建立了乙烯裂解装置以后，才开始使用乙烯焦油，但仍以煤焦油为主。中国的 炭黑生产企业针对煤焦油的特点，采取了一系列技术措施，使炭黑的产品质量符合相应的标 准并满足了用户的要求。中国的催化裂化澄清油由于芳烃含量偏低，而价格高于煤焦油和乙 烯焦油，至今还没有作生产炭黑的原料。石油重油(也就是渣油)在1970&q

3、uot;-'1990年间，曾经 被用作生产通用炭黑的原料，后来也是由于芳烃含量低和价格高的原因而停止采用。近几年，中国国民经济发展迅速，GDP年均递增率超过了7，交通运输、高速公路、 汽车和轮胎工业都随着国民经济的快速增长，而快速增长，在这种形势下，炭黑及其原料油10的需求也在快速增长。，在中国，由于催化裂化澄清油、乙烯焦油和煤焦油分别是炼油厂、石油化工厂和焦化厂 的副产品，其产量没有纳入国家或行业的统计系统，因此，缺乏确切的统计数字，只有一些 零星的报道。本文将论述中国炭黑原料油的生产、需求和质量现状及其发展趋势，并对其产量和需求 量进行了推算和预测。 2 世界炭黑原料油现状和趋势

4、世界炭黑原料油1994年和2001年分品种的消费量和澄清油的来源，2001年和1994年分地区的供应和消费量，分别见表1、2、3，从这三个表可以看出世界炭黑原料油的供应和 消费有如下特点：1994年到2001年世界炭黑产量由647万吨增加到721万吨，年均增长16，同期 原料油消费量仅由1172万吨增加到1210万吨，年均增长04。这表明：炭黑生产工艺技术 的进步，使得每生产1吨炭黑平均原料油的消耗量由1994年的183吨降低到168吨。当然 以上数字，不能排除统计中可能产生的误差。-2001年，世界炭黑原料油分品种的消费量，以澄清油为最多、占596，煤焦油次 之、占238，乙烯焦油较少、占1

5、66。美国是炭黑原料油的最大供应国，美国的澄清油供应量约占世界炭黑原料油消费总量的40。但是1994年到2001年始终保持年供应约500万吨的水平。由于西欧和日本焦炭产量减少，因此除中国外，煤焦油的供应量下降。由于世界乙烯生产的发展，乙烯焦油产量和炭黑生产的消费量有较快增长。亚太地区是炭黑原料油消费增长最快，消费量最多，进口量也最多的地区。也是煤焦油和乙烯焦油使用比例较大的地区。西欧曾经是炭黑原料油进口量最多的地区，由于本地区澄清油和乙烯焦油的生产发展，进口量已经由1994年的887kt下降到2001年的281kt。 催化裂化澄清油和渣油，由于采用不同的原油和不同的炼油工艺，不同的炼油厂生产的

6、产品质量也不同。因此美国的几家炭黑原料油供应商，在出口之前进行混配，使之符合炭黑生产要求的规格，并使其质量比较均匀一致。近几年由于石油供应紧张，炼油厂不得 不提炼硫含量高的原油，从而导致澄清油和渣油中的硫含量显著增加。过去采用催化裂化澄清油和渣油混配出来的炭黑原料油，在其产品规格中，硫含量的目标值是2O，而现在75的这种油，硫含量高于2O，最高达到5O。因此在其规格 中，已经把硫含量的目标值提高到4O。原料油中的硫含量约有30进入产品炭黑，目前 尚未发现对橡胶制品性能有显著影响，因此只要工厂排放的废气能够达到当地的环保标准， 这种油还是可以用的。表l1994年和2001年世界炭黑原料油分品种的

