中国石化集团经济技术研究院有限公司主办

ISSN 2096-126X

CN 10-1378/TE

石油石化

绿色低碳

2024. 1

美国化学文摘社 《中文科技期刊数据库》收录 《中国核心期刊（遴选） 数据库》收录 《中国学术期刊（光盘版）》全文收录 《国家科技学术期刊开放平台》全文收录 (CA)收录

Vol.9

热点透视

热点剖析

1 2023 年我国炼油和成品油市场回顾及2024

年展望 /

张硕，杨晨，李雪，乞孟迪，许以欣

8 燃料油市场现状与未来发展分析 /

王天翮，马俊睿，王若瑾，黄宁

13 PDH 产业发展现状及预测 /

王丽敏，隋谨伊，吕晓东

专家观点

17 光伏产业含氟废水及工业处理方法进展 /

王广磊

绿色技术

节能环保

22 铁基芬顿体系的研究进展 / 孙梦颖

27 优选催化剂实现HPPO 装置减碳目标 /

王福安

过程优化

33 硫转移剂对两段再生催化裂化装置热平衡

的影响 / 樊继磊，张泽石

39 填料性质对催化裂化油浆静电分离效率影

响冷模试验研究 /

李亮亮，孟鹤，李义鹏，兰琦

CONTENTS 目录

2024 年 第 9 卷 第 1 期

主管单位 :

中国石油化工集团有限公司

主办单位 :

中国石化集团经济技术研究院有限公司

编委会名单

主 任 : 马永生

副主任 : 赵日峰 张 涌 朱建民

孙焕泉 俞仁明 李成峰

戴宝华

委 员 :（按姓氏笔画排序）

王北星 王丽娟 王国清

卞凤鸣 孔德金 吕亮功

朱 兵 乔 凯 向文武

邬智勇 孙丽丽 吴海君

吴德荣 张建平 张新明

陈广卫 陈清林 周 国

周成平 周红军 洪剑桥

聂 红 傅 军 焦 阳

主 编 : 傅 军

常务副主编 : 王北星

责任编辑 : 马俊睿 葛函雯

45 乙烯装置甲烷化工艺运行对比分析 /

胡根洋

49 基于 ACM 丙烷脱氢反应过程的模拟 /

苏佳林，王韧韧，刘琼

56 芳烃联合装置低温热利用与优化 / 周长安

63 一种气田新型入口过滤分离装置的设计及

应用 /

苗建，付峻，吴二亮，李军龙，顾施凯

安全运行

68 重整再生器内网损坏原因分析及改进措施 /

张娜

73 冷冻机组仪表及控制系统故障原因分析及

对策 / 余庭辉

企业巡礼

能源管理

78 工业互联网在石化行业环保领域的应用与

展望 / 李焕

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

声 明

本刊已被 CNKI 中国期刊全文数据库收录，其作者文章著作

权使用费与本刊稿酬一次性给付。如作者不同意文章被收录，请

在来稿时向本刊声明，本刊将做适当处理。未经本刊许可，不得

转载或复制本刊文章，本刊将保留追诉的权利。

编辑出版：《石油石化绿色低碳》编辑部

地址：北京朝阳区安外小关街 24 号

邮编：100029

电话：(010)52826306 52826187

传真：（010)52826200

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邮箱：lsdt.edri@sinopec.com

印刷：北京科信印刷有限公司

国内发行：北京报刊发行局

国内订阅：全国各地邮局

邮发代号：80-399

国外发行：中国国际图书贸易集团有限公司

国外发行代号：BM 9368

国际标准连续出版物号：ISSN 2096－126X

国内统一连续出版物号：CN 10－1378/TE

广告发布登记号：京朝工商广登字 20170204 号

国内定价：30.00 元

国外定价：50.00 元

中国石化集团经济技术研究院有限公司主办

双月刊 第 9卷 第 1期 总第 49 期

ISSN 2096-126X

CN 10-1378/TE

主　　　 管：中国石油化工集团有限公司

主　　　 办：中国石化集团经济技术研究院有限公司

主　　　 编：傅 军

常务副主编：王北星

编 辑 出 版：《石油石化绿色低碳》编辑部

编辑部地址：北京朝阳区安外小关街 24 号

邮 编：100029

电 话：(010)52826306

传 真：(010)52826200

网 址：http://wzsh.cbpt.cnki.net

电 子 邮 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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E-mail: lsdt.edri@sinopec.com

Printer: Beijing Kexin Printing Co., Ltd.

石油石化绿色低碳第九卷第一期

二二四年

石油石化

绿色低碳

中国标准连续出版物号： 定价：30.00 元

GREEN Petroleum & Petrochemicals

2024. 1

石油石化绿色低碳

SHIYOU SHIHUA L SE DITAN

ISSN 2096-126X

CN 10-1378/TE 邮发代号：80-399 国外发行代号：BM 9368

美国化学文摘社 《中文科技期刊数据库》收录 《中国核心期刊（遴选） 数据库》收录 《中国学术期刊（光盘版）》全文收录 《国家科技学术期刊开放平台》全文收录 (CA)收录

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，Fu 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，国内成品油行业完成疫后复苏的爬坡过坎。随着宏观经济回暖、用油行业需求逐步恢复及

出行活动回归正常，成品油消费迎来复苏，整体消费超疫情前水平；而供应侧，产能增长放缓，企

业生产负荷在需求回升、效益好转的带动下大幅回升，攀升至历史高位；同时，替代资源强势发展，

气价下行带动车用LNG经济性好转，新能源汽车自主扩张动力全面形成。2024年，成品油产业链在

继续修复的基础上深化转型发展。预计国内成品油消费徘徊于低速增长通道，汽油小幅增长，航煤

继续恢复，柴油略降；国内炼油产能继续增长；市场经营环境有望在政策持续系统化、全面化的基

础上得到进一步优化。

关键词：成品油消费 炼油 成品油 汽油 煤油 柴油 新能源汽车 行业监管

2023 年我国炼油和成品油市场回顾及 2024 年展望

张硕，杨晨，李雪，乞孟迪，许以欣

（中国石化集团经济技术研究院有限公司，北京 100029）

1 2023 年国内成品油产业链迎来全面修复

1.1 成品油消费逐步修复，已经达到疫情前水平

随着2023年疫情影响消散、出行恢复活跃、宏

观经济环境缓慢趋于正常，成品油消费修复基础逐

步稳固。根据中国石化经济技术研究院测算，2023

年国内成品油终端消费4.12亿吨，同比增长15%，

收稿日期：2024-01-05

作者简介：张硕，硕士，高级工程师。目前从事成品油市场研究工作。

通讯联系人：张硕，zhangsh5773.edri@sinopec.com。

2024 年 2 月·第 9 卷·第 1 期 >> 热点剖析 <<

石油石化绿色低碳

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：张硕，杨晨，李雪，等．2023 年我国炼油和成品油市场回顾及 2024 年展望 [J]．石油石化绿色低碳，2024，9（01）：1-7.

- 2 - 石油石化绿色低碳 2024 年.第 9 卷

至疫情前同期水平的95%左右。从恢复节奏看，春

节、清明、五一、端午、暑运等连续假期带动积蓄

的出行需求以及释放的公务需求成为主要拉动力，

特别是 7、8 月暑假期间我国民航旅客规模接连创

新高，旅客运输量较2019年同期分别增长5.3%和

4.5%。从区域角度看，内外航恢复节奏存在明显差

异。国内航线一度恢复至疫情前111%的高位；受

境外航班数量影响，国际航线航班量恢复相对缓

慢，前期维持在 45% 左右，11—12 月随着欧美等

多地航班量恢复，年底在疫情前50%以上，全年外

航用油量尚未完全恢复。内航拉动航煤整体消费见

图3。

图1 国内成品油终端消费疫后复苏

数据来源：中国石化经济技术研究院

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

消费量 /万吨

增速，

%

成品油终端消费量 同比增速

图2 消费恢复拉动汽油终端消费

数据来源：国家统计局，中国石化经济技术研究院

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

消费量 /万吨

增速，

%

终端汽油消费量

社会零售总额增速

汽油消费增速

图3 内航拉动航煤整体消费

数据来源：国家发改委，中国石化经济技术研究院

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 /万吨

内航

外航

较疫情前水平（2019年，下同）增长0.9%。国内成

品油终端消费及同比变化情况见图1。

整体消费规模较疫情前有所增长的同时，终

端用油行业的差异也使汽煤柴油三个品种展示出不

同的修复节奏：与居民消费、出行关联度较为紧

密的汽油和航空煤油消费得到明显恢复；而柴油消

费与宏观经济和产业发展关联紧密[1]，恢复动力相

对偏弱。

1.1.1 汽油消费超过疫情前水平

汽油车保有量继续增长及出行活跃带动汽油消

费。2023年汽油车保有量增长至2.67亿辆，较2019

年增加约5 300万辆（增长24%）；同时出行活跃度

超出疫前水平。随着出行的畅通和居民消费热情的

释放，道路出行需求呈回补性增长，高速公路小客

车通行规模较疫情前有所增加，成为拉动汽油消费

的主要动力。2023年汽油终端消费1.79亿吨，同比

增长 21%，较疫情前增长 4%。消费复苏拉动汽油

终端消费情况见图2。

值得关注的是，近三年新能源汽车的快速发展

已使传统燃油车销量达到峰值，汽油车保有量增速

呈现阶梯式下降[2]。2019—2023年汽油车保有量年

均增速已从之前的两位数降至5%～6%左右，表明

汽油消费增长潜力进一步转弱。

1.1.2 国内需求带动航煤快速恢复

国内航空煤油消费随着航空业的复苏同样走出

2022 年洼地，表现出了持续且快速的增长。全年

航空煤油消费量3 469万吨，同比增长89%，恢复

1.1.3 柴油消费稳中趋降

柴油恢复情况与宏观经济表现和企业生产关联

2024 年.第 1 期 张硕，等．2023 年我国炼油和成品油市场回顾及 2024 年展望 - 3 -

度较强，自 2015 年后增长基本接近尾声。2023 年

经济增速回升，但房地产、出口等行业承压运行，

2023年的柴油消费基本维持平稳，全年柴油终端消

费1.95亿吨，同比增长2.3%，较2019年下降0.3%，

消费略低于疫情前水平，情况见图4。

图5 国内炼油能力增量缩小

数据来源：中国石化经济技术研究院

25 000

20 000

15 000

10 000

5 000

0

2000—

2005

2005—

2010

2010—

2015

2015—

2020

2020—

2023

年 份

炼油能力 /（万吨 /年）

图6 国内炼油能力缓增开工负荷反弹

数据来源：国家统计局，中国石化经济技术研究院

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 /（万吨 /年）

负荷，

%

炼油能力 开工负荷

图4 柴油消费略低于疫情前水平

数据来源：国家统计局、中国石化经济技术研究院

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

消费量 /万吨

增速，

%

柴油终端消费量

工业增加值增速

柴油增速

1.2 炼油行业扩能放缓，加工负荷再创新高

自 2019 年以来，以民营炼化为代表的大型炼

化一体化项目承担了国内炼油产业扩能的主要角

色 [3]。恒力石化、浙江石化（一二期）、盛虹石化

等民营企业先后投产，截至 2023 年末累计产能达

到7 600万吨/年，占据全国炼油产能规模的8%左

右；中科炼化、广东石化等国有集团新建项目也在

“十四五”阶段陆续实现运行；已建炼油企业如中

国石化洛阳炼化、中国石化镇海炼化、中国石油华

北石化等也完成扩能改造。

相较于炼化项目陆续投产的 2019—2022 年，

2023 年全国整体产能变化不大，新增产能仅 8 月

投产的河北鑫海石化 800 万吨 / 年常减压装置；但

2022年年底运行的盛虹石化及中国石油广东炼化启

动高负荷开工，存量炼厂在需求回升及效益转好的

背景下，开工率也维持高位水平，推升全国炼厂开

工负荷。据国家统计局数据，2023年全年原油加工

量7.35亿吨，同比增长9.3%；全国平均开工负荷恢

复至79%左右。国内炼油能力增量变化见图5，国

内炼油能力与开工负荷对比见图6。

同时，炼厂加工量增长拉动原油进口。2023年

我国原油累计进口量5.64亿吨，同比增长11%。

1.2.1 需求恢复及效益改善拉动成品油产量增长

加工负荷提升、成品油需求恢复对炼厂生产带

来双向利好，预计2023年终端成品油产量4.6亿吨，

同比增长15%。成品油收率恢复至58%以上，化工

轻油收率继续小幅提升至18.3%，显示油转化进程持

续推进。此外，2023年以来主要炼油小产品利润呈现

下行趋势，液化气、石油焦、沥青等产品收率均出

现下降。近两年主要炼油小产品与原油价差走势见

图7。

1.2.2 市场监管持续加强，竞争逐步回归理性

2021—2023年的成品油市场整治行动使行业规

范化运行程度得到保障，对于国内成品油市场秩序

和竞争环境的改善效果显著[4]。一方面，炼油企业

生产合规性增强，前期大量未以汽柴油名义出厂却

流向汽柴油消费下游行业的资源回归统计，山东地

- 4 - 石油石化绿色低碳 2024 年.第 9 卷

炼企业汽柴油上报收率从前期一度不足30%回升至

70%左右；另一方面，税收征管进一步完善使社会

调油单位生存空间大幅受限，曾经占据国内成品

油市场规模5%以上的混合芳烃、轻循环油等调油

组分进口量由 2020 年 2 195 万吨的高峰迅速跌落，

萎缩至 2023 年的 20 万吨；非合规资源的减少使

市场的低价非理性竞争环境得到扭转，整治前带

票汽柴油与不带票汽柴油价差曾一度达到 2 000～

3 000 元，整治后缩窄至 500 元以下；经营环境和

市场竞争秩序得到明显改善，消费重新回流至标

准品市场。成品油行业整治主要节点梳理见图 8，

汽柴油上报收率与实际收率见图9，混芳、轻循环

油进口量变化见图10。

图8 成品油行业整治主要节点梳理（国家政策及行动层面）

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

地方炼厂进口原油使

用管理收紧，后续流

程加强管理

对进口混合芳烃、轻

循环油、稀释沥青开

征消费税

各地工作组进驻，全面

开展市场整治专项行动

下发成品油流通管理

办法（征求意见稿）

持续对地炼企业、贸易

商及加油站等展开税收

检查

对最终不是供应飞

机等使用的航空煤

油征收消费税

柴油“入危”：所有柴

油的生产、经营、使用

都需按照危险化学品办

理开展相关行政许可

对异辛烷、混合芳

烃在内的多种产品

征收消费税的政策

进一步统一

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

图7 主要炼油小产品与原油价差缩小

数据来源：中国石化经济技术研究院

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

与原油价差 /（元 /吨）

燃料油 液化气 石油焦 沥青

图9 汽柴油上报收率与实际收率趋近

数据来源：国家统计局，中国海关，金联创，中国石化经济技术研究院

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，

%

上报收率 跟踪监测收率

图10 混芳、轻循环油进口量骤降

数据来源：国家统计局，中国海关，金联创，中国石化经济技术研究院

300

250

200

150

100

50

0

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

月 份

进口量 /万吨

2020 2021 2022 2023

2024 年.第 1 期 张硕，等．2023 年我国炼油和成品油市场回顾及 2024 年展望 - 5 -

1.3 新能源汽车领涨替代资源发展，规模、占比持

续提升

2023 年汽柴油替代资源继续快速发展。据统

计，2023年天然气、电力、煤制油等汽柴油替代资

源总量达到4 335万吨，占汽柴油终端消费比重上

升至11.5%；总量增长的同时，新能源汽车的迅猛

发展推动电动车替代规模和占比快速提升，2023年

合计替代汽柴油1 725万吨，占总替代规模的40%，

超过天然气成为份额最大的替代资源品类。替代资

源分品种结构变化详见图11。

2 041万辆，较2022年末增长731万辆，占汽车总

保有量的 6.1%。分省来看，北京、上海等一线城

市及广东、江苏、浙江等沿海经济发达省份领跑新

能源汽车发展；京、沪新能源汽车保有量占汽车总

保有量的比例均已超过10%。

1.3.2 气价下跌助推经济性全面改善，LNG 重卡

强势发展

2023年天然气价格一路下行，均价从1月份接

近7 000元/吨到4月已跌至不足4 800元/吨，6月上

旬气价最低时仅3 800元/吨。全年车用LNG与柴油

比价降至50%左右，持续位于75%的盈亏平衡点之

下，使LNG重卡相较于2022年具备了“经济性明

显改善，需求缓慢好转”的市场环境。2023年国内

LNG重卡累计销售15.2万辆，同比增加近12万辆；

保有量达到50万辆以上，替代柴油超过 780万吨。

基于目前对 2024 年天然气价格的判断，预计 LNG

汽车仍将保持较好的经济驱动性，天然气替代柴油

规模将继续小幅增长至800万吨左右，占整个柴油

替代资源规模的30%以上。

2 2024 年国内炼油产业加速转型发展之路

2.1 成品油消费回归低速增长通道，增速继续放缓

综合对于国内宏观经济和用油行业的预判，预

计 2024 年成品油终端需求约 4.15 亿吨，同比增长

0.7%，延续近年来的低增长态势。分品种看，主要

增量还是来自消费和出行相关领域：其中汽油终端

消费1.82亿吨，同比增长1.2%，较2019年累计增

长 5.4%；柴油终端消费继续维持在 1.9 亿吨左右，

同比2023及2019年均下降1个百分点；国内航空煤

油消费量3 750万吨，同比增长8.2%，同比2019年

增长2.8%。而从长期趋势来看，“汽油降速，柴油

持平，煤油稳健”的阶段性特征已较为明显，各品

种趋势差异性更加突出[5]。

分具体行业来看，道路交通用油是汽柴油消费

的主要领域，汽油车消费占汽油消费的比例在98%

左右，柴油车用油在柴油消费中占比也接近 80%。

2024年作为汽柴油消费主要拉动力的汽车市场仍将

保持扩张，这也成为汽柴油消费增长的主要支撑。

预计在经济及消费信心继续恢复的背景下，2024年

全国汽车销量将达到 3 015 万辆，同比增长 4.5%。

尽管汽车销量增速下降，同时传统燃油车销量在

图11 替代资源分品种结构变化

（内圈2019，外圈2023）

数据来源：中国石化经济技术研究院

天然气汽车

电动汽车

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 新能源汽车进入快速普及阶段，市场自主

驱动力大幅提升

2023 年，新能源汽车产销分别达到 959、950

万辆，同比分别增长35.8%和37.9%；渗透率达到

31.6%，高于上年同期5.9个百分点，替代汽柴油规

模将达到1 725万吨。

分区域来看，新能源汽车发展正从一线城市

的政策型驱动逐步扩大至二三线城市的个人自发性

消费。新能源乘用车在非特大城市的销量占比已从

2017年的55%提升到2023年的80%左右；个人购

买的非运营车辆占新能源乘用车销售比重也由2017

年的 62% 上升到 2023 年的 82%。特别是长三角和

珠三角地区，已经成为国内新能源增量市场快速发

展的双峰。从新能源汽车上险数据来看，2023年全

年新能源汽车终端销量同比增长39%，其中经济发

达且补贴力度较大的华东、华南地区是增长的主要

来源，其中江苏、山东、广东省份增量均在 20 万

辆左右；而四川、陕西等中西部省份，尽管基数较

低，但成长迅速，增速领跑全国。

截至 2023 年末，国内新能源汽车保有量达到

- 6 - 石油石化绿色低碳 2024 年.第 9 卷

表 1 2019—2024 年国内主要新增产能

项目 所属集团 原油一次加工

能力（万吨 / / 年） 投产时间

大连恒力 恒力集团 2 000 2019 年 5 月全面

投产

浙江石化

（一期） 荣盛石化 2 000 2019 年 5 月全面

投产

中科炼化 中国石化 1 000 2020 年 6 月投产

泉州炼化扩建 中化集团 300 2020 年 9 月投产

奥星石化 山东地炼

企业 260 2021 年 3 月投产

浙江石化

（二期） 荣盛石化 2 000 2021 年 3 月全面

投产运行

盘锦北方燃料 宝来集团 1 000 2021 年 5 月投产

盛虹石化 盛虹集团 1 600 2022 年 11 月全

面投产

广东石化 中国石油 2 000 2022 年年底投产

运行

河北鑫海 鑫海集团 800 2023 年 8 月投产

裕龙岛项目 万华集团 2 000 计划 2024 年

上半年投产

大榭石化 中国海油 600 计划 2024 年

下半年投产

2017年前后就已进入下行通道，但新增车辆大于淘

汰车辆使汽车保有量仍保持一定增长。预计2024年

汽油车销量1 914万辆，同比下降2.8%，推动2024

年汽油车保有量增长至2.80亿辆，同比增长4.8%；

柴油车销量255万辆，同比增长3.9%，推动2024年

柴油车保有量增长至2 345万辆，同比增长3.2%。

同时，新能源汽车的发展和天然气的经济性优

势使汽柴油替代资源在2024年仍将保持强势。预计

2024年新能源汽车销量将达1 100万辆，同比增速

18%，渗透率达37%；新能源汽车保有量超3 000万

辆，占汽车总保有量比重超过 9%，替代汽柴油达

2 520 万吨；预计 2024 年替代总量达 5 110 万吨，

同比增长 18%，占汽柴油终端消费的比例上升至

13.4%。分燃料类型汽车销量及增速变化见图 12，

分燃料类型汽车保有量及增速变化见图13。汽柴油

替代资源规模及占比变化见图14。

2024

图12 分燃料类型汽车销量及增速变化

数据来源：中国汽车技术研究中心，国家信息中心，中国石化经济技术研究院

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

汽车销量 /万辆

增速，

%

汽油车 柴油车 新能源车

其他燃料类型 汽车销量增速

图13 分燃料类型汽车保有量及增速变化

数据来源：中国汽车技术研究中心，国家信息中心，中国石化经济技术研究院

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

汽车销量 /万辆

增速，

%

9.2%

7.4% 7.4%

7.5%

7.6%

5.6%

汽油车保有量 柴油车保有量

其他燃料类型 保有量增速

图14 汽柴油替代资源规模及占比变化

数据来源：中国石化经济技术研究院

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 /万吨

占比，

%

天然气汽车 电动汽车 燃料乙醇

甲醇 生物柴油 煤制油

占汽柴油终端消费比重

2.2 民营炼化再添“新兵”，产能规模继续攀升

烟台裕龙岛项目各项建设工作正如期开展，预

计2024年将实现投产，成为“十四五”阶段投产的

最后一个大型民营炼化一体化项目；加上下半年计

划投产的中海油大榭石化600万吨/年扩建项目，将

推动国内炼油产能接近9.6亿吨/年。2019—2024年

国内主要新增产能详见表1。

裕龙岛项目承接了置换的10家地炼企业中合计

2024 年.第 1 期 张硕，等．2023 年我国炼油和成品油市场回顾及 2024 年展望 - 7 -

制继续扩大，产品流通范围缩减，调油和票据操作

成本有一定增加；结合高频和大范围的终端加油站

检查，市场汽柴油带票率保持在 50%～60% 左右。

但鉴于成品油产销链条长，牵涉部门多，监管难度

大，同时成品油消费税又是国家财政收入的主要来

源之一，长效监管体系仍有待建立[6]。特别是当前

部分企业仍存在侥幸心理，监管一放松，不合规行

为仍有冲动卷土重来。前期调研省市公司及咨询机

构均显示，目前汽柴油带票平均比例已从行动高峰

期的70%～80%下降至60%左右；同时部分地区加油

站云平台建设及运行后加油站真实进销情况得到有

效监控，但也存在有意破坏云平台正常运行等行为。

展望2024年，国内成品油行业监管体系的持续

完善将从原油流通、成品油生产、批发零售等全流

程入手，对现存的非合规资源进行更为有效和彻底

的清除和管理，使行业运行秩序持续得到规范，为

行业长期健康稳定运行提供保障。

参考文献

[1] 李振光，袁建团．中国柴油需求趋势分析[J]．国际石

油经济．2015，23（9）：88-93．

[2] 李成鑫．我国新能源汽车保有现状及发展趋势分析[J]．

汽车实用技术．2024，49（4）8-12．

[3] 戴宝华．“双碳”目标约束下炼化产业转型发展思考

[J]．石油炼制与化工．2021，52（10）：26-30．

[4] 吴国明，盛百成．以数破局，打赢成品油产业链税收

监管“信息战[J]．中国税务．2022（5），54-55．

[5] 中国石化集团经济技术研究院有限公司[M]．2023中

国能源化工产业发展报告．北京：中国石化出版社．

2022，12．

[6] 张刚．体制改革和能源结构转型背景下的成品油市场

监管措施建议[J]．石油化工管理干部学院学报．2022，

24（3）：45-48．

图15 近年主要投产项目实际/设计成品油收率情况

数据来源：中国石化经济技术研究院

25.1%

32.0% 30.7%

12.6%

44.4%

60.1%

盛虹石化 恒力石化 浙江石化 广东石化 中国石化

平均

裕龙岛

项目

约1 500万吨的进口原油配额，根据前期设计方案，

成品油设计收率约为12%～13%，为近些年投产的

炼化一体化项目最低水平；年产成品油约251万吨。

根据目前掌握情况，该项目成品油销售渠道尚未明

确，预计将依靠区位及码头优势下海南进入华东、

华南区域。近年主要投产项目实际/ 设计成品油收

率情况见图15。

2.3 2024 年仍是国内市场监管持续完善与成果巩

固之年

自 2021 年起，国内成品油市场整治行动已持

续三年。2023年成品油产业链各环节的监管力度在

前期整治行动和政策基础上进一步提升，涉及产业

链各环节政策密集出台：1月起正式将柴油列入危

化品目录；6月下发《成品油流通管理办法（征求

意见稿）》；6月底对异辛烷、混合芳烃在内的多种

产品征收消费税的政策进行统一和明确；8 月四部

委联合印发《加油机作弊综合治理行动实施方案》，

全国范围内开展加油机综合治理行动；11月出台新

的加油机国标，计划2024年6月正式施行。

从效果来看，2023年对炼油厂销售非标品的限

摘  要：长期来看，随着碳中和目标在全球范围内不断推进，世界燃料油供需两端总体将呈收缩态势。近期

以来，受到疫情冲击、地缘局势等影响，全球与中国燃料油需求结构均呈现较大变化，特别是中国

低硫燃料油的扩能导致区域市场规模增长显著。航运领域是未来中国燃料油市场发展的重点，尽管

受到替代燃料的影响，但在经济贸易增长、地缘关系变化与货物流向重构等因素的影响下，中国外

贸船加油市场有望取得进一步发展。

关键词：燃料油 清洁替代燃料 外贸船燃 供应 需求 IMO 航运市场

燃料油市场现状与未来发展分析

王天翮，马俊睿，王若瑾，黄宁

（中国石化集团经济技术研究院有限公司，北京 100029）

1 世界燃料油供需状况与预测

1.1 供应变化及发展趋势

由于环保政策持续趋严、能源转型趋势明朗，

中长期燃料油供给两端均处于下行趋势。虽然短期

内全球炼油能力仍有增加，但燃料油实际产量持

续下降。2023年，全球新增一次炼油能力为171万

桶/日，高于2022年的118万桶/日。尽管炼油能力

扩张速度提高，但由于汽油、柴油生产利润相对更

高，炼厂倾向于优先扩大汽、柴油产量；加之低硫

燃料油盈利水平在2022年到达历史性高点后开始回

落，全球燃料油供应稳中趋降，2023年总产量约3.9

亿吨，同比下降 0.1%。长期来看，世界燃料油供

收稿日期：2024-01-08

作者简介：王天翮，硕士，经济师。目前从事炼油产品市场研究。

通讯联系人：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 >> 热点剖析 <<

石油石化绿色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

引用格式：王天翮，马俊睿，王若瑾，等．燃料油市场现状与未来发展分析 [J]．石油石化绿色低碳，2024，9（01）：8-12.