7、消费量和澄清油的来源美国 5045 2596 2586 10 2596西欧 1745 2026 795 501 730 1745 281 亚太地区 2803 4516 1839 1820 857 2803 1713 世界其余地区 2507 2962 1989 543 430 2507 455 合计 12100 12100 7209 2874 2017 965l 2449美国4963 27652630 30100 2765西欧 1186 2075 895497 6831188 887 亚太地区 24873450106217766122487963 世界其余地区 308534332392726 3

8、153085 348 合计11721117236979 3029 1710 95252198综上所述，今后几年，世界炭黑原料油的需求量，仍将随着炭黑产量的增长而增长。 澄清油仍将是供应量最多的品种，但是由于环保要求日益严格，将迫使炭黑生产厂家更多 地使用硫含量较低的煤焦油和乙烯焦油。煤焦油的供应量，由于许多地区钢铁和焦炭工业 不再发展，可能保持或稍低于现有水平。乙烯焦油由于乙烯生产仍将较快发展和炭黑生产12的需求增多，供应量仍将继续较快增多。由于原油价格不断上升，炭黑原料油价格也将不 断上升，炭黑生产厂家的处境将更为艰难。3 中国炭黑原料油的生产和供应31乙烯焦油311乙烯和乙烯焦油生产现状

9、乙烯焦油是石油化工厂家在生产乙烯时，裂解装置副产的塔底油，亦称乙烯裂解燃料油。目前中国有乙烯生产企业16家，总生产能力5660kffa，2003年乙烯产量为6116kt。具 体情况见表4。表4 2003年国内乙烯生产装置现状和改造计划，kta乙烯生产装置副产乙烯焦油的产量取决于所用的原料，裂解原料的分子量越大，乙烯 焦油产率就越高，与此同时，生产1吨乙烯的相对原料消耗量也越高，见表5和表6。因此， 为了提高裂解装置的乙烯产量、降低原料消耗，裂解原料已经日趋轻质化，换句话说，每生产1吨乙烯副产的乙烯焦油量日趋降低。表5不同原料的乙烯焦油产率衣)小H原种明。碲熙阙厂早裂解原料名称 乙烯焦油产率，原

10、料量 轻烃<1石脑油25。凝析油 510 轻柴油1020 重油 >20表6 生产lkg乙烯的相对原料消耗量乙烯焦油由于是石油化工厂家在生产乙烯时的一种次要的副产品，因此没有纳入国家 或其上级公司的统计，因此，只能从乙烯的产量进行粗略的估算，但是许多装置使用多种 原料，估算难以确切。中国乙烯原料结构变化情况见表7。表7 中国乙烯原料结构变化情况从表7中可以看出，轻柴油用量比例显著减少，石脑油用量比例显著增加，常压三线油、 减压一线油和蜡下油也有所增加，其它原料变化不大。2000年石脑油、轻烃等轻质原料共占68，轻柴油等重质原料共占32。比较保守的估算方法是：在使用轻质原料时，乙烯焦油

11、 的产量约为乙烯产量的10，在使用重质原料时，乙烯焦油的产量约为乙烯产量的40。如14果在2003年，轻、重质原料的比例分别为70和30，当年乙烯产量为6116kt，估算乙烯焦 油的产量约为1162kt。 ，312乙烯和乙烯焦油发展趋势 长期以来，中国的乙烯消费增长速度高于生产能力的增长。2003年乙烯产量虽然有6116kt，但是当年进口的乙烯下游产品折合乙烯当量消费量为9267h，总的乙烯当量消费量 约15400kt，中国的乙烯产量远不能满足市场需求。由于中国乙烯市场的强劲需求，国内乙烯 生产厂家已经有7家正在扩建(见表4)，跨国公司也看好中国乙烯市场将不断扩展的商机， 纷纷投资参与中国乙烯