2024 年.第 1 期 王天翮，等．燃料油市场现状与未来发展分析 - 9 -

应亦难有增长。随着能源转型在世界范围内达成共

识，石油产品作为燃料的需求持续走弱，炼厂将主

动调整生产工艺，提高化工轻油收率，减少重质产

品收率。同时，全球中重质原油产量增长有限，加

之石油消费量即将达到峰值，从源头限制了燃料油

供应的潜在增长空间。预计未来十余年内，世界燃

料油供应总量年均下降约1%～2%。

1.2 需求变化及发展趋势

受环保转型要求逐渐深化影响，中长期燃料油

需求呈下降趋势。从近几年的变化来看，市场呈现

出波动性、反复性特征。一方面是由于俄乌冲突影

响，天然气价格阶段性升高，燃料油发电供热需求

在一定时期内有所增强；另一方面随着大国博弈影

响加剧，国际贸易流向与贸易结构逐步重构，叠加

全球贸易规模仍在持续增长，船用燃料油需求有所

提升。

总体而言，2023年世界燃料油市场规模约3.9

亿吨。预计随着供需两端的持续收缩，2050年世界

燃料油市场规模下降至2.0亿吨，较2023年年均下

降约2.4%。目前，亚太、中东为燃料油的主要消费

地区，二者合占燃料油消费的63%；欧洲地区燃料

油市场规模第三，约占14%，但由于欧盟在推进环

保转型方面起到一定引领作用，预计未来欧洲地区

燃料油市场占比将有所下降[1][2]。2010—2050年世

界燃料油分地区需求变化及预测见图1。

与地缘经贸关系变化加剧[4]，外贸船燃需求占比在

50%～53%区间震荡。转化需求方面，受能源转型

影响本应处于下行区间，但地缘政治因素拉升能源

价格，特别是天然气价格的升高为转化需求带来

逆势上扬，2022—2023 年转化需求平均占比约为

27.9%，较2019—2021年提升1.2个百分点。2019—

2023年世界燃料油需求结构变化详见图2。

图2 2019—2023年世界燃料油需求结构变化

数据来源：EDRI，IHS

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

年 份

占比，

%

2019 2020 2021 2022 2023

转化（发电、供热等） 能源与深加工

工业 内贸船燃 其他 外贸船燃

图1 2010—2050年世界燃料油分地区需求变化及预测

数据来源：EDRI，IHS

60 000

50 000

40 000

30 000

20 000

10 000

0

年 份

需求量 /万吨

2010 2015 2020 2023 2025 2030 2035 2040 2045 2050

北美 拉美 欧洲 CIS 地区

非洲 中东 亚太

受下游市场变动影响，近年来全球燃料油需

求结构变化明显。外贸船燃需求方面，因先后经历

疫情冲击[3]、俄乌冲突、国际海事组织（IMO）环

保政策进一步施行等关键事件影响，世界供应链

2 中国燃料油供需状况与预测

近年来，受新增能力与原油开工率提升拉动，

燃料油产量保持增长。在出口退税政策红利的影响

下，中国低硫燃料油仍处于产能扩张阶段，2023年

中国低硫燃料油产能达到3 200万吨以上，同比增

长近 300 万吨。同时，随着疫情的影响大幅弱化，

中国原油需求回升，2023年国内原油加工量7.35亿

吨水平，较去年增长9.3%，对燃料油供应也构成利

好支撑。燃料油产量保持增长，为5 365万吨，同

比增长4.9%，燃料油收率约为7.3%。

按照国家统计局、海关总署数据口径，2023

年我国燃料油表观消费量达6 173万吨，同比增加

36.9%。其中，国内船用燃料油、工业用燃料油等

领域需求近年来规模基本持稳；而受到炼厂原料需

求变化的影响，近年来用于炼油再投入的燃料油比

例提升明显，2023年占国内燃料油消费约78%，较

2022年增加9个百分点。由于俄乌冲突重塑全球原

油贸易流向，我国地方炼厂往年进口的巴西、阿

曼、安哥拉、刚果、挪威等国的原油多用于填补

欧洲原油缺口，地方炼厂亟需寻找新的原料来源。

- 10 - 石油石化绿色低碳 2024 年.第 9 卷

受此影响，进口燃料油用于炼厂原料的数量激增，

2023年我国燃料油进口量2 784万吨，同比2022年

增加 113%，为近十年高点。其中，以一般贸易方

式进口的燃料油近900万吨，同比增加98%，占我

国燃料油总进口量的32%。2010—2023年国内燃料

油市场供需变化见图3。

3 中国外贸船燃发展现状与前景分析

3.1 国际、国内航运环保要求逐步升级

随着碳中和目标在全球范围内不断推进，航运

业绿色低碳可持续发展也逐步受到重视[5]，联合国、

部分国家、非政府组织和区域性组织纷纷呼吁加快

国际航运业温室气体减排步伐[6]。

2019年，IMO颁布限硫令，导致低硫中燃料油

一跃成为国际航运市场的主流燃料。

2021年6月，国际海事组织海上环境保护委员

会第 76 届会议通过了《防污公约》附则 VI——关

于降低国际航运碳强度的修正案，旨在从技术和营

运两个方面同时提高船舶能效，降低碳强度水平。

短期措施包括现有船舶能效指数（EEXI），年度营

运碳强度指标（CII）评级以及船舶能效管理计划

（SEEMP），要求自2023年1月1日起，所有适用船

舶需满足技术能效要求。这被认为是在2020年“限

硫令”之后最重要的环境政策之一。根据不同机构

评估，在2023年政策生效之前，全球有70%～90%

的船队（包括散货船、油轮和集装箱）不符合IMO

的有关标准要求。为了满足要求，不少船队选择减

速航行、节省燃料，或按照要求进行改造，对航运

燃料需求造成显著影响。

2023年7月，IMO进一步通过《2023年船舶温

室气体减排战略》，明确了“国际海运温室气体排

放尽快达峰”，并考虑到不同国情，“在2050年前后

达到净零排放”的远期目标。为此，战略中明确要

求，需通过提升新建船舶的能效设计来降低其碳强

度；到2030年，国际航运单次运输任务的二氧化碳

排放量要比 2008 年平均减少 40% 及以上；加大采

用可实现温室气体零排放或接近零排放的技术、燃

料及其他能源比例，到2030年至少占国际航运所用

能源的 5%，力争达到 10%。与此同时，该战略还

为国际航运逐步实现净零排放设立了两个阶段性的

核查指标：到2030年，国际航运温室气体年排放总

量较2008年至少减少20%，力争减少30%；到2040

年，国际年相应排放总量较2008年至少减少70%，

力争减少80%。

同时，国际上已有部分国家或地区针对航运业

减排立法。比如欧盟议会及理事会于 2015 年通过

了第2015/757号关于对航运CO2排放监控、报告和

验证法规，要求法规适用的船舶应编制和实施船舶

图3 2010—2023年国内燃料油市场供需变化

数据来源：国家统计局，海关总署

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

数量 /万吨 增速，

%

出口量 产量 进口量

表观增速

图4 2022年、2023年国内燃料油需求结构

数据来源：EDRI

（内圈 2022 年，外圈 2023 年）

14%

20%

78%

69%

4%

5% 5%

1%

1% 3%

转化（发电、供热等）

交通

炼油再投入

工业

其他

除炼油再投入外，我国燃料油需求总体变化不

大，未来中国市场发展重点仍为保税船用燃料油。

长期以来，中国外贸稳定向好，为燃料油出口进一

步增长提供空间。截至 2023 年，我国作为国际贸

易第一大国，港口货物和集装箱吞吐量已连续十余

年蝉联世界第一，全球前20大集装箱吞吐港口中有

9个来自中国。2023年我国港口货物吞吐量170亿

吨、同比增长 8.2%，2023 年我国港口集装箱吞吐

量3.1亿TEU，同比增长4.9%以上。同期，新加坡

港外贸货物吞吐量3 109万TEU，约为我国的八分

之一；而新加坡港船加油量近5 200万吨，约为我

国的2.6倍。2022年、2023年国内燃料油需求结构

见图4。

2024 年.第 1 期 王天翮，等．燃料油市场现状与未来发展分析 - 11 -

CO2排放监测计划，并在每一个报告年度结束后向

欧盟和船旗国提交年度CO2 排放报告。2023年4月

25日，欧洲理事会投票正式批准了修订欧盟排放交

易体系的指令和条例。该指令修正了现有的欧盟排

放交易体系（EUETS），包括将航运排放首次纳入，

并于6月5日生效。首次纳入EUETS范围的航运排放

配额，将分三个阶段为航运公司提供碳配额，分别

是：2024年40%，2025年70%，2026年100%。同年

7月25日，《FuelEU Maritime法规》、《替代燃料基础

设施法规（AFIR）》在欧盟理事会正式通过，标志

着欧洲绿色航运的“一篮子”政策基本定型，为航

运公司、投资者和燃料生产商提供了明确的指导方针。

国内方面，中国海事局于 2022 年研究制定并

施行了《船舶能耗数据和碳强度管理办法》（下文

简称“办法”）。中国籍国际航行船舶应符合《国

际防止船舶造成污染公约》中船舶能效指数的相

关要求且取得《国际能效证书》；并按照规定编制

《船舶能效管理计划》，验证通过并保存在船。船舶

年度营运碳强度等级分为A、B、C、D、E，对应

优秀、良好、合格、较差、极差的船舶营运能效水

平。该“办法”进一步明确了我国船舶能耗数据收

集及碳强度管理的需求，为有效实施 IMO 国际航

运碳强度规则、减少我国船舶温室气体排放起到了

重要作用。

3.2 新兴航运燃料市场备受关注

随着国际、国内对航行船舶环保要求升级，替

代燃料船舶的研发、建设与应用迈入新周期。2022

年，国际航运价格高企，国际船公司收获历史性

盈利，不少船公司开始下单打造新船。根据有关数

据，2023年上半年的集装箱船订单中，有83%运力

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

舶订单绝大多数也具备改造为替代燃料船的潜力。

目前，航运界不同的组织和个人对清洁燃料的

选择倾向并不一致。在可预见的未来，国际航运燃

料将趋向多元化发展。其中，LNG作为化石基燃料，

生产成熟，相较于目前的船用燃料油可减碳20%以

上，预计近中期航运界会以 LNG 为主作为过渡燃

料。2016年起鹿特丹港开始LNG加注，2023年鹿

特丹港船用LNG加注量已近28万吨；国内舟山港、

上海港、广州港、盐田港等也均已具备加注能力。

终极燃料方面，预计未来会以甲醇、氨、氢

等能源为主，其中绿色甲醇具备一定先发优势。目

前，马士基公司在绿色甲醇的应用与推广方面相对

积极，已订购19艘以上可使用绿色甲醇的双燃料船

舶，同时在全球范围内寻找使用碳中和的电制甲醇

或可持续的生物甲醇，2023年与国内金风科技签订

了50万吨/年的绿甲采购协议，项目可能会在2026

年投产。除马士基外，中远海运集团、达飞集团等

公司也已下单不少甲醇双燃料动力船舶。对部分盈

利性较强的集装箱船舶而言，尽管绿色甲醇相比于

传统燃料成本依然较高，但所增加的成本已处于相

对可接受范围。

总体而言，航运能源低碳转型是一项长期性、

复杂性的系统工程，替代能源的发展需要综合考虑

经济性、上游供应能力、技术成熟度、配套设施的

发展、政策法规的完善、船舶建设与经济周期等多

方面因素。在下游产业的积极推动下，国际航运替

代燃料已取得初步发展，未来向低碳环保转型的方

向总体明确。根据多方因素进行综合研判，预计至

2050年，各类替代能源将占国际航运燃料的50%以

上，传统燃料油仍将保持一定份额[7]。

3.3 中国市场仍有发展空间，以消化现有产能为主

自 2020 年起，IMO 的限硫政策正式实施，我

国也适时推行燃料油出口退税政策，带动国内大量

低硫燃料油产能投产。截至2023年，中国低硫燃料

油产能已达3 200万吨以上，较2021年增长了58%。

疫情期间国际航运供应链中断，价格高企，2022年

船企与加油商均收获历史性高盈利。2023 年，受

原油价格回调及国际航运市场低迷影响，低硫船燃

价格跌幅较国际油价更甚。国际布伦特原油年均价

同比仅下降17%；舟山港供船年均价约为621美元/

吨，同比下降21%。受此影响，国际、国内炼厂生

产及出口低硫船燃的积极性有所下降，我国燃料油

出口增速放缓，2023年出口1 975万吨，同比增长

5.8%，与2021年水平基本持平。预计近期内随着全

球经贸增速放缓，叠加国际航运供应过剩影响，中

国航运燃料需求将进入短暂蛰伏期。目前低硫燃料

油产能开工率尚不足50%，消化现有产能将成为未

来供应企业的主基调之一。

长期来看，中国外贸船燃市场仍有发展空间[8]。

目前，华东区域为保税船燃加注最主要地区，占国

- 12 - 石油石化绿色低碳 2024 年.第 9 卷

内船燃加注总量的55%以上，主要加注港口为舟山

港、上海港等。舟山港作为我国船加油第一大港与

国际贸易货物吞吐第一大港，2022—2023年与新加

坡港船加油价差基本维持在3～5美元/吨以内，具

备可持续竞争力，2023 年舟山港船加油量已突破

700万吨。同时，渤海湾区域、华南区域船加油市

场发展亦在逐步推进，主要加注港口众多，包括青

岛港、天津港、大连港、日照港、深圳港、广州

港、厦门港等等。

目前，我国船加油总量较新加坡港仍有较大差

距，与外贸货物规模尚不匹配。未来，在国际经济

贸易进一步增长的大背景下，随着地缘政治与大国

博弈的影响逐渐深化，全球货物结构与流向或将缓

慢重构，全球海运运距与燃料需求持续提升，中国

船加油市场或将迎来进一步发展。尽管下游航运市

场易受诸多因素影响，但若在未来仍能保持上升势

头，预计十余年内我国外贸船燃市场规模有望突破

3 000万吨，较2023年增长50%以上。

4 结束语

随着碳中和目标的影响在全球范围内逐渐深

化，燃料油供需形势从中长期来看处于下行区间，

但市场的阶段性波动较为明显。特别是国际航运市

场，受航运政策与地缘政治影响较大，市场不确定

性与反复性相对较强。对中国市场而言，尽管短期

内可能进入短暂蛰伏期，但未来外贸船加油行业仍

有较大发展空间。从远期而言，清洁燃料替代是航

运市场的主旋律，但传统燃料仍将在相当长时期内

扮演重要角色。

参考文献

[1] 丁凯，刘名瑞，王佩弦，等．船用燃料油现状及未来

发展分析[J]．当代化工，2023，52（06）：1453-1457.

[2] 郑丽君，朱庆云，鲜楠莹．国内外船用燃料市场现状

及展望[J]．国际石油经济，2018，26（05）：65-72.

[3] 邴春亭，姜磊，刘畅，等．基于全球航运市场分析的

中石化低硫船燃发展探讨[J]．中国水运，2023（03）：

73-76.

[4] 梁晓霏．船用燃料油市场现状及未来发展趋势分析

[J]．石油化工技术与经济，2022，38（05）：5-13.

[5] 朱元宝，辛靖，侯章贵．船用燃料油标准变化背景下

的挑战与机遇[J]．无机盐工业，2019，51（11）：1-5.

[6] 张龙星．限硫令下的全球船用燃料油市场变局[J]．中

国远洋海运，2021（03）：32-35.

[7] 刘初春．未来低硫船舶燃料油市场走势分析[J]．国际

石油经济，2020，28（02）：82-88.

[8] 郎岩松，刘初春，秦志刚．中国燃料油市场格局变化及

发展建议[J]．国际石油经济，2017，25（08）：88-93.

八面来风

2023 年德国可再生能源产能增长创纪录

据报道，2023年德国安装了创纪录的太阳能和风能发电产能，但只有太阳能新增装机达到了政府

目标，风力发电装机未能达到。德国太阳能工业协会（BSW）表示，住宅需求大幅增加推动2023年安

装了超过100万套新太阳能发电系统，总容量达到14吉瓦，同比增长85%。德国风力发电协会（BWE）

近期表示，风电招标数量也有所增加，2023年风电总容量达到创纪录的6.4吉瓦（但低于每年10吉瓦的

目标）。BWE表示，德国需要更多法律法规促进电网接入和风力发电的安装。

2023年可再生能源首次占德国发电量和用电量的一半以上。太阳能和氢能研究中心（ZSW）和德

国能源和水工业协会（BDEW）表示，2023 年可再生能源在德国总发电量中所占比例约为53%，而2022

年为44%，同比增长了11个百分点。德国目标是2030年使可再生能源占其发电量的80%，但按照目前

速度，可能无法实现目标。

摘  要：全球约21%丙烷用于化工生产。由于北美等地C2产业链利润高于C3，出口丙烷效益优于下游生产，

北美和中东地区成为全球丙烷资源主要输出地。全球PDH装置产能的大幅增长也带动原料丙烷贸

易增加，助力丙烷价格高位运行，同时需求增速保持低位。新增PDH装置主要来自中国，中国在

2014—2016年经历了第一轮扩能高峰期，2019年开启第二轮PDH建设热潮。未来丙烯整体供应远

超下游消费增速，过剩态势逐渐显现，直接影响PDH装置丙烯未来盈利水平。

关键词：丙烷 PDH装置 丙烯 供应 需求 价格 毛利

PDH 产业发展现状及预测

王丽敏，隋谨伊，吕晓东

（中国石化集团经济技术研究院有限公司，北京 100029）

1 丙烷化学用途对其价格影响的权重逐渐增加

1.1 丙烷需求将进一步提升

丙烷的用途主要分做燃料和化学用两大类，近

收稿日期：2023-12-30

作者简介：王丽敏，硕士，高级工程师。目前主要从事化工产品市场研究工作。

通讯联系人：王丽敏，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 >> 热点剖析 <<

石油石化绿色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

70%作为燃料使用。得益于燃料清洁化带动，全球

丙烷消费呈逐年上升趋势；此外化学用 PDH 装置

领域丙烷消费相比燃料需求增速较快，占比从2010

引用格式：王丽敏，隋谨伊，吕晓东．PDH 产业发展现状及预测 [J]．石油石化绿色低碳，2024，9（01）：13-16+77.

- 14 - 石油石化绿色低碳 2024 年.第 9 卷

年 2.3% 增至 2023 年的 12%。预计 2025 年前全球

PDH装置投产规模达996万吨/年；PDH用丙烷需

求量继续大幅提升，2025 年 PDH 用丙烷占比增至

15.9%，2030年进一步增长至17.7%。2023年全球

丙烷消费结构见图1。

表 1 全球PDH 装置产能 万吨 / 年

公司名称 国家 2023年

产能

Borealis Kallo N.V. 比利时 24

PTT Global Chemical Public Company Limited 泰国 10

Saudi Polyolefins Company 沙特 45

SK Advanced Co Ltd 韩国 60

Hyosung Corporation 韩国 40

PETRONAS Chemicals MTBE Sdn. Bhd. 马来西亚 30

Enterprise Products Operating LLC 美国 75

Flint Hills Resources, LLC 美国 83

Advanced Petrochemical Company 沙特 45

Dow Inc. 美国 75

Hyosung Corporation 韩国 20

National Petrochemical Industrial Co. 沙特 42

ADNOC Refining Company 阿联酋 50

SIBUR Tobolsk LLC 俄罗斯 51

Egyptian Propylene & Polypropylene Company 埃及 40

Hyosung Vietnam Co., Ltd. 越南 25

图2 丙烷价格走势分析

数据来源：标普

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

价格 /（美元 /吨）

价差 /（美元 /吨）

东北亚丙烯 – 丙烷

西欧 东北亚

图1 2023年全球丙烷消费结构

数据来源：标普

人工燃气 2%

炼厂 1%

其他 3%

民用和商用 47%

工业 7%

发动机燃料 8%

化学用裂解

21%

化学用（PDH）

12%

2 PDH 装置迎来一轮爆发式增长

2.1 全球 PDH 产能现状及预测

截止2023年底，全球PDH装置产能共2 755万

吨/年，占丙烯总能力的11%左右。其中东北亚占

69%，主要来自中国、韩国；东南亚约占4%，主要

来自泰国、马来西亚、越南；北美占12%；中东占

8%；西欧、独联体合计占比15%。全球PDH装置

产能见表1。

1.2 丙烷贸易呈扩大趋势

全球的丙烷资源主要来自北美和中东地区，这

两个区域出口的丙烷占全球贸易量的 88%。2010

年之前全球丙烷贸易不到4 000万吨。由于页岩油

气资源开始在美国开发，从2012年开始迅速增长，

2017年美国超过中东成为全球最大的净出口国。预

计未来美国净出口量仍将保持增长，到2030年增幅

将达1 000万吨左右。中东增长相对缓慢，到2030

年增幅不到400万吨。从丙烷进口区域来看，中国、

印巴、欧洲、日本、韩国为主要丙烷进口国家及地

区;其中中国和印巴是丙烷进口增幅最快的国家，到

2030年，中国较2023年新增丙烷净进口量800多万

吨，印巴地区则为200多万吨。

1.3 丙烷价格高位运行

丙烷消费目前仍以燃料为主，价格主要按照

热值定价，季节性波动很强。又因北美乙烷过于廉

价，以2023年为例，乙烷北美离岸年均价低于丙烷

300多美元/吨，以乙烷为原料生产烯烃的经济性显

著高于丙烷和石脑油。北美新增与存量裂解装置均

大量切换乙烷进料，将开采出的丙烷向外倾销，投

资回报率差异导致丙烷化工需求被挤出。从全球来

看，除中国外，海外PDH项目非常少。受天然气价

格上涨及中国大量PDH装置投产的带动，丙烷价格

近两年显著提升。预计未来两年丙烷价格仍将保持

中高位震荡。丙烷价格走势分析见图2。

2024 年.第 1 期 王丽敏，等．PDH 产业发展现状及预测 - 15 -

表 2 中国 PDH 装置分企业产能 万吨 / 年

公司名称 2023 年产能

天津渤化集团 60

绍兴三圆石化有限公司 45

浙江海越股份有限公司 60

浙江卫星石化股份有限公司 90

烟台万华 75

扬子江石化（东华能源） 60

未来除中国外，仅有 Advanced Polyolefins

Company的一套84万吨/年PDH装置在2025年投产。

2.2 国内 PDH 产能现状及预测

2013 年中国第一套 PDH 装置（天津渤化）投

产，得益于丙烯下游消费的高速增长以及下游产品

生产技术不断突破，对丙烯原料需求日益增加，专

产丙烯的 PDH 装置受到投资者青睐，2014—2016

年经历了第一轮扩能高峰期，至 2016 年产能增至

481万吨/年。产能停止增长，消化供应存量2年后，

2019年又开启了第二轮PDH建设热潮。截止2023

年底，中国PDH装置产能共1 752万吨/年。已建成

的PDH装置原料丙烷绝大多数来自中东和美国，只

有少量装置，如浙江石化的PDH原料来自炼厂轻烃

整合资源。

PDH产能发展初期，丙烯下游企业如浙江卫星、

天津渤化等为保障稳定的丙烯原料来源，向上游发

展，补齐 C3产业链。近期 PDH 装置的规划建设多

数为 C3全产业链的配套一体化建设。中国 PDH 装

置分企业产能见表2。

2023年之后，PDH投产及在建项目22个，共

计957万吨/年，规划项目产能340万吨/年。中国

PDH装置未来新增产能见表3。

表 3 中国 PDH 装置未来新增产能 万吨 / 年

公司名称 路线 能力 投产年份 备注

东华能源茂名 PDH 60 2024 年 在建

泉州国亨化学有限公司 PDH 66 2024 年 在建

台塑宁波 PDH 60 2024 年 在建

浙江圆锦新材料有限公司 PDH 75 2024 年 在建

金能科技新材料 PDH 90 2024 年 在建

公司名称 2023 年产能

山东神驰石化 20

宁波福基石化有限公司（东华能源） 126

河北海伟集团 50

东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

浙江华泓新材料有限公司 45

金能科技新材料 90

宁夏润丰新材料科技有限公司 30

安庆泰恒发石油化工有限公司 20

斯尔邦（连云港） 70

齐翔腾达 70

淄博海益精细化工 25

鑫泰石化 30

山东天弘化学 45

辽宁宝来 60

远东科技 15

上海华谊（钦州） 75

巨正源 60

江苏延长中燃化学 60

山东滨化 60

利华益维远化学股份有限公司 60

浙江华弘新材料 45

江苏瑞盛新材料科技有限公司 60

东华能源茂名 60

合计 1 752

续表 续表

公司名称 国家 2023年

产能

HMC Polymers Co Ltd 泰国 31

BASF SONATRACH PropanChem S.A. 西班牙 41

Taekwang Industrial Co Ltd 韩国 30

Al Waha Petrochemicals Co. 沙特 45

PETRONAS Chemicals MTBE Sdn. Bhd. 马来西亚 8

Dow Inc. 美国 15

Enterprise Products Operating LLC 美国 75

Grupa Azoty Polyolefins SA 波兰 43

其他 中国 1 752

合计 2 755

- 16 - 石油石化绿色低碳 2024 年.第 9 卷

3 未来丙烯消费增速低位运行

3.1 全球丙烯产业发展现状及预测

自 2015 年以来，受亚洲等发展中国家及地

区丙烯需求高速增长的带动下，全球扩能节奏与

亚洲等发展中国家几乎一致。世界丙烯产能经历

2015—2016年快速扩张、2017年短暂放缓后再加速，

2021—2022年新增产能接连创历史新高，预计2023

年全球丙烯新增再创新高。2016—2020年，全球丙

烯新增产能近2 500万吨/年，较2011—2015新增产

能增加近40%；2021—2023年新增产能依然强劲，

超1 900万吨/年，全球丙烯产能扩张规模空前。从

全球原料结构可看出，近几年由于 PDH 装置的大

规模投产，炼油丙烯、石脑油裂解丙烯占比下降明

显；PDH路线占比则从2015年的6.7%提升至2023

年的11%。从区域发展来看，随着大型炼化、PDH

和煤化工项目的陆续投产，东北亚地区丙烯原料更

为丰富；北美地区乙烯原料轻质化，大量乙烷裂解

装置投产，而C3利润小于C2，利润差约150～200

美元/吨，石脑油原料和PDH路线的丙烯新增较少；

中东虽然轻烃资源富裕，但石脑油裂解路线仍为地

区内的占比最大的生产路线。

未来五年，全球新增丙烯产能仍集中在东北亚

地区，扩能速度将有所放缓；全球丙烯消费增速仍

在3%～4%区间低位运行。

3.2 中国丙烯产业发展现状及预测

近几年，在中国丙烯及下游市场高需求增速驱

动下，企业竞相投资丙烯产业链，自2018年起再次

掀起一轮新扩能高潮，本轮扩能规模创历史新高。

从装置结构占比来看，2018—2023 年PDH 由14%

提高至27%左右；而炼油和石脑油传统路线占比由

61% 下降到 55% 左右；MTO、CTO 由于成本原因

2021年后投产项目相继推迟或退出，导致其占比有

所下降。

2016—2020年，国内丙烯消费年均增速约8.5%，

同比略高0.8个百分点，仍高于同期GDP年均增速，

处于高速增长期；2021—2023年，受下游消费低迷

等因素影响，丙烯消费增速低位运行。

丙烯下游需求以聚丙烯为主，近几年聚丙烯

对丙烯需求占比呈上升之势，2020年超过70%，至

2023年依然维持70%高占比。2016—2020年，下游

聚丙烯新建装置大规模投产，净增产能超过 1 900

万吨 / 年。经分析，丙烯消费增长的主要原因是终

端消费拉动，这也较大刺激了丙烯下游产品需求增

长。一是聚丙烯价格处于十年来低位，催生部分替

代需求，如对木制、金属制、玻璃制品的替代；同

时环保标准的提高，旧料生产成本上升，中国禁止

进口废旧塑料的政策红利驱动下，新料消费大幅提

升。二是近几年，餐饮外卖市场规模以20%以上的

增速持续发展壮大。三是快递业的发展及塑料包装

升级对应用领域的拓宽共同支撑包装行业保持较快

增长。四是汽车轻量化、家电等行业对注塑专用料

的需求也稳步增加。

经过本轮丙烯产业链扩张，从下游产品的产能

满足率来看，除异辛醇、乙丙橡胶这样的小产品存

在少量缺口外，其他主要下游产品均已出现产能过

剩。PP 新增产品多数为大宗产品，同质化竞争激

烈，中国仍存在一定量的高端聚乙烯以及有套利空

间的大宗聚丙烯进口。

4 PDH 装置丙烯毛利转正的压力巨大

PDH 项目的逐渐增多成为原料丙烷价格上涨

的一个主要因素，下游丙烯产能迅速扩张，丙烯需

求增速逐渐走低，导致丙烯价格低位，原料端及产

品端的双重挤压使 PDH装置毛利自2021年下半年

以来基本为负，装置盈利水平堪忧。近年中国丙烯

PDH装置税前毛利见图3。

5 结语

PDH装置作为丙烯专产装置，建议灵活安排生

公司名称 路线 能力 投产年份 备注

福建美得石化有限公司 PDH 90 2024 年 在建

振华石油化工有限公司 PDH 100 2024 年 在建

浙江卫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 规划

广东鹏尊能源（湛江） PDH 45 2025 年 规划

广东湛江东海岛项目 PDH 30 2025 年 规划

延长石油 PDH 60 2025 年 规划

山东中海精细化工有限公司 PDH 40 2025 年 规划

利华益维远化学股份有限公司 PDH 60 2025 年 规划

江苏瑞恒新材料科技有限公司 PDH 45 2026 年 规划

合计 957

续表

（下转第 77 页）

摘  要：近年来我国光伏产业发展迅速，但多晶硅和光伏电池制造过程中会产生大量含氟废水，且污水处理排

放含氟标准日益严格，因此光伏废水处理成为光伏企业工艺升级的重点领域。该文总结了现有的含氟

废水处理技术，对各类含氟废水处理技术进行了多维度对比，并从企业角度探讨了高效、经济、工业

化的含氟废水处理方法；分析了混凝沉淀法和混凝吸附法最新工艺处理流程及效果，提出了含氟废水

处理工艺发展方向，对我国光伏企业升级污水治理工艺、实现节能减排和提质增效具有借鉴意义。

关键词：多晶硅 光伏 含氟废水处理 环保 混凝沉淀法

光伏产业含氟废水及工业处理方法进展

王广磊

（北京恩菲环保股份有限公司，北京 100089）

收稿日期：2023-11-07

作者简介：王广磊，学士，注册安全工程师。长期从事 HSE、环境工程、给排水工程及管理等方面研究。

通讯联系人：王广磊，13311402360@163.com。

2005—2023年我国光伏行业迅猛发展，产业规

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

模持续扩大[1]。2009年我国成为世界最大的光伏电

2024 年 2 月·第 9 卷·第 1 期 >> 专家观点 <<

石油石化绿色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

引用格式：王广磊．光伏产业含氟废水及工业处理方法进展 [J]．石油石化绿色低碳，2024，9（01）：17-21+44.