12、工业的建设，已经有中海油惠州、扬子一巴斯夫、上海赛科、福建炼化 与埃克森一美孚和沙特阿美等4个项目总生产能力共3200kt在建设，2005年到2007年将先后 投产。有关专家预测，2005年、2010年中国乙烯的需求和生产能力如表8所示，其中2005年 是按已经在建项目预测的，2005年到2010年考虑到中东地区乙烯生产发展很快，故预测在 此期间，除了已经确定的项目外，再新增的生产能力将较少。表8中国乙烯的需求量和生产能力发展预测根据表8，对2005年和2010年的乙烯焦油产量进行了预测，由于缺乏新增装置裂解原 料构成的报道，只能对按照上述发展趋势，对乙烯裂解原料构成进行如下两种假设：(1)在

13、2005年和2010年的乙烯裂解原料中，石脑油、轻烃等轻质原料对轻柴油等重质 原料的比例分别为75：25和80：20；(2)新增加的乙烯生产能力全部使用石脑油、轻烃等轻质原料；表9 2005年和2010年的乙烯焦油产量预测预测结果见表9。从表中的数据可以看出，乙烯焦油产量在2003年到2005年增长较快，2005年到2010年增长将较慢。32煤焦油321中国焦炭生产及煤焦油生产、加工现状 近三年来，随着中国钢铁工业的高速发展，炼焦工业也快速发展。据中国炼焦工业协会统计，中国2000年"-'2003年的焦炭产量如表101所示。由表101可看出，中国焦炭产量2000年为12184

14、万吨，2003年为17775万吨，年平均增长?。其中，机焦产量2000年为8752万吨，2003年为13146万吨，年平均增长为1452。中国化工信息刊载的焦炭产量(见表102)是来自国家统计局的统计数字，由于许 多土焦炉和小机焦的产量没有纳入统计，因此总量偏低，但是其中机焦产量和中国炼焦工业 协会的数字比较接近。表10-1 中国2000年一2003年焦炭产量一览表(中国炼焦协会)表10-2中国2000年一2003年焦炭产量一览表(中国化工信息)煤焦油是焦炭生产的副产品，随着中国焦炭生产的快速发展，其生产能力和产量也不断 增加。近年中国煤焦油生产情况如表11所示。煤焦油的产量取决于煤的挥发分含

15、量以及回收 工艺和设备，中国一些大型焦炉煤焦油的产量约为机焦产量的32，但是有的可以达到45。 表11中的2001年和2002年都是34。2002年和2003年未见统计数字，有报道说为350万吨。如果按2002年和2003年的机焦产量的34计算，2002年和2003年的煤焦油产量应 为368万吨和447万吨。2001年中国17家主要焦炭企业的煤焦油生产能力和产量见表12。这17家的生产能力和 产量约占当年的12。 、16表11近年中国煤焦油生产情况注：表中斜体字为估算数字表12 2001年中国主要煤焦油生产企业生产能力和产量单位：万吨年煤焦油是多环芳烃及其衍生物和高碳物料的重要原料，从煤焦油中

16、可以分离出蒽、苊、 芘、咔唑、喹啉、噻吩等200多种精细化工产品，是塑料、合成纤维、染料、合成橡胶、农 药、医药、耐高温材料等许多行业的贵重原料，同时也是生产沥青焦、炭黑、石墨电极的重 要原料。2000年中国煤焦油加工企业有50多家，加工能力为270万吨年(另外还有30017和350万吨年两个数字)。2003年主要煤焦油加工企业的加工能力如表13所示。表13中国主要煤焦油加工企业一览袁322中国焦炭生产及煤焦油生产、加工发展趋势2004年焦炭生产仍在较快增长，据中国炼焦工业协会预测，焦炭产量将达到19500万吨。 其中机焦产量，笔者预测比2003年增长20，将达15775万吨。如果以和2004