- 18 - 石油石化绿色低碳 2024 年.第 9 卷

池生产国，2013年起光伏安装市场规模跃居世界第

一，至今仍在全球光伏市场占据主导地位；既是光

伏电池和组件的主要生产国，也是安装容量最大的

国家[2]。光伏发电产业分为上、中、下游三端，其

中上游产业制备多晶硅类原材料，中游产业生产光伏

组件，下游产业研发应用级产品。目前我国光伏企

业在上、中游已居全球龙头地位，多晶硅、多晶电

池及相关光伏组件产量巨大。多晶硅是光伏行业的

基石原料、光伏电池是光伏系统的核心部件[3]。多

晶硅和光伏电池制造过程产生大量难处理的含氟废

水对环境造成威胁，受到企业和政府的重点关注。

含氟废水不仅会污染环境，而且会腐蚀设备、

加快设备折旧、增加企业经济负担，实现大体量含

氟废水的高效、低成本处理是企业面临的难题 [4]。

该文介绍我国光伏产业含氟废水工业化处理主要技

术和未来发展方向，分析废水处理工艺企业改良成

功经验及实施效果，以期为我国光伏企业实现含氟

废水经济、高效、工业化处理提供借鉴。

1 含氟废水来源

根据目前工艺，难处理含氟废水集中在多晶硅

和电池片生产两环节产生，每生产一吨多晶硅即产

生四吨废水。针对我国如此体量并持续扩张的光伏

产业，废水处理问题应引起高度重视。

1.1 多晶硅制造环节

多晶硅是制备单晶硅和光伏电池的原材料 [5]，

为减少晶体硅对太阳能吸附的影响以提高效能，需

要去除晶硅中的磷硅玻璃。目前的方法是将晶体硅

片浸入氢氟酸中，使磷玻璃溶解成可溶性六氟硅酸

盐并去除。该过程产生大量含有氢氟酸的废水，同

时还伴有含量较高的氯离子，严重腐蚀相关生产设

备，降低企业安全性和经济效益。

1.2 电池片制造环节

光伏电池片生产线在制绒、刻蚀等工序使用大

量氢氟酸，该环节产生废水含氟浓度较高[6]。同时，

硅片碱洗步骤中用到氢氧化钾会产生碱性废水，酸

洗、刻蚀和扩孔步骤用到盐酸、硫酸及硝酸会产生

酸性废水，脱银步骤用到氨水产生含氨废水；此

外，在生产过程中用到的部分原辅材料为有机物，

如异丙醇、切割液等会产生有机废水，因此该环节

含氟废水组成更加复杂。

2 含氟废水危害及特点

《人群总摄氟量》（WS/T 87—2016）规定：8～16

周岁人群氟摄入量上限值为2.4 mg/d；大于16周岁

为3.5 mg/d。废水中的氟化物在自然环境中难以分

解，如不能有效处理，排放后会积存在土壤中最终

渗入地下水。氟化物超标的饮用水可能使儿童甲状

腺激素紊乱和大脑发育不全，大大增加成年人患血

液疾病、肠炎甚至癌症的风险，同时氟化物超标也

会导致植物逐渐枯萎甚至死亡。

由于各光伏企业的生产工艺、产品不尽相同，

产生的废水水质也存在差异，但总体具有如下特点：

（1）含氟量极高[7]。在表面制绒及湿法蚀刻工

序中会使用氢氟酸，废水中氟离子浓度高达400～

1 000 mg/L，部分高氟废水的氟离子含量最高可达

50 000 mg/L。

（2）产生量极大。电池片生产属于高耗水行

业，每生产 1 MW 太阳能电池片，需消耗原水约

700～800 t。

（3）污染物组分复杂，可生化性差。电池片生

产过程中会使用氢氟酸、硝酸、硫酸、异丙醇等，

这些材料及反应物均进入生产废水中，导致成分

极其复杂，有机物可达3 000 mg/L，悬浮物可达约

1 000 mg/L[8]，较难进行生化处理。

（4）酸碱性较强，对设备具有强腐蚀性。制备

过程碱洗、酸洗工艺复杂，其中碱性废水pH≥14，

而酸性废水pH≤1。

3 废水处理方法

鉴于含氟废水的高度危害性，国家和地方（四

川、山东、河南等省市）均出台标准，严格要求排

放废水氟离子浓度最高限在1.0～20.0 mg/L。污水

排放氟含量限值详见表1。

目前含氟废水处理技术按作用原理主要分为化

学沉淀、混凝沉淀、物理吸附、膜分离、电化学、

微生物[9]六类。

（1）化学沉淀法

高浓度含氟废水通常采用化学沉淀法处理。通

过向废水中添加沉淀剂与氟离子反应生成氟化钙，

沉淀后过滤去除氟。常用的沉淀剂有熟石灰、生石

灰、碳酸钙、可溶性钙盐等。实验室提出使用工业

废弃的硫酸钙污泥作为沉淀剂，实现废物利用并进

2024 年.第 1 期 王广磊．光伏产业含氟废水及工业处理方法进展 - 19 -

一步降低成本，目前现场试验具备工业化可行性[10]。

（2）混凝沉淀法

通过添加混凝剂将氟离子凝聚成沉淀物，然后

将其从废水中分离。该方法使用无机混凝剂（如氯

化铝）或有机混凝剂（如聚丙烯酰胺），适用于大

规模处理。虽然原理简明、工艺简单，但絮凝剂、

混凝剂用量大时成本增加，因此常用于处理较低浓

度（＜20 mg/L）含氟废水。

（3）物理吸附法

适合含氟废水的深度处理，高效、简单、出水

稳定。吸附剂通过吸附或离子交换去除废水中氟离

子，并可在一定条件下恢复吸附能力以循环利用，

但吸附效率降低不可避免。常用吸附剂包括铝基吸

附剂、钙基吸附剂、氢氧化物、勃姆石、石墨、活

性炭以及离子交换树脂等 [11]。近期，韩国科学技

术学院先进复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绵来去除半导体废水中的氟离

子，实验表明去除率可高达95.5%[12]。

（4）膜分离法

适用于高浓度氟离子废水，主要技术手段包括纳

米过滤、反渗透技术以及电渗透技术。通常情况下，

这三种技术组合被用于处理复杂的含氟污染问题。膜

分离对氟化物有很高的去除效率，但后期运营维护成

本高，仅有极少数更高标准建厂厂家使用该技术。

目前实验室研究提出一种新的膜过滤技术——胶束

强化超滤法（MEUF），该方法配合表面活性剂产生

胶束，胶束被超滤膜保留，搭配不同的表面活性剂

浓度，可进一步提高氟离子去除效率[13]。

（5）电化学法

主要包括电絮凝方法和电渗析方法[14]。电絮凝

法中金属电极电解产生金属离子，与氟离子结合产

生凝聚，是絮凝的电法实现；电渗析法是利用电压

差配合选择性离子交换膜，使溶液中的离子定向运

动分离。电化学方法对于电极材料性能具有较高要

求，当处理规模较大时耗电耗能严重，大大增加处

理成本。

（6）微生物处理技术

特定微生物群生长过程中通过吸附、吸收、代

谢及氧化等作用将有机氟化物转化为无机氟化物，

再结合沉淀、吸附方法将氟化物去除。该法污染

小、处理效率高，但微生物存活对环境要求高，因

此处理周期长。目前研发微生物基的絮凝剂、利用

微生物诱导碳酸钙沉淀同步除氟等是该方法的重要

研究方向。

以上为含氟废水的基础处理方法，核心都是

通过物理、化学或生物方法使氟化物析出后过滤去

除。在工业化废水处理过程中，企业常根据不同场

景和要求组合使用。各方法特点总结如表2所示。

工业化废水处理需要综合考虑效率、成本和

废水特点，将多种方法组合使用以达到低成本、高

效率的处理目标，其中“化学沉淀法＋混凝法”和

“混凝沉淀法＋物理吸附法”复合工艺是企业较为

常用方法。该文对上述两类复合工艺改进的实施案

例开展了进一步的调查研究，为企业升级废水处理

技术方案提供参考。

4 含氟废水工业化处理改进实例

4.1 基于硫酸钙污泥的化学混凝沉淀新工艺

化学沉淀法除氟需要消耗大量的钙化合物材

表 1 国家和地方污水排放氟含量限值

级别 代码 标准名称 类别 mg/L

国家 GB8978-1996 污水综合排放

标准

一级 10

二级 10

三级 20

国家 GB30484-2013 电池工业污染物

排放标准

现有企业 10

新建企业 8

国家 GB3838-2002 地表水环境质量

标准

Ⅰ–Ⅲ类 1

Ⅳ–Ⅴ类 1.5

四川省 DB 51/190-93 四川省污染物

排放标准

一级 10

二级 15

三级 20

山东省 DB37/3416.4-2018

流域水污染物综

合排放标准第四

部分：海河流域

一级 2

二级 3

河南省 DB41/2087-2021 黄河流域水

污染物排放标准

一级 2

二级 2

天津市 DB12/599-2015 城镇污水处理厂

污染物排放标准

A 标准 1.5

B 标准 1.5

C 标准 1.5

江苏省 DB32/ 4440-2022 城镇污水处理厂

污染物排放标准 最高限 1.5

- 20 - 石油石化绿色低碳 2024 年.第 9 卷

料，采用工业废弃物硫酸钙污泥替代氯化钙和石灰

石除氟可以大大降低企业水处理成本。由于企业所

在地原料价格上涨，成都某光伏企业以硫酸钙污泥

作为沉淀剂[10]，采用“三级物化除氟＋两级A/O除

氮”工艺实现废水中高浓度氟和氮同步处理，流程

如图1所示。

该企业废水处理站的进水氟离子浓度379.0～

698.9 mg/L，在一级物化反应池中投加硫酸钙污泥，

表 2 含氟废水处理技术方法对比

类别 技术方法 适用条件 常用材料 新型材料 优点 缺点 处理效果 /

（mg/L）

工业化

应用 升级方向

基础

方法

化学

沉淀法

大规模、

高浓度

生石灰、熟石

灰、氯化钙 硫酸钙污泥 工艺简单、

成本低 难以一次达标 20.0 ～ 30.0 多 低成本沉淀剂

研发

混凝

沉淀法

大规模、

低浓度

氯化铝、聚丙

烯酰胺

改性有机混凝剂，

微生物类混凝剂 工艺简单 成本高 1.5 ～ 10.0 少 低成本、高效

混凝剂研发

物理

吸附法

大规模、

低浓度

金属基、碳基

吸附剂、生物

质吸附等

纳米材料、吸附

树脂、离子交换

树脂、复合材料

工艺简单、

除氟效果好

吸附剂恢复后

效率变低，成

本较高

＜ 1.0 少 高效、弱衰减

吸附剂研发

膜分离

技术

复杂含氟

废水

反渗透膜、纳

米膜

高分子分离膜、

胶束强化超滤

不引入杂质

离子、除氟

效果好

膜污染、结垢

难维护，能耗

较高，成本极

高

＜ 1.0 少 高效、易清洗

分离膜研发

电凝聚

技术

废水组成

要求高 Al/C/Fe 复合电极 不引入杂质

离子

电极损耗，

能耗高 ＜ 1.0 少 高性能电极材

料研发

微生物

处理技术

有机含氟

废水 产絮菌 钙沉淀同步反硝

化细菌

可处理有机

含氟废水

时间长，环境

条件要求高 1.5 ～ 15.0 少 新型菌株培养

复合

工艺

化学混凝

沉淀工艺

大规模、

高浓度、

分级处理

复合 复合

分级处理，

兼顾效果和

成本

产物回收困难 ＜ 1.0 多 方法升级、

降本增效

混凝沉淀

– 物理吸

附工艺

大规模、

高浓度、

分级处理

复合 复合

分级处理，

兼顾效果和

成本

产物回收困难 ＜ 1.0 多 方法升级、

降本增效

图1 企业硫酸钙污泥化学混凝沉淀工艺流程

硫酸钙污泥 NaOH

调节池

事故池

一级沉淀池

污泥池

生化沉淀池

污泥脱水

清水池

泥饼外运

达标排放

一级反应池 二级沉淀池 三级沉淀池

泥饼外运

二级缺氧池三期

三级缺氧池三期 一级缺氧池三期

二级好氧池三期 一级好氧池三期 一级缺氧池三期 中间水池

二级好氧池四期 一级好氧池四期

污泥脱水 污泥池

二级反应池 三级反应池

补碳剂

污泥回流

内回流 内回流

除氟剂 PAC PAM 除氟剂 PAC PAM

污水管道

污泥管道

示例

2024 年.第 1 期 王广磊．光伏产业含氟废水及工业处理方法进展 - 21 -

钙离子与氟离子反应形成氟化钙沉淀并在一级物化

沉淀池去除，该阶段97%的氟离子被去除，出水氟

离子浓度可降低到10.0 mg/L。在二级物化反应池中

使用混凝剂、絮凝剂等二次去除氟离子，沉淀物流

入二级物化沉淀池沉淀除氟。根据前两级物化的处

理效果，若氟离子浓度仍未达到排放标准，在三级

物化反应池中继续使用除氟剂、聚合氯化铝（PAC）

与聚丙烯酰胺（PAM）药剂深度处理，经过二、三

级物化深度处理后，可以实现氟离子浓度＜7.0 mg/L

稳定出水，符合《四川省污染物排放标准》。

该企业处理废水35万t，利用硫酸钙污泥2 334 t，

分别节省氯化钙和石灰石407 t和711 t，相当于减

少二氧化碳排放633 t。每吨水降本2.3元，降本共

计80.5万元。所以采用硫酸钙污泥代替化学剂实现

工业化除氟，可实现降本增效且有利于化工产业联

合，具有较好的经济效益、环境效益和产业效应。

4.2 基于纳米材料的混凝沉淀—物理吸附新工艺

2023年受河流氟化物容量不足影响，南京某企

业氟排放标准被提高至稳定小于1.0 mg/L，其污水

处理单元亟需升级除氟工艺，尝试采用混凝沉淀—

纳米材料吸附工艺进行深度除氟。采用的吸附材

料为锆纳米复合吸附材料，可对氟离子进行选择性

吸附[15]。

该企业进水口氟离子含量为4.0～5.5 mg/L，在

混凝沉淀池中加入NaOH调节pH至碱性，添加PAC

和PAM形成聚铝絮体，沉淀或捕集后去除水中氟化

物沉淀，混凝沉淀处理过后的废水中氟离子含量降

至2.6～5.1 mg/L。经过初步处理的废水进入纳米材

料吸附系统，二次处理后出水可稳定低于1.0 mg/L。

吸附结束后，使用NaOH（4%）在15～50 ℃下对

纳米吸附材料进行脱附处理以循环利用，前期脱附

率可达100%，后续效率随循环次数下降。

该企业2023年5—7月处理废水280万t，混凝沉

淀步骤运行成本0.996元/t，吸附及脱附步骤运行成本

约0.970元/t，合计1.966元/t，成本总计550.5万元。

化学混凝沉淀法和混凝沉淀—物理吸附方法是

典型含氟废水工业处理方法，两者在应用场景、技

术特点和升级发展方向上存在差异。化学混凝沉淀

工艺常用作浓度≥20.0 mg/L含氟废水处理，需要

消耗大量钙化合物沉淀氟离子，且沉淀物回收处理

难度大，因此企业改良方向为低成本、环保型沉淀

剂研发；混凝沉淀—物理吸附工艺用作浓度≤20.0

mg/L含氟废水处理，其吸附材料的吸附效率会随循

环次数增加而衰减，同时吸附材料的后处理也是难

点之一，因此企业改良方向为高效环保、生命周期

长的吸附材料研发。

5 结论

（1）氟离子对人类健康和植物生长造成威胁，

各地对水中氟离子最高限含量要求在1.0～20.0 mg/L

不等。光伏产业废水含氟量高、体量巨大，含氟废

水的高效、低成本处理对光伏企业意义重大。

（2）含氟废水处理技术有化学沉淀、混凝沉淀、

物理吸附、膜分离、电化学、微生物等，目前工业

化处理方面化学沉淀、混凝沉淀、物理吸附方法复

合工艺出水能够达到排放标准要求，其余方法实现

工业化有待进一步完善。

（3）随着标准日渐严格，急需探索新的光伏废

水处理工艺，主要瓶颈在于新材料的研发和应用。

通过降低材料成本、增加处理效率、实现环保回收

以推进新材料从实验研究走向企业工业化应用，是

含氟废水处理工艺进一步发展的必由之路。

图2 企业纳米材料混凝沉淀—物理吸附工艺流程

废水 达标

排放

反冲洗水

原水槽 砂滤罐 排水池

酸化槽

混凝沉淀池

污泥处理

系统

保安过滤器 除氟

吸附系统

脱附液储罐

中间水池

脱附浓液

脱附剂

盐酸

脱附稀液

液碱、PAC、PAM

（下转第 44 页）

摘  要：介绍了传统芬顿反应工艺，通过不同的改善方法增强了铁基芬顿体系的反应性能，添加螯合剂等试

剂以扩大其适用pH值的范围，并加速Fe3+转化为Fe2+的转化速率。开发非均相体系，克服均相体

系中铁离子的析出沉淀、pH值适用范围小的缺点，同时与电化学、微生物降解等工艺结合，提高

体系的催化性能。

关键词：铁基芬顿体系 螯合剂 非均相反应体系 电化学反应 微生物降解 催化性能

铁基芬顿体系的研究进展

孙梦颖

（中国石化扬子石化分公司，江苏南京 211500）

随着现代农业、化学工业和人类活动的迅速发

展，产生大量化学品并对环境和人类造成影响。面

对愈发严峻的环境污染问题，传统的水处理工艺已

不能满足现代节能减排和环境保护的要求。有毒、

难降解的有机污染物（如有机卤化物、二噁英等）

引起的环境问题已经对 21 世纪的人类福祉和发展

构成严重威胁[1]。对于利用生物处理方法降解效果

较差的有机物，直接氧化法可以获得较高的降解效

率。在直接氧化法工艺中，对于特定的污染物选择

合适的降解氧化工艺都需要考虑污染负荷、工艺限

制和操作条件等关键因素，将增加操作成本。

高级氧化工艺（AOPs）能够替代原有的直接

氧化工艺，降解生物法难以处理的有机化合物。

AOPs所需要的反应条件通常接近环境温度和压力，

利用反应产生的具有水净化作用的羟基自由基达到

去除有机污染物的目的[2-3]。羟基自由基是一种具有

强氧化性的自由基，它与污染物反应的速率常数为

106

～109

L·mol-1s

-1。传统的芬顿试剂（H2O2和铁催

收稿日期：2023-03-31

作者简介：孙梦颖，硕士，助理工程师。现从事装置工艺参数优化调整工作。

通讯联系人：孙梦颖，sunmy.yzsh@sinopec.com。

2024 年 2 月·第 9 卷·第 1 期 >> 节能环保 <<

石油石化绿色低碳

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：孙梦颖．铁基芬顿体系的研究进展 [J]．石油石化绿色低碳，2024，9（01）：22-26.

2024 年.第 1 期 孙梦颖．铁基芬顿体系的研究进展 - 23 -

化剂）氧化体系被广泛应用于废水处理中难降解有

机物的去除。然而，传统的芬顿反应中存在很多问

题[4]，这导致传统芬顿反应的效率不高且适用范围

较小。

近几年，研究者通过采用不同的改善方法提高

传统芬顿反应的性能，使其具有更高的处理效率并

增大其适用范围。以下围绕研究者的研究进展，总

结了近几年关于芬顿反应的改善方法及其反应机

理，并对芬顿反应的研究前景做出展望。

1 传统芬顿反应工艺

传统的芬顿反应如式（1）～（5）所示。生成

的Fe3+可以与过量的H2O2再次形成Fe2+和更多的自

由基，如式（2）所示，这种反应称为类芬顿反应，

这一步骤的反应速率较式（1）的速率慢，并且Fe2+

能够循环再生。在类芬顿反应中，除了Fe2+再生外，

还产生氢氧自由基，氢氧自由基也可能攻击有机污

染物，但反应的活性不如羟基自由基。式（2）～（5）

是芬顿反应中的限速步骤，因为H2O2除了要和Fe2+

反应生成羟基自由基，还能与 Fe3+ 通过反应使得

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）

传统芬顿反应体系存在以下缺点：（1）pH 值

一般调整为 2～4，以防止氢氧化铁沉淀的生成；

（2）传统芬顿反应中Fe3+转换到Fe2+是整个反应中

的限速步骤，使得反应速率降低；（3）Fe2+不易从

水中分离出来，限制了催化剂的回收利用，导致资

源的大量浪费。

2 铁基芬顿体系的优化及其作用机理

2.1 加入其他试剂和材料

传统芬顿反应易形成铁离子沉淀、Fe3+向Fe2+

转化的效率不高，可以通过向催化剂中引入其他

的试剂使芬顿体系的性能增强。Li等人[7]将半胱氨

酸引入降解罗丹明B的芬顿体系中，结果发现，半

胱氨酸在反应中不仅起到还原剂作用，其结构上

的硫醇基（–SH）将Fe3+还原为Fe2+，加快了芬顿

反应中的限速步骤；而且半胱氨酸还可以与Fe3+形

成配位化合物，这阻止了Fe3+在碱性条件下形成氢

氧化铁沉淀，从而增大了芬顿反应的 pH 值适用范

围。而且半胱氨酸在Fe（Ⅲ）/Cys/H2O2反应体系中

可以循环使用，增强了反应体系的适用性。Yue等

人[8]研究将芬顿体系中的 H2O2替换为CaO2，构成

类芬顿反应体系，利用CaO2和FeⅢ–EDTAL反应间

接生成H2O2，实验结果表明CaO2和FeⅢ–EDTAL体

系中CaO2可以提供一个电子以还原Fe（Ⅲ），反应

过程中产生 O2

–

，能够加快反应速率，此过程还可

以缩短传统芬顿反应中的潜伏时间（传统芬顿反应

中降解有机污染物前两个小时基本没有降解效果）。

而且，在实验过程中加入 EDTA 络合剂，可以与

Fe（Ⅲ）形成络合物使其稳定，抑制了铁离子沉淀

的形成。Chen 等人 [9]在 Fe（Ⅱ）/H2O2中加入羟胺

从而加快芬顿降解苯甲酸的能力，羟胺能够加快

Fe（Ⅲ）转换成Fe（Ⅱ）的速率，也可以与铁离子络

合形成络合物，从而抑制氢氧化铁沉淀的生成，但

是由于最终产物中有N2O和NO3

– 生成，抑制了羟胺

在芬顿体系中的应用，故研究如何避免产生或减少

最终产物（N2O和NO3

–

）的形成具有积极意义。

2.2 非均相铁基芬顿体系

在均相芬顿反应过程中，整个反应体系溶液的

pH 值应调整在 2～4，进行芬顿预处理，防止铁离

子的水解沉淀。而酸化的成本很高，甚至比芬顿降

解中的氧化剂更昂贵。同时 pH 值在反应后需调整

至中性才能安全排放，也是一种巨大的能源浪费。此

外，经过均相芬顿处理后，废水中铁离子不易于回

收再利用，导致水中铁离子超标；反应后从溶液中

除去铁离子也会造成额外的操作费用。pH 值应用

范围窄以及均相的铁离子催化剂难以分离，限制了

均匀芬顿体系在废水处理中的进一步应用。为了克

服均相芬顿反应的这些缺点，研究者为开发多相芬

顿催化剂已作出许多努力，并取得具有实用价值的

成果，包括铁氧化物、铁氧化物与其它金属的复合

物、负载型铁基催化剂等。

2.2.1 铁氧化物及其与其它活性物质的复合体系

铁基非均相芬顿反应通常使用含铁的固体物

质，其活性成分如Fe、Fe2O3、Fe3O4、FeOOH，由

于在反应过程中从催化剂中浸出的铁量极低，几乎

不产生铁泥[10-11]。大量研究表明，含铁催化剂在连

- 24 - 石油石化绿色低碳 2024 年.第 9 卷

续多次运行后，仍能保持有效的催化活性，大大提

高了芬顿试剂的循环利用率[12]。在非均相芬顿反应

被提出之后，很多研究者通过对固体芬顿催化剂进

行改性修饰不断提高其催化性能。Guo等人[13]通过

水热煅烧复合处理制备出 Fe2O3/S，将硫元素引入

Fe2O3中，与H2O2构成非均相的芬顿体系，并探究

其对AO7和苯酚的催化性能。结果表明，对于降解

同一浓度的AO7或苯酚，氧化铁对其降解效果几乎

为零，而Fe2O3/S对两种有机物的去除效果分别能达

到95%（反应时间为14 min）和90%（反应时间为

60 min）。掺杂S元素通过阻滞光生载流子的复合，

促进了过氧化物与催化剂表面铁离子之间的电子转

移，提高了该体系的光催化性能与反应速率。Xu等

人[14]利用浸渍法制备出Fe3O4/CeO2磁性纳米复合材

料，结果表明，降解同一浓度的4–氯苯酚实验中，

当反应时间为20 min时，Fe3O4/CeO2/H2O2体系对

底物的去除率为90%左右；而Fe3O4/H2O2体系对底

物去除率只有10%。Fe3O4/CeO2/H2O2催化剂表面的

Ce3+和Ce4+在反应体系中也可以与H2O2构成类芬顿

体系，从而增加体系中羟基自由基的产生速率，大

大提高了对底物的降解能力。

2.2.2 引入载体

虽然非均相体系可克服传统均相体系很多缺

点，但氧化铁等铁基催化材料仍存在一些缺陷，如

粒径不易控制，分散性差，干燥煅烧时颗粒不均

匀等。为了改善以上缺陷，有研究发现，可以将催

化材料负载于石墨烯、碳纳米管、富勒烯等载体

上。由于这些载体具有巨大的比表面积，活性贵金

属和促进剂的前驱体能得到充分的分散，从而提高

贵金属的利用率，防止金属粒子烧结；而且由于碳

纳米管与活性贵金属之间存在强相互作用，能够提

高催化剂的催化性能。Chen等人[15]制备出介孔碳

负载 FeCo复合物催化剂（FeCo–OMC）用于改善

催化体系的效率，结果表明，加入 FeCo–OMC 的

催化体系与加入 FeCo 的催化体系相比，前者作用

的体系中产生的HO·要比后者的多2倍，反应速率

常数 Kobs也随之提高。Cong 等人 [16]用简单易行的

浸渍方法在富勒烯60（C60）上掺杂Fe2O3形成C60–

Fe2O3复合材料，Fe2O3/H2O2、C60/H2O2、Fe2O3/C60/

H2O2体系在同一条件下同时降解 MB 溶液，前两

个反应体系在可见光辐照下，80 min后MB的降解

率很小，而 C60–Fe2O3复合材料去除率能够达到近

100%。C60–Fe2O3具有比Fe2O3或C60更好的催化效

果，因为 C60可以提高量子产率，并增加电荷转移

效率。Naghshbandi等人[17]采用溶剂热法制备了多

组分催化剂β–环糊精/还原氧化石墨烯（rGO）共

掺杂Fe3O4，并探究其去除双酚A的催化性能。实验

结果表明，双酚A的催化反应符合拟一级动力学模

型，且相关关系良好，Fe3O4/β–CD，Fe3O4/rGO和

Fe3O4降解双酚A的反应速率常数分别为0.021 73、

0.097 35、0.016 66 min-1，而β–环糊精/还原氧化石

墨烯（rGO）/Fe3O4体系的反应速率常数为0.157 33

min-1。由于石墨烯载体具有很大的比表面积，使

得污染物聚集在催化剂表面，从而提供丰富的活性

位点用于下一步催化反应。环糊精提高了催化剂周

围积聚的污染物溶解度，并将它们封装在其疏水腔

中，从而增加生成的羟基自由基，故此复合反应体

系的催化性能大大增强。此外，对催化剂进行循环

利用，催化剂第一次使用对污染物中碳氢化合物的

去除率达到75.6%±1.3%，在重复使用了五次之后

稳定在52.9%±2.5%。Cleveland等人[18]采用将多壁

碳纳米管表面负载Fe3O4应用于非均相Fenton氧化

反应，发现其对双酚A的降解效果较好，H2O2使用

量较小即可达到较高的去除率，催化剂在五次循环

使用后仍能达到90%左右的去除效果，证明了负载

氧化铁具有很好的循环利用效果。

2.3 结合其它工艺

在对单一的芬顿反应去除有机物的研究中发

现，尽管使用很多方法对传统芬顿反应进行改良，

但在一些催化体系中，去除率均不理想，故研究者

将芬顿体系与其他的高级氧化技术结合以达到更好

的催化效果。在很多研究中已证明，组合工艺不仅

仅在实验室研究中能够取得显著效应，在工程应用

中也能够发挥前所未有的优良性能。

2.3.1 光助芬顿体系

在芬顿体系中引入光辐射，可大大提高催化体

系催化降解有机物的能力。光可以起到两个不同的

作用[19]：（1）驱动光—芬顿反应，加快Fe（Ⅲ）转

化为 Fe（Ⅱ）的速率，如式（6）所示，铁基催化

剂本身也具有光催化性能，光辐射的引入也能够加

快铁基催化剂本身产生光生载流子；（2）光—芬顿

体系可以产生由Fe（Ⅲ）和有机化合物形成的具有

2024 年.第 1 期 孙梦颖．铁基芬顿体系的研究进展 - 25 -

潜在光不稳定性的络合物，配体通过光辐射作用在

Fe（Ⅲ）和Fe（Ⅱ）之间发生电荷转移，因此体系中存

在更多的Fe（Ⅱ）活性物质，如式（7）所示。所有的

芬顿体系都可以引入光辐射以增强其催化性能[20]。

Fe（Ⅲ）＋H2O2＋hv→Fe（Ⅱ）＋·O2H＋H+ （6）

Fe（OOCR）2+＋hv→Fe（Ⅱ）＋·R＋CO2 （7）

2.3.2 电化学芬顿体系

单一芬顿体系中存在 pH 值适用范围低，大量

H2O2的使用造成资源浪费等问题，所以研究者逐步

将电催化工艺与芬顿反应相结合，形成电芬顿催化

体系：（1）加快了 Fe（Ⅱ）的形成；（2）由于阴极

上可以原位生成 H2O2，减少了 H2O2的使用，节约

大量资源；（3）阳极上水的分解产生H+

，控制了溶

液pH值稳定在酸性范围内，抑制铁离子形成沉淀。

Hu等人[21]将FeNC@C材料涂抹在阴极板上，用于

电化学芬顿反应，结果表明，该体系对 pH 值的依

赖性较小、稳定性高，并且FeNC@C材料还可以进

行循环利用，可在废水净化中得到实际应用。Liu

等人[22]将电催化与芬顿反应结合用于降解邻苯二甲

酸甲酯，结果发现实验装置中分离的阴极和阳极，

以及阴极和阳极共室的设计，很好地将反应的 pH

值控制在芬顿反应所需要的范围内。阴极上生成的

H2O2使得整个反应过程无需外加H2O2，从而减少大

量的资源消耗。Ammar等人[23]将阴极和阳极共室的

一个催化芬顿体系应用于催化降解橄榄油加工废水

中的污染物，对于0.03 mM的橄榄油加工废水的去

除率能够达到76%，并且反应体系可以自行调节溶

液pH值以及反应体系中Fe（Ⅱ）浓度。

还有其他与芬顿反应体系结合的组合工艺，比

如光电化学组合工艺[24]，与生物降解相结合的组合

工艺等 [25]。在生物降解前利用芬顿体系将难降解

的有机物转化为小分子物质，大大提高了生物降解

率。另外，电芬顿技术和其他工艺（包括亚硫酸盐/

硫酸盐自由基偶联，高铁酸盐–电芬顿工艺）结合，

可大大提升电芬顿工艺效率[26]。目前，电芬顿工艺

的大规模应用需要设计合适的反应器，也需要进一

步分析成本，更好地评估其经济效益。

3 结论及展望

芬顿反应装置运用场景广泛，可用于治理印染

厂废水、焦化厂废水等污染水[27-28]，高效、性能稳

定的芬顿反应体系影响芬顿反应器的处理效率。近

年来，研究人员通过多种改善方法提高传统芬顿体

系的催化性能：（1）添加其他试剂（螯合剂等）以

扩大其适用的 pH 值范围，并提高 Fe（Ⅲ）转化为

Fe（Ⅱ）的转化速率；（2）开发非均相体系，克服均

相体系中铁离子析出沉淀、pH值适用范围小的缺点，

包括铁氧化物及其与其他活性物质（金属或非金属

活性物质）的复合物；引入载体以扩大催化剂的

表面积，加速污染物的转化速率，提高反应性能。

（3）与其他工艺（包括电化学工艺、微生物降解工艺

等）结合，提高体系的催化性能。但还有很多难降解

的有机物，比如合成洗涤剂、有机氯农药、多氯联苯

等，有待于开发新型的芬顿试剂，以使得这些有机

物得到更有效的去除。在改善芬顿体系的研究中，

还需进一步开发新型工艺，以扩大芬顿试剂的应用

范围，提高芬顿体系对难降解有机物的去除率。

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及参数优化[D]．黑龙江：哈尔滨工业大学，2016.