17、年同样的增长速度进行预测，2005年焦炭产量将达到21392万吨。其中 机焦产量将达18930万吨。根据有关专家的预测，今后几年，全球钢铁产量，特别是中国的钢铁产量将继续增长， 对焦炭需求进一步增加，因此，中国焦炭生产将继续增长。但是由于国家加强了宏观调控， 钢铁产量增长速度将减缓，炼铁焦炭单位消耗降低，以及炼焦煤资源日趋紧张等因素，焦炭 生产增长速度也趋于减缓。根据中国钢铁工业协会的报道，2003年中国钢铁产量达到26亿吨，预测2010年中国钢 铁需求量为33亿吨，如果全部使用国产钢铁，那么钢铁产量2010年将比2003年增长27。如果焦炭的产量增长和钢铁同步，预测2010年焦炭的产量将为2

18、26亿吨。 根据中国炼焦行业协会的报道，至2004年2月底，全国有大中小焦化厂700多家；焦炉1900多座，生产能力约17亿吨；碳化室高4米以上焦炉300多座，生产能力约12亿吨；在建的机械化焦炉能力共有O87亿吨，预计2004年底机焦能力将达21亿吨左右，到2005年机焦生产能力将达到266亿吨；届时，土焦将被全部淘汰。 因此可以预测到2010年，226亿吨的焦炭产量将全部是机焦。如按机焦产量的34计算，煤焦油的产量将达到765万吨。对2004年"-'2010年中国煤焦油产量的预测见表14。 表14 2004年一2010年中国煤焦油产量预测注：表中斜体字为笔者预测数字 我国

19、煤焦油加工工业是随着炼焦工业发展起来的，在较大的焦化厂中，通常都有煤焦油 加工装置，但是装置规模较小，加工产品品种较少，而且一般都只加工本厂自产的煤焦油。 近几年来，由于国内市场对煤焦油产品(如萘、葸、苊、吡啶、酚类等多环或杂环芳香烃) 的需求，以及碳素工业对针状焦、中间相沥青的需求增长很快，因而煤焦油加工工业近年来 得到了很大的发展。目前山东、河南、江西、山西、河北、辽宁等地正在建设或筹建15万30万吨年规模的焦油加工装置，还有一批5万10万吨年规模的小装置已经投产或在建。 这些装置在2006年年底前建成后煤焦油加工将新增能力约200万吨。此外已经出现一些煤焦 油的深加工企业，生产多种精细化

20、工产品。预测煤焦油的加工和深加工能力将继续较快发展。 如果到2010年煤焦油产量达到768万吨，其中加工量达到525万吨(按煤焦油加工能力 的75估算)，那么可以供应市场的粗煤焦油量为240万吨，葸油等加工后可供炭黑生产的油 品(按煤焦油加工量20计算)为105万吨。表15为对2005年"-2010年中国煤焦油加工量及葸油产量的预测。19表15 2005年一2010年中国煤焦油加工量及蒽油产量预测，单4-立-：万吨33催化裂化澄清油 催化裂化是炼油厂将重质油转化为轻质油的最重要加工手段之一。在中国，催化裂化装置的加工能力约占原油加工能力的13。催化裂化油浆中含有较多的芳烃，在回炼时容

21、易在管 式炉中结焦或结垢，影响装置连续运行。为了提高装置处理量，增产轻质油，外甩油浆是一 个有效的方法。有报道说：1999年中国原油加工量为176亿吨，催化裂化油浆产量约400万 吨。按此比例估算，2003年中国原油加工量为243亿吨，催化裂化油浆产量估计约550万吨。 目前油浆主要用做燃料油的调和油(可以降低渣油粘度)，并已开始用做增塑剂、橡胶软化剂 和填充油、针状焦的原料。催化裂化油浆在过滤或澄清脱除其中的固体粒子后，即为催化裂化澄清油。由于国产澄 清油的芳烃含量较低，其价格和燃料油一样或稍高，高于煤焦油和乙烯焦油，故未被炭黑厂 采用。随着炼油加工深度的提高，回炼油糠醛抽提等新工艺的采用，

22、澄清油的芳烃含量将提 高。加以西气东输后，对燃料油的需求增长趋势减缓，相对价格有可能降低，因此，今后有 可能成为炭黑原料油的一个重要来源。4中国炭黑原料油的质量及其应用41乙烯焦油 目前，典型的乙烯焦油的质量情况见表16。从表16中可以看出，不同产地的乙烯焦油，质量都比较接近，其密度在106"-'109之间，粘度(SSUloo)在11-'13之间，相关指数在130"-'140之间，残留物(大体相当于沥青质) 在20,-,26之间。另外，根据对其它乙烯焦油样品的分析，乙烯焦油的硫含量都低于02， 钠含量都低于lOppm，钾含量都低于5ppm。因此，除了

23、相关指数比煤焦油、葸油低外，是比较理想的炭黑原料油。由于石化工厂已经逐步增加对乙烯焦油中C10等芳烃组分的提取和利用，因此和80年代 比，乙烯焦油的密度、蒸馏时的残留物都比过去提高，但是相关指数也有提高，今后将继续 保持这一趋势。 ·表16典型的乙烯焦油的性质乙烯焦油虽然是比较理想的炭黑原料油，但是由于其价格稍低于石油炼厂生产的燃料油， 而且，硫含量很低，因此多数被用做石化工厂的厂内燃料，可以供应炭黑工厂做原料的量不 多。在西欧，乙烯焦油40用作厂内燃料，32销售为燃料，23销售为炭黑原料，5为其它用途。根据炭黑分会对会员企业的统计，2003年乙烯焦油合计用量约30万吨。加上笔者对未

24、 报企业和非会员企业的估计，2003年炭黑行业乙烯焦油总用量可能达到50万吨，约为乙烯 焦油总产量的43。由于乙烯焦油的价格较高，产地又主要分布在东部沿海地区，因此中、西部的炭黑工厂 用量较少。42煤焦油。中国炭黑行业从50年代开始，先后在混气法、滚筒法和油炉法炭黑生产中，使用煤焦油 加工的产品防腐油和粗葸为原料。防腐油、亦名杂酚油，是以蒽油和软沥青配制的、应 用于枕木防腐的油品，由于枕木已经被水泥轨枕取代，现已很少生产。目前在炭黑生产中应 用的主要是葸油(包括一葸油和二葸油)，以及用葸油和软沥青配制的调和油，还有未经加工21的煤焦油，或称之为粗煤焦油。421蒽油 葸油的典型质量分析数据见表1

25、7。 表17典型蒽油的性质从表17中可以看出，不同产地的葸油，其密度在112"-'116之间，80。C时的恩氏粘度在14左右，相关指数在150"-'175之间，残留物(大体相当于沥青质)有3个在613之间。 另有1个为263，可能其中含有软沥青，已经超出了葸油的正常范围。葸油的硫含量在O308之间，钠含量为7ppm，钾含量为5ppm。因此，葸油也是比较理想的炭黑原料油。其相关 指数高于乙烯焦油，炭黑的收率也高于乙烯焦油。蒽油富含多环芳烃，因此特别适于生产高结构的炭黑品种。 葸油是比较理想的炭黑原料油，其价格还稍低于乙烯焦油。根据炭黑分会对会员企业的统计，20

26、03年葸油合计用量为244万吨。加上笔者对未报企业和非会员企业的估计，2003 年炭黑行业蒽油总用量可能达到50万吨，约为葸油总产量的90。422粗煤焦油 粗煤焦油(以下简称煤焦油)的典型质量分析数据，见表180+表18典型煤焦油的性质从表18中可以看出，不同产地的煤焦油，其密度在116120之间，80"C时的恩氏粘度在32左右，相关指数在179"-192之间(这是用馏出物的平均沸点计算的，由于残留物的沸 点高，此计算值偏高)，硫含量在O1O7之间，氮含量在04'-'11之间，钠、钾含量 少于5ppm。但是以上的煤焦油样品属于质量较好批次的油样，在实际生产中