摘  要：比较不同使用规模TS-1、MWW、HTS分子筛催化剂性能可知：中国石化HTS工业规模催化剂

H2O2转化率98.5%，PO选择性98.5%，PO收率97.0%，处于国际领先水平。采用中国石化自动切

换串联反应器模式专利技术，反应器切换时间从120～300 s降低到0.1s。生产规模100～600 kt·a-1

环氧丙烷HPPO工业装置设置反应器数量2～12台，折算二氧化碳减排量147.76～5 319.30 tCO2·a-1。

随着HPPO工业装置生产规模增加，二氧化碳减排量提高幅度400.17%。今后应重点研发HPPO工

业装置大型环氧化反应器和大型分离设备，从而解决大型HPPO生产装置“工程放大效应”问题。

关键词：环氧丙烷装置 双氧水 催化剂 减碳

中图分类号：TQ223.26 文献标识码：A

优选催化剂实现 HPPO 装置减碳目标

王福安

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

收稿日期：2023-10-06

作者简介：王福安，学士，高级工程师。主要从事能源化工工艺开发、工程设计和项目管理工作。

通讯联系人：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 >> 节能环保 <<

石油石化绿色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

引用格式：王福安．优选催化剂实现 HPPO 装置减碳目标 [J]．石油石化绿色低碳，2024，9（01）：27-32.

- 28 - 石油石化绿色低碳 2024 年.第 9 卷

目前新能源和新材料市场需求十分旺盛[1]，促

进了“环氧家族”工程技术体系中环氧丙烷PO 年

需求量增速达10%以上[2]。为实现环保节能绿色减

碳，正在运行总生产规模1.80 Mt/a的氯醇法CHPO

多套工业装置由于污染严重急需转型升级[3]，已产

业化的环境友好、节能减碳的双氧水法HPPO工艺

是首选技术。中国石化石油化工科学研究院、中国

石化长岭分公司和中国石化上海工程有限公司等单

位于2014年成功地建成并运行我国第一套100 kt·a-1

工业规模HPPO生产装置，成为第三个拥有完全自

主知识产权的全套HPPO技术专利商[4]。HPPO技术

中环氧化反应催化剂的制备方法、成型工艺、再生

性能和使用寿命是HPPO核心技术[5]，该文对HPPO

实验室规模和工业规模牌号为TS-1、MWW、HTS

催化剂进行汇总比较分析，从中优选催化剂，以文

献数据和物理化学标准摩尔生成焓为基础[6]，在不

同生产规模、不同反应器数量条件下，寻找减碳规

律，折算二氧化碳减排量，指出今后HPPO工艺技

术的突破点。

1 HPPO 催化剂性能汇总分析

1.1 开发新型高效率 HPPO 催化剂

国外钛硅酸盐分子筛TS-1催化剂是20世纪80

年代Taramasso等首次以正硅酸四乙酯为硅源、钛

酸四乙酯为钛源、四丙基氢氧化铵为模板剂合成的

第一代钛硅分子筛催化剂[7]。经过科学家几十年的

研究钛硅分子筛与双氧水构成的催化剂已工业应

用在烯烃环氧化反应中，被誉为分子筛催化领域的

里程碑 [8]。丙烯和双氧水催化反应研究结果显示：

TS-1分子筛上PO吸附及异构化反应机制将为钛基

丙烯环氧化催化剂提供结构改性以增强PO 脱附从

而提高PO选择性[9]，由此成功地研制开发出钛硅分

子筛TS-1催化剂[10]。

国内外学者研发的富硅壳层结构无粘合剂

MWW钛硅分子筛催化剂[11]，具有选择性高、稳定

性好的特征[12]，进一步研究开发成熟后有望在大规

模工业生产装置上应用[13]。

中国石化钛硅分子筛HTS催化剂又称空心TS-1

催化剂[14]，是中国石化完全自主开发的表面富硅空

心钛硅分子筛催化剂。HTS分子筛骨架上四配位Ti

是催化氧化活性中心，部分Ti-OH转变为骨架Ti以

及HTS分子筛晶粒，形成空心结构，有利于反应物

扩散缘故[15]。为了更有利于反应分子内扩散效应，

HTS催化剂设计为独特的晶内多空心结构，从而形

成催化新材料活性组元，具有高活性、高选择性、

长寿命的特点[16]，由此HTS催化剂成功地应用在中

国石化大规模HPPO工业装置上，实现长满安稳运

行[17]。钛硅分子筛与树脂复合HTS催化剂是将钛硅

分子筛粉体、聚合单体丙烯腈、聚合单体多烯基化

合物以及制孔剂混合进行聚合反应，加工成型，经

抽提、干燥、无机酸反应、无机碱反应，得到钛硅

分子筛与树脂复合催化剂[18]。

国外钛硅酸盐分子筛TS-1催化剂SEM图像如

图1所示；中国石化钛硅分子筛CTS-1和CTS-2的

HTS催化剂NH3-TPD谱如图2所示[19]。

图1 TS-1分子筛SEM图像

TS-1

图2 HTS分子筛NH3-TPD谱

100 200 300 400 500 600

温度，℃

CTS-2

CTS-1

通过TS-1催化剂SEM图像和HTS催化剂NH3-

TPD谱图，可对HPPO环氧化钛硅分子筛催化剂进

行表征，比较不同催化剂的性能。

1.2 HPPO 催化剂性能汇总与比较

文献报道HPPO实验室、小试、中试和工业生

产规模牌号为TS-1、MWW、HTS分子筛催化剂性

能与工艺参数比较分析和汇总如表1所示。

2024 年.第 1 期 王福安．优选催化剂实现 HPPO 装置减碳目标 - 29 -

由表可知在反应温度 40～65 ℃、反应压力

0.4～2.5 MPa条件下，不同应用规模催化剂H2O2转

化率 81.0%～100.0%，PO 选择性 72.0%～99.9%，

PO收率58.3～99.9%。进一步比较发现，长岭HTS

工业催化剂H2O2转化率98.5%，PO选择性98.5%，

PO收率97.0%。这些指标处于国际领先水平，而且

已在HPPO工业装置上得到应用，因此选择该催化

剂作为典型催化剂进行下一步研究。

2 HPPO 装置减碳的计算

2.1 开发短时间切换工艺手术

在 HPPO 工艺技术从实验室到产业化过程中，

国内外申请发明专利层出不穷[20]。从全球申请人排

名来看，中国石化公司申请量占第一位，紧随其后

的是BASF公司、Evonik公司、Dow公司、住友株

式会社和Uhde公司[21]。采用中国石化自动切换串

联反应器模式专利技术进行减碳计算[22]，生产规模

100～600 kt·a-1环氧丙烷HPPO装置，常规设计设置

2～12 台串联环氧化反应器。当 HPPO 工业装置反

应器采用串联工艺流程时，考虑串联反应器“正常

投运”与“再生操作”2种不同操作模式，这2种模

式可在自控仪表操作站或者辅助操作台上实现一键

切换。在“正常投运”模式时，反应器联锁保护功

能正常运行，完全满足保护工艺设备要求。一旦切

换至“再生操作”模式时，该反应器进入正常再生

工况联锁保护状态，此时原来联锁功能可以分为以

下几种变换方式：

（1）正常投运设定值改变；

（2）安全联锁保护功能保持；

（3）正常投运联锁功能失效；

（4）正常投运所有功能强制锁定。

HPPO 工业装置“正常投运”与“再生操作”

二种不同操作工况反应器自动切换模式2台串联反

应器工艺流程示意如图3所示，8台串联反应器工艺

流程示意如图4所示。

表 1 工艺参数与不同应用规模催化剂性能汇总

催化剂名称 催化剂牌号 规模 反应温度 /℃ 反应压力 /MPa H2O2 转化率，% PO 选择性，% PO 收率，% 文献来源

国外早期催化剂 TS-1 研究 – – 81.0 72.0 58.3 [3]

Evonik-Uhde 催化剂 TS-1 工业 – – 97.0 90.5 87.8 [10]

BASF-Dow 催化剂 TS-1 工业 – – 97.0 90.5 87.8 [10]

富硅壳层催化剂 MWW 研究 – – 90.0 88.0 79.2 [12]

富硅壳层催化剂 MWW 研究 – – 100.0 98.0 98.0 [13]

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

长岭工业催化剂 HTS 工业 65 2.0 98.5 98.5 97.0 [17]

树脂复合催化剂 HTS 研究 50 2.5 100.0 99.9 99.9 [18]

图 3 中 2 台串联反应器一键自动切换工艺流程

描述：当反应器b正常运行和反应器c再生操作

图4 八台串联反应器自动切换流程示意

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

图3 二台串联反应器自动切换流程示意

l

v

o b a

u

k

m

p

n

w

c

- 30 - 石油石化绿色低碳 2024 年.第 9 卷

时，工艺物料入口阀门k 打开，工艺物料出口阀

门m打开，工艺物料旁路阀门o关闭；工艺物料

入口阀门l关闭，工艺物料出口阀门n关闭，工

艺物料旁路阀门p打开；来自界外的工艺物流进料

u通过工艺物料入口阀门k进入反应器b进行环

氧化催化反应，丙烯原料和双氧水原料转变为环氧

丙烷产品并通过工艺物料出口阀门m流出，流出的

工艺物料v通过工艺物料旁路阀门p作为工艺物

流出料w送出界外。

由此采用中国石化专利技术实现环氧丙烷

HPPO 工业装置 2 台串联反应器上述工况一、工况

二之间一键自动切换。

按2台串联反应器工艺说明可类推4～12台串

联反应器一键自动切换工艺过程。图4中a～h为

8台串联反应器，i为预分离塔。

2.2 修正生成焓计算减碳步骤

在工业生产 PO产品过程中的二氧化碳排放包

括：过程燃烧产生二氧化碳、界外输入电量和界外

输入蒸汽[23]。但在二氧化碳排放统计中，存在口径

基准不一、数据收集不全、重复统计计数等问题，

最终使二氧化碳排放量数据误差较大。

HPPO 装置二氧化碳排放计算分为三个部分：

一是原料带入产生的排放；二是消耗水电汽公用工

程能耗的排放；三是丙烯环氧化反应过程生成的

排放。环氧化反应器切换时间从120～300 s降低到

0.1 s，通过对比能够计算得到第二、三部分减少二

氧化碳的排放数据，而原料排放数据与上游装置的

情况相关，由于缺少上游装置数据而无法直接计算

得到第一部分减少二氧化碳的排放数据。本文采用

标准摩尔生成焓作为理论基础计算第一部分丙烯和

双氧水原料的二氧化碳排放数据。

物理化学中某物质标准摩尔生成焓是由最稳定

单质生成该物质时的标准摩尔反应焓，标准摩尔燃

烧焓是该物质在氧气中完全燃烧时的标准摩尔反应

焓，两者均依赖于该物质的本性和温度，通常物理

化学数据手册收集的是298.15 K（即25 ℃）时的数

据。采用标准摩尔生成焓作为理论基础进行丙烯和

双氧水原料的减碳计算，步骤如下：

（1）查阅物理化学数据手册得到标准摩尔生成

焓和标准摩尔燃烧焓；

（2）计算得到在操作运行温度、压力条件下的

摩尔生成焓和摩尔燃烧焓；

（3）折算得到丙烯、双氧水原料质量生成焓和

质量燃烧焓；

表 2 不同反应器数量 HPPO 装置优化效果一览（已设计或已投产）

HPPO 装置生产规模 kt·a-1 100 100 200 200 300 300 300

催化反应器数量 set 2 4 2 4 4 6 8

催化反应器反应温度 ℃ 60 60 60 60 60 60 60

催化反应器反应压力 MPa 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0

催化剂运行时间 hr 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200

催化剂再生时间 hr 80 80 80 80 80 80 80

原有切换时间 s 160.0 120.0 300.0 160.0 200.0 160.0 140.0

自动切换时间 s 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1

节省双氧水原料物耗 tH2O2·a-1 7.81 11.71 29.30 31.24 58.59 70.30 82.01

节省丙烯原料物耗 tC3H6·a-1 9.65 14.47 36.19 38.60 72.38 86.84 101.31

环氧丙烷减排 CO2 量 tCO2·a-1 36.36 54.53 136.40 145.45 272.76 327.27 381.78

反应过程减排 CO2 量 tCO2·a-1 61.05 91.56 229.00 244.20 457.93 549.45 640.96

合计二氧化碳减排量 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．优选催化剂实现 HPPO 装置减碳目标 - 31 -

（4）采用丙烯、双氧水原料平均实测值进行修

正得到修正质量生成焓；

（5）将丙烯、双氧水原料修正质量生成焓用于

节省双氧水原料物耗量、节省丙烯原料物耗量折算

二氧化碳减排量中。

2.3 不同反应器数量减碳效果

环氧丙烷 HPPO 装置设置 2～12 台串联环氧

化反应器，其中已完成工程设计或者已投产运行

100～300 kt·a-1生产规模HPPO装置不同反应器数量

优化效果见表2，已开展项目规划或者正在工程设

计400～600 kt·a-1生产规模HPPO装置不同反应器数

量优化效果见表3。

由表可知：在反应器切换时间从120～300 s降

低到0.1 s后，节省双氧水原料和丙烯原料物耗量。

100～600 kt·a-1环氧丙烷HPPO装置，设置反应器数

量从2台到12台，折算二氧化碳减排量在147.76～

5 319.30 tCO2·a-1之间。

3 结果与讨论

（1）比较不同规模牌号为TS-1、MWW、HTS

分子筛催化剂性能，在反应温度 40～65 ℃、反应

压力 0.4～2.5 MPa 条件下，催化剂 H2O2转化率在

81.0%～100.0%之间，PO选择性在72.0%～99.9%之

间，PO收率在58.3%～99.9%之间。中国石化HTS

牌号实验室规模催化剂H2O2转化率100.0%，PO选

择性 99.9%，PO 收率 99.9%；中国石化 HTS 牌号

工业生产规模催化剂 H2O2转化率 98.5%，PO 选择

性98.5%，PO收率97.0%；从实验室规模树脂复合

HTS 催化剂到长岭工业规模 HTS 催化剂 H2O2转化

率、PO选择性和PO收率都是最高的，处于国际领

先水平。

（2）中国石化长岭工业 HTS 催化剂 H2O2转化

率、PO选择性、PO收率属于国际领先的指标，而

且已在HPPO工业装置上得到应用，选择该催化剂

作为典型催化剂继续研究。

（3）采用中国石化自动切换串联反应器模式

的专利技术，反应器切换时间从120～300 s降低到

0.1 s，从而节省双氧水原料和丙烯原料物耗量。

（4）应用物理化学标准摩尔生成焓转换为修正

质量生成焓进行减碳计算，生产规模100～600 kt·a-1

环氧丙烷HPPO装置，反应器数量2～12台，折算

二氧化碳减排量147.76～5 319.30 tCO2·a-1之间。

（5）在相同反应器数量条件下，随着HPPO装

置生产规模的增加，二氧化碳减排量提高；生产规

表 3 不同反应器数量 HPPO装置优化效果一览（已规划或设计中）

HPPO 装置生产规模 kt·a-1 400 400 400 400 600 600 600

催化反应器数量 set 6 8 10 12 8 10 12

催化反应器反应温度 ℃ 60 60 60 60 60 60 60

催化反应器反应压力 MPa 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0

催化剂运行时间 hr 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200

催化剂再生时间 hr 80 80 80 80 80 80 80

原有切换时间 s 160.0 160.0 150.0 130.0 200.0 180.0 160.0

自动切换时间 s 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1

节省双氧水原料物耗 tH2O2·a-1 93.73 124.98 146.45 152.30 234.37 263.65 281.20

节省丙烯原料物耗 tC3H6·a-1 115.79 154.39 180.91 188.13 289.51 325.68 347.37

环氧丙烷减排 CO2 量 tCO2·a-1 436.35 581.81 681.77 708.97 1 091.02 1 227.33 1 309.06

反应过程减排 CO2 量 tCO2·a-1 732.59 976.79 1 144.63 1 190.30 1 831.72 2 060.57 2 197.78

合计二氧化碳减排量 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 - 石油石化绿色低碳 2024 年.第 9 卷

模100～300 kt·a-1环氧丙烷HPPO装置设置4台串联

反应器，二氧化碳减排量从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

产规模HPPO工业装置的规模效应明显。生产规模

越大越有利于HPPO装置减碳，但需要解决“工程

放大效应”问题。

（6）在HPPO装置相同生产规模条件下，随着

反应器数量的增加，二氧化碳减排量提高；生产规

模400 kt·a-1环氧丙烷HPPO装置设置6～12台串联

反应器，二氧化碳减排量从1 773.10 tCO2·a-1提高到

2 880.87 tCO2·a-1，提高幅度62.48%，表明增加反应

器数量除稳定运行外还能产生额外的减碳效果。串

联反应器数量越多越有利于HPPO装置减碳，但增

加HPPO工业装置设备投资费用，需要在建设投资

与操作运行二者中优化。

（7）相同反应器数量、HPPO装置生产规模增

加的二氧化碳减排量提高幅度，远远大于相同生产

规模、HPPO装置环氧化串联反应器数量增加的二

氧化碳减排量提高幅度，今后应重点解决HPPO装

置“工程放大效应”问题，研究开发大型环氧化反

应器和大型分离设备以进一步实现减碳目标。

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摘  要：应用硫转移剂是实现催化裂化烟气脱硫的理想方式。近年来，有关硫转移剂在催化裂化装置工业应

用的报道层出不穷，但有关应用过程中对装置热平衡影响的研究较少。该文根据JF–SN1P硫转移剂

在某公司2.8 Mt/a两段再生催化裂化装置的工业应用实际，量化分析了JF–SN1P硫转移剂对催化裂

化装置热平衡的影响。结果表明，JF–SN1P剂有促进CO燃烧转化成CO2的助燃作用，可使催化裂

化贫氧再生段CO含量由6.8%降至3.5%，CO2含量由13.2%升至16.4%；焦炭在贫氧段完全燃烧比

例随之增加，贫氧段烧焦放热增加，总反应再生烧焦放热增加，占总烧焦放热比例增加9.98%；贫

氧段再生烟气中可释放的CO燃烧热量减少，为使余热锅炉炉膛温度保持稳定，需提高瓦斯消耗量

以达热平衡。

关键词：催化裂化 两段再生 硫转移剂 热平衡 助燃

硫转移剂对两段再生催化裂化装置热平衡的影响

樊继磊，张泽石

（大连西太平洋石油化工有限公司，辽宁大连 116600）

收稿日期：2023-07-16

作者简介：樊继磊，学士，高级工程师。目前主要从事催化装置的生产管理和工艺管理工作。

通讯联系人：樊继磊，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 >> 过程优化 <<

石油石化绿色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

引用格式：樊继磊，张泽石．硫转移剂对两段再生催化裂化装置热平衡的影响 [J]．石油石化绿色低碳，2024，9（01）：33-38.