27、，不同产地、不同批次 的煤焦油质量波动较大。特别是油的水分经常在标准规定的4O以上，有时达到10或更多。 甲苯不溶物也就是游离碳和机械杂质，有2'-3。因此，煤焦油在进入反应炉以前，必须 经历一个脱水脱渣和混合过程。 ，煤焦油的残留物在34"-'48之间，但是其中正戊烷不溶物，即沥青质只有20，其余 部分是可溶解于正戊烷的高沸点多环芳烃。为了适应煤焦油、水分、游离碳、沥青质含量较高和质量波动较大的特点，炭黑厂家在 煤焦油的脱水脱渣和混配、以及在应用煤焦油时采用的生产工艺等方面，采取了许多技术措 施，以保证炭黑产品质量能够达到标准规格要求。例如：设置了储存周期较长的储油

28、设备，强化了油罐的加热和保温系统，使煤焦油在静置后，能够较充分地脱水脱渣。设置了闪蒸脱水、鼓风脱水或离心脱水脱渣的设备。设置了原料油的混合设备，将不同产地的煤焦油进行混配，使其质量相对稳定。将葸油或乙烯焦油和煤焦油混配使用。在生产不同的炭黑品种时，采用不同的原料油配方，使产品质量得到保证。在工艺上，适当降低入炉原料油的预热温度，防止原料油在预热器内结焦。改进原料油的喷嘴和原料油喷射系统的工艺条件，以改善粘度较大的煤焦油的雾化状况。2003年中国炭黑原料油的总消费量约193万吨，其中粗煤焦油消费量93万吨，约占48。43催化裂化澄清油 表19列出了几种中国主要原油的澄清油的性质，从表19中可以看

29、出，不同产地的澄清油，其密度在1001"-1054之间，HC原子比在114"-130之问，芳香烃含量在52"-'65之间，差别比较大。其中大港常重油浆密度较高，HC原子比较小，芳香烃含量较多，基本 上达到了炭黑原料油的要求，接近美国催化裂化澄清油的规格。管输掺炼油浆三环以上的芳 烃含量较高，但其胶质和沥青质偏高。大庆常重油浆和辽河原油油浆，虽然芳香烃含量也较 高，但是密度较低，HC原子比较高；芳烃中的单环芳烃和双环芳烃较多，三环以上的芳烃较少；因此，用做炭黑原料油时，炭黑的收率将较低。表19 中国主要原油的澄清油的性质近几年，有的炼油厂已经开始采用将催化裂

30、化油浆通过糠醛抽提后，再回炼的新工艺， 其抽出油的芳香烃含量可以达到80以上，已经供应橡胶厂做充填油。这种油是较好的炭黑 原料油，但是其价格约为燃料油的150，因此，炭黑厂家尚未采用。，·44中国炭黑原料油的供需预测441需求根据炭黑分会对会员企业的统计，1997,-,2003年炭黑原料油的消费情况如表20所示。表20炭黑分会会员企业19972003年炭黑原料油的消费量木有的企业报了产量，但未报原料油用量，故总平均的原料油消耗偏低。根据国家统计局的统计，2003年全国炭黑产量为1018万吨。如果按照原料油单位消耗 为190吨推算，炭黑原料油的总消费量为193万吨，其中乙烯焦油和葸油各约50万吨，煤 焦油约93万吨。根据今后几年汽车和轮胎工业的发展趋势，预测炭黑的需求仍将较快增长。如果炭黑的 箭求全部由国内生产供应，2005年的原料油单位消耗仍为190吨，2010年降低为180吨， 预测2005年和2010年的炭黑原料油的需求量如表21所示。表21 2005年到2010年中国炭黑炭黑原料油需求量预测442供应 表22汇总了表9、15对2005年和2010年的中国炭黑原料油产量的预测数字。表22 2005年和2010年的中国炭黑原料油产量预测表23是对2005年和2010年