- 34 - 石油石化绿色低碳 2024 年.第 9 卷

催化裂化作为炼油生产中最核心的技术之一，

其催化剂再生过程中会产生大量含CO2、CO、SOx、

NOx的高温烟气，并夹带有催化剂微尘。因最后烟

气排放至大气，再生烟气成为催化裂化装置及炼厂

的主要污染源 [1-5]。随着环保标准的提高，烟气必

须进行脱硫、脱硝、除尘，以实现达标排放。国内

外解决烟气脱硫的技术路线主要是烟气湿法碱洗脱

硫和硫转移脱硫[6-13]。近几年，硫转移助剂的研究

和生产又有新的发展 [14-20]，且助剂价格大幅降低，

其应用效果和经济性成为炼厂关注的重要课题。

催化裂化装置是一个自给自足的热平衡系统，

即反应器（需热）、再生器（供热）和外取热器（取

热）三者的平衡，烟气余热由锅炉取走产汽，热平

衡控制为催化裂化装置日常操作控制指标之一[21-24]。

早期研究人员根据系统特点，将系统划分为反应器

子系统、余热锅炉及再生器两个用能子系统，通过

对各系统的能量利用率及各项热损失的计算，可判

断系统的用能水平进而完成对系统热平衡的分析[25-

26]。如今催化热平衡研究方法较多，包括热力学法

（或产品分析法，基于燃烧热或生成热）、热平衡实

测法，以及分子膨胀法、催化焦法和二参数关联法

等[27-30]，通过对热平衡的研究可对催化剂循环流化

与外取热运行工况不稳定等热量难平衡问题进行分

析解决，并对反应再生器内构件、外取热、余热锅

炉等技术改造和优化提供理论指导（以下对第一再

生器简称为一再，对第二再生器简称为二再）。

某公司2.8 Mt/a催化裂化装置采用沉降器与一

再同轴、一再贫氧二再富氧的两段再生结构，同时

配备3台CO焚烧炉（两开一备）和余热锅炉，一再

贫氧烧焦负荷（质量分数）约占85%，二再富氧烧

焦负荷约占15%[30]，两段再生产生的烟气一起进入

CO焚烧炉，在600 ℃以上条件下烧掉烟气中的CO

后进入余热锅炉发生3.5 MPa蒸汽，进一步回收热

能，使烟气温度降至200 ℃以下，排至烟气脱硫塔

脱除烟气中大部分SO2后排至大气（控制外排烟气

SO2≤50 mg/m3

）。该公司FCC装置原料硫含量高，

烟气脱硫液碱费用较高，约4 000万/a以上。为降

低装置NaOH使用量，提高运行经济效益，公司于

2023年3月14日在FCC装置上进行了JF–SN1P型硫

转移剂（以下简称JF–SN1P剂）的工业试用。该文

对报道研究较少的硫转移剂试用过程中对FCC装置

热平衡的影响进行了系统分析，计算研究了相同烧

焦量下反应再生烧焦生热比例的变化和对装置处理

量、产汽量和锅炉操作的影响，对硫转移剂在两段

再生FCC装置上的应用提供了补充性的理论指导。

1 JF-SN1P 剂简介

1.1 物化性质

JF–SN1P剂由类尖晶石结构的复合金属氧化物

微颗粒组成，可供贫氧再生催化裂化装置应用的硫

转移固体助剂，其主要理化指标见表1。

表 1 JF-SN1P 剂主要理化指标

项目 指标 测试方法

灼减率，m% ≤13 HG/T3927

比表面积 /（m2

/g） ≥50 GB/T5816

孔体积 /（mL/g） ≥0.2 Q/SH349907

表观密度 /（g/mL） 0.80 ～ 1.20 Q/SH660925

磨损指数，% ≤4.5 Q/SH349909

0 ～ 20 μm 筛分比例，% ≤5 Q/SH349911

0 ～ 40 μm 筛分比例，% ≤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 作用机理

JF–SN1P硫转移剂作用于再生器烧焦过程，能

有效将烟气中的 SOx转移至产品液化气和干气中，

最终进硫磺回收装置，从而大幅降低再生烟气中

SOx浓度，同时节约烟气脱硫液碱用量。

初始形态的硫转移剂加入至FCC装置再生器，

在再生器中利用再生空气中的O2促进烟气中SO2生

成SO3，硫转移剂中的碱性活性组分与 SO3结合形

成高温稳定的硫酸盐，随再生催化剂循环进入提升

管反应器。在提升管反应器中H2及还原性烃类存在

的条件下，硫酸盐发生两类还原反应[31-36]，一类将

硫酸盐还原为硫转移剂初始形态和H2S；另一类还

2024 年.第 1 期 樊继磊，张泽石．硫转移剂对两段再生催化裂化装置热平衡的影响 - 35 -

原反应生成中间硫化物，继续随主催化剂循环进入

沉降器汽提段，在高温条件下与油气中的水蒸气继

续发生反应，生成硫转移剂的初始形态，同时产生

H2S。最终以硫转移剂初始形态随待生催化剂循环

进入再生器，完成整个硫转移剂与SOx的反应：吸

附、还原、脱除硫化物、最后再生恢复活性的整个

过程[35-37]。

具体反应机理如下（M为硫转移剂中的活性金

属组分）。

（1）再生器中发生的反应：

SO2＋1/2O2→SO3

MO＋SO3→MSO4

（2）提升管和汽提段中发生的还原反应：

MSO4＋4H2→MS＋4H2O

MSO4＋4H2→MO＋H2S＋3H2O

MS＋H2O→MO＋H2S

2 工业应用

2.1 加入方案

JF–SN1P 剂试用期为 13 天，共计 11.8 吨。结

合装置实际情况，以最优最有效方案实现再生烟气

控制目标，JF–SN1P剂的使用在加剂初期按照“藏

量高限，按需添加”的原则进行。JF–SN1P剂需要

适当的剂量才能充分发挥作用，因此定时定量多次

加注该剂。通过小型加料系统，按每日新鲜催化剂

（加入量约8.9 t）的3%～3.5%向一再均匀加注硫转

移剂，每天加注 3 次，每次间隔时间 8 小时。在快

速加注期，烟气脱硫液碱用量降幅达31%后，加注

量调整为平稳加注，并以JF–SN1P剂藏量占比（质

量分数）达到系统总藏量（约350吨）的2.5%为目

标，具体加注方案见表2。

表 3 加注 JF-SN1P 剂前后原料性质对比

项目 加剂前 加剂后

密度（20 ℃）/（kg/m3

） 931.6 930.5

馏程：初馏点 /℃ 196.5 205.8

10%/℃ 333.3 334.5

50%/℃ 499.3 496.3

90%/℃ 654.5 653.8

95%/℃ 692.0 691.8

残炭含量，%（ω） 5.85 5.51

总硫含量，%（ω） 0.49 0.55

总氮含量，%（ω） 0.19 0.21

金属含量：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 剂前后主要操作参数对比

项目 加剂前 加剂后

处理量 /（t/h） 260 260

提升管出口温度 /℃ 524 526

贫氧段稀相温度 /℃ 694 696

贫氧段密相床层温度 /℃ 702 705

贫氧段主风量（标准态）/（m3

/h） 180 000 175 000

贫氧段 O2 含量，% 0 0

贫氧段 CO 含量，% 6.8 3.5

贫氧段 CO2 含量，% 13.2 16.4

富氧段稀相温度 /℃ 736 742

富氧段密相床层温度 /℃ 736 742

富氧段主风量（标准态）/（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

再生烟气中 SO2 浓度 /（mg/m3

） 2 000 1 377.28

硫转移率，% 0 31

2.2 原料性质和操作条件

FCC装置以加氢渣油和低硫渣油（约7∶1）为

原料，JF–SN1P剂加注前后混合原料性质和操作条

件分别见表3、表4。

表 2 JF-SN1P 剂加注方案

阶段 日期 每日加注量 /kg

适应期

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

平稳加注期 2023.3.24-3.26 200

- 36 - 石油石化绿色低碳 2024 年.第 9 卷

据表3，JF–SN1P剂加注前后原料性质相对稳

定。由表 4可知，JF–SN1P 剂加注后，一再 CO 含

量由6.8%降至3.5%，CO2含量由13.2%升至16.4%，

硫转移剂的加入促使更多的CO 氧化生成 CO2，起

到了CO助燃的作用，CO含量和JF–SN1P剂藏量占

比变化曲线见图1。随着JF–SN1P系统藏量占比不

断提高，其促进CO转化成CO2作用越明显，贫氧

段CO含量越来越低。达到目标JF–SN1P剂藏量占

比后，贫氧段CO含量达到最低。此后因FCC装置

反应再生部分取热受限，停止加注JF–SN1P剂。此

种硫转移剂活性随藏量变化明显，藏量占比下降，

助燃活性随即下降，贫氧段CO含量开始上升。

量冷硫转移剂一次加入过程中，若加剂速率过快，

短时间内再生器局部硫转移剂高浓度聚集，夺氧作

用强烈，还会使再生器密相床层局部温度骤然下

降，对烧焦过程产生一定影响，导致贫氧再生烟气

一氧化碳含量下降，床温升高[27]。

针对前述JF–SN1P剂加入后操作参数的变化，

继续深入探究其对 FCC 装置热平衡的影响。首先

对反应再生部分热平衡变化进行量化分析，得表5。

由数据可知，JF–SN1P剂的加入使焦炭在一再完全

燃烧比例增加，一再烧焦放热增加62 945.90 MJ/h，

在总烧焦量基本不变的情况下，总反应再生烧焦放

热增加78 309.15 MJ/h，烧焦生热比例增加9.98%。

该工况下反应再生部分需多产29.62 t/h饱和汽才可

达热量平衡。受 FCC 装置外取热器操作负荷限制

（一二再取热器最大稳定总产汽量为89 t/h），反应

再生相较于加剂前仅可提高19 t/h产汽，吸热量增

加50 236 MJ/h，其余的未回收热量28 073.15 MJ/h

转化为催化剂升温热及烟气升温热，从而导致反应

再生系统床温上升。装置不得不采取降量操作。经

计算，取热满负荷条件下，减少 FCC 装置处理量

30～40 t/h。

表 5 加注 JF-SN1P 剂前后反应再生系统热平衡对比

项目 加剂前 加剂后

总烧焦量 /（t/h） 23.68 23.71

焦炭在贫氧段不完全燃烧量 /（t/h） 6.56 3.28

焦炭在贫氧段完全燃烧量 /（t/h） 12.54 15.38

贫氧段烧焦放热 /（MJ/h） 4706 63.48 533 609.38

焦炭在富氧段燃烧量 /（t/h） 4.58 5.05

富氧段烧焦放热 /（MJ/h） 149 995.00 165 358.26

反应再生烧焦热 /（MJ/h） 620 658.48 698 967.63

焦炭全部烧焦放热 /（MJ/h） 775 297.77 776 350.45

反应再生烧焦生热比例，% 80.05 90.03

反应再生产汽吸热 /（MJ/h）

185 080

（对应产汽

70 t/h）

235 316

（对应产汽

89 t/h）

反应再生产汽占烧焦总热比例，% 23.87 30.31

由于CO燃烧生成CO2热值（283 kJ/mol）远高

于C燃烧生成CO热值（110 kJ/mol），故JF-SN1P剂

加注后，一再燃烧放热明显增加，装置热平衡出现

明显变化。

3 对装置热平衡的影响

3.1 反应再生热平衡

根据前述硫转移剂作用机理，JF–SN1P剂含有

储氧活性组分，有促进SO2与氧结合向SO3转化的

催化作用，因而在捕集SOx的同时也会促进再生器

密相局部区域 CO 氧化生成 CO2，释放大量热。由

于 CO 的助燃作用，增加了主风氧耗和燃烧放热，

两段再生器稀相、密相温度均有所升高，外取热器

滑阀开度和外取热产汽量均有所增加。此外，在大

图1 加注JF-SN1P剂期间一再CO含量及

硫转移剂藏量占比变化

7

6

5

4

3

2

1

0

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0

硫转移剂藏量占比，%

贫氧段 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

贫氧段 CO 含量

硫转移剂藏量占比

日 期

为满足当月计划处理量（密度0.930 g/cm3

，预

计生焦量9.1%）下的热平衡，一再烟气CO含量需

提高至5.1%以上，据图1，此时硫转移助剂占系统

2024 年.第 1 期 樊继磊，张泽石．硫转移剂对两段再生催化裂化装置热平衡的影响 - 37 -

藏量比例约为 0.9%，此工况较正常工况仍多放热

34 111 MJ/h，对应反再饱和汽量需增加约12.9 t/h。

该装置自3月27日起停加JF–SN1P剂，至4月10日

一再烟气CO浓度均值达5.5%（v），再生系统床温

降低，此时一再产汽量为63 t/h，二再产汽20 t/h，

产汽量在设计负荷内，可满足要求。

3.2 余热锅炉操作变化

JF–SN1P剂的加入一定程度上降低了一再烟气

中 CO 含量，从而减少了烟气中可释放的 CO 燃烧

热量。为保持余热锅炉炉膛温度在600 ℃以上，以

满足3.5 MPa过热蒸汽温度要求（≥430 ℃），FCC

装置CO焚烧炉A炉和C炉瓦斯耗量分别由1 200和

1 300 m3

/h增加至1 500和3 100 m3

/h，总瓦斯消耗

增加1.617 t/h，多放热量约71 655.74 MJ/h。据表5，

加 JF –SN1P 剂前余热锅炉烧焦生热占比 19.95%，

约放热154 639.29 MJ/h，加剂后占比9.97%，约放

热77 382.82 MJ/h，再生烟气余热锅炉燃烧热降低

约77 256.47 MJ/h，因来自反应再生部分烟气温度升

高，故加JF–SN1P剂后余热锅炉多消耗瓦斯的放热

量小于烟气中减少的CO燃烧热量。

4 操作调整

（1）JF–SN1P剂加入后，若装置取热满负荷的

情况下仍难以维持热平衡，需及时降低处理量。

（2）若需保证计划处理量，应逐渐降低JF–SN1P

剂加注量（硫转移效果随之下降），持续监控 JF–

SN1P 剂系统藏量下降后装置操作变化情况，反应

再生部分床温可控后再逐渐恢复加注比例。

（3）与厂家沟通调整硫转移剂配方，降低助燃

能力。

5 结论

JF–SN1P硫转移剂在某公司两段再生FCC装置

的工业应用数据表明：（1）JF–SN1P剂有促进CO

燃烧转化成 CO2的助燃作用。随着 JF–SN1P 剂系

统藏量（质量分数）占比不断提高至 2.5%，贫氧

段CO含量由6.8%降至3.5%，CO2含量由13.2%升

至16.4%。

（2）反应再生系统热平衡发生变化。焦炭在一

再完全燃烧比例增长，烧焦放热增多，总反应再生

烧焦放热增大，占总烧焦放热比例增长9.98%。装

置加工负荷减少约30～40 t/h。

（3）余热锅炉操作发生变化。贫氧段再生烟气

中CO含量降低，减少了烟气中CO在余热锅炉的燃

烧热量，为满足3.5 MPa过热蒸汽温度要求，装置

通过需提高瓦斯消耗量以使余热锅炉炉膛温度保持

稳定。

（4）该文通过总结 JF–SN1P 硫转移剂使用前

后操作参数变化，应用焦炭燃烧热法计算反应再生

各段烧焦量和比例变化，提出为平衡过剩热量所需

操作上的调整，可为计划应用硫转移剂的两段再生

FCC装置提供补充性的理论指导和借鉴。

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（下转第 72 页）

摘  要：为分析静电分离法脱除催化裂化油浆中固含量影响因素，采用自制静电分离器试验装置，研究填料

直径和材质对催化油浆中催化剂固体颗粒脱除效率影响规律。结合数值模拟，分析填料直径和材质

对其接触点处电场强度变化的影响。结果表明，油浆中固体颗粒分离效率随填料直径增大而降低，

氧化锆填料的分离效率最高，玻璃填料的分离效果最差。随填料直径和填料相对介电常数增大，填

料接触点处的电场强度增大。在不同材质填料物化参数中，填料相对介电常数对油浆中固体颗粒静

电分离影响过程起主要作用。

关键词：催化裂化油浆 催化剂固体颗粒 静电分离 填料 电场强度 分离效率 冷模试验

填料性质对催化裂化油浆静电分离

效率影响冷模试验研究

李亮亮，孟鹤，李义鹏，兰琦

（中国石化安全工程研究院有限公司，化学品安全全国重点实验室，山东青岛 266100）

收稿日期：2023-05-29

作者简介：李亮亮，博士，高级工程师。目前从事石油化工储运安全技术研究工作。

通讯联系人：李亮亮，lill.qday@sinopec.com。

* 基金项目：中国石化安全工程研究院有限公司青年创新基金（02**6）；中国石化科技部课题资助（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 >> 过程优化 <<

石油石化绿色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

引用格式：李亮亮，孟鹤，李义鹏，等．填料性质对催化裂化油浆静电分离效率影响冷模试验研究 [J]．石油石化绿色低碳，2024，9（01）：

39-44.

- 40 - 石油石化绿色低碳 2024 年.第 9 卷

近年来，催化裂化油浆产量随国内重质化、劣

质化原油加工增多而持续增长[1-2]。炼厂部分外甩催

化裂化油浆主要作为燃料油使用，既浪费资源又容

易产生较大环保问题[3-5]。利用催化裂化油浆作为原

材料制备橡胶软化剂、碳材料等高附加值产品是国

内外提高油浆利用价值的重要发展方向，但炼厂油

浆中催化剂等固体颗粒（FCCS）含量偏高会对产品

质量产生不利影响，同时因结焦、堵塞管道等影响

下游生产设备安全[4-10]。国内外主要催化裂化油浆

脱固净化技术包括助剂沉降法、过滤分离法、静电

分离法等。助剂沉降法分离周期较长、沉降剂遇高

温可能会分解、脱除效率低；过滤分离法压降大易

堵塞设备、维护费用高等[12-14]，而静电分离法还具

有过滤精度高、分离效率高、处理量大等优点。

静电分离法是深度脱除微米级FCCS的重要方

法。其原理是将油浆流经填料床，并通过填料床外

加高压电场将固体颗粒极化，吸附在填料表面，实

现对油浆中微米级固体颗粒的脱除[11]。国内外专家

针对静电分离法脱除FCCS开展大量研究。唐应彪

等人[17]使用自制不锈钢罐分离器对油浆动态分离工

艺进行研究，发现当电压为12 kV时，静电分离120

min后固含量可降低至50 μg/g以下。Fritsche等人[18]

通过试验发现玻璃填料的成分会影响分离效果，使

用含钾玻璃填料的分离效率高于只含钠氧化物的玻

璃填料。郭爱军等人[19]发现静电分离时可添加高介

电常数、低电导率的助剂促进催化剂颗粒的团聚，

并提高分离效率。方云进等人[20]发现电场中填料极

化的电荷会集中在填料接触点附近，颗粒受介电泳

力影响会吸附至此处，该现象称为“点吸附”。在

“点吸附”理论的基础上，Li等人[21-22]通过理论与

试验结合的方法，提出了“有效吸附点”模型，即

填料接触点与电场方向的夹角越小，接触点附近电

场强度越高，对催化剂颗粒的吸附能力越强。

静电分离效率受油浆粘度和温度、电压、填料

粒径等多种参数影响，减少油浆处理时间、降低静

电分离罐外加电压并提高固体脱除效率，是催化裂

化装置应用静电分离脱除设备对油浆高效脱固处理

的关键[23-26]。因与我国油浆性质不匹配，静电分离

技术自1988年从美国引进后应用效果一直不佳，且

近些年国内对静电脱固法机理并未完全掌握，限制

了国内催化裂化技术水平的提高[27-30]。针对催化裂

化油浆高粘性、难流动等特点，该文通过冷模试验

方法研究填料直径和填料材料对静电分离效果的影

响，并通过多物理场耦合仿真软件（Comsol）研究

填料参数对填料接触点处的电场强度的影响规律，

为工业静电分离器开发和填料选型提供参考依据。

1 试验准备

1.1 试验介质

催化裂化油浆作为一种高粘性流体，常温状态

下流动性较差且易堵塞设备。在实际生产过程中，

通过加热使催化裂化油浆粘度下降。为简化试验过

程，选用与高温油浆介质性质较为接近的导热油，

并在导热油中加入一定量催化剂颗粒并均匀混合，

模拟高温状态下的含固催化裂化油浆。

1.2 试验装置

图1为自建静电分离试验装置。该装置包括高

压直流电源、端盖、筒体、电极柱和球形填料。其

中，静电分离器内电极为直径8 mm的圆柱形铜棒，

并与高压直流电源连接；筒体为两层亚克力材质制

作，内层筒体（内直径为8 cm，深度为20 cm）用

于填充填料；外层筒体覆盖一层与地线连接的铜片

并作为分离器的外电极。端盖和内层筒体底部分别

开设催化裂化油浆的注入口和取样口。

图1 静电分离试验装置

内电极

端盖 注入口 注入口 内电极 端盖

球形填料

内层筒体

筒体

（外电极）（外电极）

外层筒体

取样口

DC

取样分析装置包括抽滤装置和索氏抽提装置。

抽滤装置由真空泵和砂芯过滤器组成，能在容器内

形成较大负压，加速油浆过滤；索氏抽提装置包括

圆底烧瓶、提取管、冷凝管、加热套、循环水装

置，圆底烧瓶装有石油醚和甲苯，用于萃取含固滤

纸上残留的油浆。

1.3 试验方法

一般催化裂化油浆温度在100 ℃以上时，粘度

在10 mPa·s左右。该试验采用粘度相近的导热油模

2024 年.第 1 期 - 41 -

拟高温催化裂化油浆，采用不同粒径和材质的填

料，研究填料参数对静电分离效率的影响，其中静

电分离效率以试验前后模拟油浆中固含量变化表

示。试验步骤如下：

（1）干燥滤纸：用定量滤纸包裹滤膜放置于鼓

风干燥箱中，在100 ℃条件下烘干40 min；烘干完

成后，将滤纸与滤膜放置于干燥皿中冷却至室温，

用分析天平称量滤纸和滤膜，记为m1。

（2）配置油浆：使用分析天平分别称取固定质

量的导热油和催化剂颗粒，并用搅拌器搅拌30 min

至混合均匀，配置固含量为c0的模拟油浆。图2是

该试验所使用催化剂颗粒的显微形貌，其主要成分

为Al2O3–SiO2，中位粒径为3.02 μm，催化剂颗粒呈

不规则形状。

FDEP=2πεf rp

3　　εp–εf

　　　|E|

2

εp＋2εf

（2）

式中：FDEP为介电泳力，N；εp和εf分别为催化

剂颗粒和油浆介质的相对介电常数；rp为催化剂颗

粒半径，m；E为局部电场强度，V/m。

在催化剂颗粒和油浆介质的参数保持不变时，

颗粒所受的介电泳力与填料接触点处的局部电场强

度有关。因此，通过数值模拟研究填料参数（直

径、介电常数）对其接触点处电场强度的影响，分

析填料参数对静电分离效率的影响。所用试验装置

为对称型结构，在进行模拟研究中可取分离器的

部分扇形结构构建如图3所示几何模型，该模型内

侧面（即曲率半径较小的一侧）设为阳极，外侧面

（即曲率半径较大的一侧）设为阴极，其余侧面均

设置为绝缘面，即零电荷[17]。在几何模型中心位置

放置两个等直径且相互接触的球形填料，并通过探

针检测接触点处的电场强度。

图3 几何模型示意

V0

V ＝ 0（接地）

图2 催化剂颗粒的显微形貌

（3）静电分离：将配置好的模拟油浆由静电分离

器试验装置的注入口倒入分离器内，静态分离30 min。

（4）取样分析：待静电分离完成后，打开分离

器的取样口，对净化油浆取样，记为m2。使用抽滤

装置和干燥滤膜分离油浆中的催化剂颗粒，之后将

含有催化剂颗粒的滤纸滤膜使用索氏抽提装置抽提

2 h，将抽提完成的滤纸滤膜放置于鼓风干燥箱中烘

干40 min，再使用干燥皿使滤纸、滤膜冷却至室温

并用分析天平称量滤纸和滤膜质量，记为m3。

分离效率 η 采用质量法进行测定，计算如式

（1）所示：

η＝c0–（m3–m1）/m2 ×100%

c0

（1）

2 仿真模型

静电分离过程中，催化剂颗粒受介电泳力驱使

被吸附至填料接触点，介电泳力的计算见式（2）[17]：

3 结果与讨论

3.1 填料直径对静电分离效率的影响

试验条件：模拟油浆中固含量为6 mg/g，静电

电压为8 000 V，填料是直径分别为2.5、3、4、5、

9 mm的球形玻璃珠；每组试验间隔10 min取样一

次。图4是填料直径和分离时间对静电分离效率影

响关系。

由图 4 可以看出在分离处理时间相同情况下，

随着玻璃珠填料直径增大，静电分离效率呈逐渐下

降趋势。静电分离过程中，填料之间接触点是影响

分离效率的重要因素，其中催化剂颗粒以“点吸

附”方式被吸附至填料上[17]。在静电分离器容积保

持不变情况下，增大填料直径会使填料数目减少，

填料间接触点也会随之减少，导致分离效率随填料

直径增大而降低。另外，增大填料直径也会使填料

李亮亮，等．填料性质对催化裂化油浆静电分离效率影响冷模试验研究

- 42 - 石油石化绿色低碳 2024 年.第 9 卷

图5 玻璃填料直径对填料接触点处电场强度影响

1×106

9×105

8×105

7×105

6×105

5×105

4×105

接触点电场强度 /（V/m）

填料直径 /mm

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

12 000 V

6 000 V

8 000 V

10 000 V

图6 不同填料材质对静电分离效率影响

85

80

75

70

65

60

55

50

45

40

静电分离效率，

%

油浆初始固含量 /（mg/g）

4 5 6

玻璃 氮化硅 氧化锆

图4 玻璃填料直径对静电分离效率影响曲线

60

50

40

30

20

10

0

静电分离效率，

%

静电分离时间 /min

0 10 20 30 40 50

5.0 mm

2.5 mm

3.0 mm

4.0 mm

9.0 mm

颗粒间隙增大，扩大催化剂颗粒与填料接触点之间

的距离。因此，当分离时间保持不变时，分离效率

随填料直径增大而降低。对于同一直径的填料，其

分离效率随时间推移呈现先增大后基本趋于稳定趋

势。分离时间超过40 min后，填料基本处于饱和吸

附状态，难以继续吸附颗粒，因此分离效率基本不

变。此外，填料饱和吸附后，流场的扰动等因素可

能造成已吸附颗粒的再次脱落，继续进行静电分离

可能会导致分离效率略微下降。

通过构建不同尺寸填料几何模型研究填料直径

对填料接触点处电场强度的影响，其在不同电压下

的变化趋势如图 5 所示。由图 5 可知，随着填料直

径增大，两个填料球之间接触点处的电场强度逐渐

增大，但增幅较小；随着外加电压增大，填料球接

触点的电场强度呈等比例增大。介电泳力是吸附固

体颗粒的主动力，根据公式（2）可以看出增大电

场强度会直接增大颗粒受到的介电泳力，因此，随

着填料直径的增大，被吸附的颗粒受到的介电泳力

也会随之增大。图5试验结果表明分离效率随着填

料直径增大而降低，说明增多填料接触点，扩大填

料间间隙对分离效率的降低作用大于增大填料接触

点处电场强度对分离效率的提升作用。

3.2 填料材质对静电分离效率的影响

试验条件：模拟油浆固含量分别为4、5、6 mg/g，

分离电压为8 000 V、填料颗粒直径为3 mm、分离

时间为30 min。

图6是不同材质填料（玻璃球、氮化硅、氧化

锆）下固含量静电分离效率变化。由图7可知，油

浆中固含量相同条件下，氧化锆填料的分离效率最

高，氮化硅填料次之，玻璃填料的分离效率最低。

该试验过程中发现随着填料相对介电常数增大，静

电分离效率升高。

相对介电常数是表征材料介电性质或极化性质

的物理参数，可表征介电材料的贮电能力。在室温

环境下，玻璃、氮化硅和氧化锆材质相对介电常数

图7 填料材质对接触点电场强度和

颗粒所受介电泳力的影响

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

接触点电场强度 /（V/m）

颗粒所受平均节点用力 /N

填料材质

玻璃 氮化硅 氧化锆

接触点电场强度

颗粒所受平均节点用力

2024 年.第 1 期 - 43 -

分别为4、8.6和20。填料相对介电常数越高，其被

电场极化过程中产生的束缚电荷越多，且束缚电荷

量增大会使填料接触点附近的局部电场强度增大。

三种不同材质填料的接触点处电场强度以及颗粒在

平均时间段所受平均介电泳力计算结果如图7所示。

由图7可知，氧化锆填料接触点处的电场强度最大，

氮化硅填料次之，玻璃填料接触点处的电场强度最

小。颗粒所受平均介电泳力变化趋势与接触点的电

场强度相同，而介电泳力是静电脱固过程中的主要

驱动力，对比图6和图7结果，图7中的变化趋势与

分离效率随着填料材质的变化趋势一致，表明填料

材质相对介电常数影响分离效率。

此外，对于同种材质的填料，模拟油浆固含量

越低，其静电分离效率越高。这是由于填料表面逐

渐吸附颗粒后，对油浆的净化能力会降低，而高固

含量的油浆更容易使填料达到饱和吸附，造成填料

难以继续吸附油浆中剩余颗粒而导致静电分离效率

变低。

4 结论

（1）基于催化裂化静电分离试验装置进行冷

模试验，发现随填料直径增大，填料接触点数目减

小，填料间隙增大，填料接触点处电场强度增大，

颗粒受介电力也会随之增大，但分离效率随填料直

径增大而降低，说明分离效率更易受到填料接触点

数目及填料间隙影响。

（2）对比不同材质填料，氧化锆填料分离效果

最好，玻璃填料分离效果最差；随着填料相对介电

常数的增大，填料接触点的电场强度增大，静电分

离效果提升。填料材质相对介电常数数值影响静电

分离效率，炼厂催化裂化装置应根据油浆性质，合

理选择静电分离装置填料并优化静电分离条件。

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（上接第 21 页）

摘  要：某公司两套乙烯装置均通过甲烷化工艺除去粗氢中少量的CO，不同之处是两套装置分别采用高、

低温甲烷化技术路线。该文重点对两种工艺路线的运行情况进行概述和比较，对比发现两者运行指

标均良好，但使用低温甲烷化工艺，装置运行能耗更低，装置运行也更加平稳、安全。

关键词：乙烯装置 催化剂 运行分析 工业应用 节能降耗

乙烯装置甲烷化工艺运行对比分析

胡根洋

（中国石化镇海炼化公司，浙江宁波 315207）

某公司当前有两套乙烯，一套（1#

乙烯）产能

100万t/a、另一套产能120万t/a（2#

乙烯）。两套乙

烯分别采用鲁姆斯工艺技术和该集团企业自主开发

的工艺技术，以石脑油、加裂尾油、循环乙烷、循

环丙烷等裂解原料，在高温、短停留时间下经过脱

氢反应和断裂反应，生成乙烯、丙烯、甲烷、氢气

等组分，出裂解炉管的烃类物质经过多次热交换回

收热量，同时对烃类物质进行粗分离，再经压缩机

提压至3.8 MPa，经前冷系统分离得到乙烯、丙烯、

氢气等产品。不同之处是1#

乙烯采用高温甲烷化工

艺技术，2#

乙烯采用低温甲烷化工艺技术。为对比

两者优缺点，对高、低温甲烷化工艺技术的工业应

用情况进行比较分析。

1 甲烷化单元概况

1.1 甲烷化反应

甲烷化反应是在催化剂作用下将深冷系统中的

粗氢（含氢约95%（v））进一步精制，为下游用户

提供合格氢气[1-3]。从冷箱系统出来的粗氢体中，一

般含有0.08%～0.15%（v）CO，CO吸附在催化剂表

收稿日期：2023-01-06

作者简介：胡根洋，学士，工程师。现从事化工生产技术管理工作。

通讯联系人：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 >> 过程优化 <<

石油石化绿色低碳

Green Petroleum & Petrochemicals

引用格式：胡根洋．乙烯装置甲烷化工艺运行对比分析 [J]．石油石化绿色低碳，2024，9（01）：45-48.

- 46 - 石油石化绿色低碳 2024 年.第 9 卷

面发生歧化反应，生成表面碳Cads再与氢气作用生

成甲烷。其反应机理为，CO中的C为SP杂化，与

O形成C＝O键，并有一个孤对电子，该孤对电子

与催化剂表面的金属结合，成为吸附态的CO，强

吸附的CO解离形成表面碳Cads和Oads，表面碳Cads

与活化氢经多步结合形成甲烷[4-5]。

甲烷化过程主要方程式：

CO＋3H2 CH4＋H2O＋206.24 kJ/mol

CO＋2H2O CO2＋4H2＋49 kJ/mol

CO2＋4H2 CH4＋2H2O＋165.4 kJ/mol

甲烷化反应是强放热反应，根据反应热计算可

知，每转化1 mol%的CO和CO2，床层温升分别是

75 ℃和60 ℃[3]。因此，对于绝热反应器，无论采用

表 1 高低温催化剂物理特性

项目 单位 高温甲烷化 低温甲烷化

物料组成 – Ni/Al2O3 Ni/Al2O3

催化剂型号 – Meth 134（C13-4-04） BC-H-10

外观 – 球形 黑色齿球

颗粒尺寸 mm 3 ～ 6 3～4.5

堆积密度 kg/m3 850±80 800～1 000

压碎强度 N/ 颗 ≥50 ＞ 40

保证值寿命 年 5 5

表 2 高低温催化剂装填参数

项目 单位 高温甲烷化 低温甲烷化

反应器结构 – 绝热固定床 绝热固定床

装填体积 m3 10.054 15.07

床层直径 mm 2 000 2 000

床层高度 mm 3 200 4 800

图1 甲烷化流程对比

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SS

MC

MC

MS

㋇≒C

0.08%～0.15%

✝࣐MS

ᦒ✝ಘ

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ᦒ✝ಘ

13ćщ✟

ᦒ✝ಘ

✝࣐SS

ᦒ✝ಘ

高温甲烷化还是低温甲烷化工艺，粗氢中的CO和

CO2含量皆不宜过高，以确保操作安全。

1.2 甲烷化流程

粗氢被冷箱复热至30 ℃后进入甲烷化进出料换

热器，后进入进料加热器加热至反应温度，反应器

床层纵向均匀分布3组测温层共18个测温点。1#

乙

烯采用超高压蒸汽加热、2#

乙烯采用中压蒸汽加热。

甲烷化反应器入口温度均通过分程控制。甲烷化反

应器流出物先经甲烷化进出料换热器换热，接着用

循环水冷却，并经过丙烯冷剂冷却至15～17 ℃，凝

液返回急冷水塔，气相送至氢气干燥器进一步脱除

水分。经氢气干燥器干燥后得到水含量小于1 mL/m3

、

纯度大于95%（v）的产品氢供下游各装置使用。

2 甲烷化催化剂的特性及装填

2.1 高、低温甲烷催化剂特性

高、低温甲烷化催化剂以氧化镍为主要的活性

成分，以惰性的高铝瓷球为载体。原料中要求总硫

小于1 mg/L、砷汞钼总量小于5 mg/L、氯化物总量

小于5 mg/L，防止催化剂永久中毒。同时粗氢中乙

烯含量小于1 000 mg/L，过高的烯烃会诱发结焦或

者渗碳。

甲烷化后要求氢气中CO含量小于1 mL/m3

。

2.2 设备及装填情况

两套甲烷化催化剂均由同一公司装填，装填方

式一致。