【石化】中石化副总凌逸群：石油焦在水泥行业的应用及前景分析！

华气能源猎头 2022-04-22

原标题：石油焦在水泥行业的应用及前景分析

原文链接：http://www.sylzyhg.com/CN/abstract/abstract3028.shtml

来源：《石油炼制与化工》2020年第10期 | 凌逸群中国石油化工集团有限公司

转自：石化缘

摘要：延迟焦化装置是炼油厂处理重质劣质渣油的重要重油加工手段。2018年全球石油焦总供应量130Mt，其中硫质量分数大于3%的石油焦占总产量的67.84%。石油焦广泛应用于水泥、电解铝、钢铁、玻璃、电厂及化工等行业。2018年全球水泥行业石油焦用量39.255 1 Mt，占全球石油焦总供应量的30.09%，欧洲、日本、韩国、印度等地区的水泥企业大量使用石油焦。我国石油焦在电解铝行业使用量较大，2018年达到18.381 9 Mt，但在水泥行业使用量仅为0.439 0 Mt。在水泥生产中使用石油焦，其硫元素大部分以硫酸盐的形式固定于水泥熟料中。国外可以安全环保地使用高硫石油焦作为水泥窑煅烧的燃料，满足当地排放要求，而且采用长协定价机制，获取具有稳定性价比优势的石油焦，提高了水泥企业使用石油焦的积极性。通过提高石油焦性价比、拓展石油焦在水泥行业的销售渠道和加大石油焦出口力度等措施，可以拓宽高硫石油焦使用范围，在满足环保法规前提下解决我国高硫石油焦出路问题。

关键词：延迟焦化石油焦高硫水泥电解铝

石油焦是石油精炼过程的副产品，由延迟焦化工艺生产。延迟焦化工艺在处理渣油方面具有工艺成熟、原料适应性强和投资较低等特点。随着原油品质的重质化和劣质化，延迟焦化装置的规模不断扩大，因此石油焦产量不断增多，品质以高硫焦为主[1-2]。石油焦具有碳含量高、热值高的特点，主要应用于水泥、电解铝、钢铁、玻璃、电厂及化工等行业。随着环境保护的力度加大，国内目前面临如何既环保又经济地使用高硫焦的问题。

全球石油焦用量最大的行业是水泥和电解铝。中国石油焦主要供给电解铝行业，中国电解铝产量占全球的一半，目前石油焦是电解铝不可替代的原料。以现有的石油焦行业标准，硫质量分数小于3%石油焦供应量不能满足国内电解铝、炭素行业原料需求，2018年国内炭素级石油焦需求量约为20.96 Mt，硫质量分数3%以下石油焦供应量约为15.65 Mt，国外资源难以补充，将会影响产业链有序发展。

国际大型水泥企业在生产中大量使用石油焦作为燃料。在水泥生产中，石油焦燃烧生成的SO2会与碱性氧化物以及氧化钙作用生成硫酸盐，将大部分硫元素固定在水泥熟料中，成为水泥的组成部分，实现硫的超低排放[3-4]。国际大型水泥企业使用石油焦具有成熟的技术设备，并累积了大量的使用经验。2018年国内水泥产量2.21 Gt，占全球的55.95%，但国内水泥行业主要使用煤炭作为燃料，石油焦在水泥行业中的用量为0.439 Mt，仅占千分之二。

本课题通过对全球石油焦的供应和需求进行分析，对比全球主要国家和地区水泥行业的排放标准，研究该行业使用高硫焦的现状，为国内既环保又经济地使用高硫焦寻找可行的应用途径。

1、全球主要国家石油焦划分标准及法律规范

欧美等国没有制定专门的石油焦法律法规和标准，现有的法律法规已经可以管控石油焦污染排放。以美国为例：

其一，美国已建立完备的大气污染防治法律体系，对于石油焦燃烧可能造成的更高的大气污染(PM10，SO2，NOx)，以《清洁空气法》确立的《国家环境空气质量标准》和《州实施计划》(SIPs)为手段进行监管；企业根据自身情况提出扬尘控制计划，计划需要得到相关机构的批准并接受监督。
其二，对于可能造成的水体污染，以《清洁水法》相关条款为依据进行监督，企业自愿提出雨水污染防治计划，并取得工业区雨水排放许可。
其三，由于石油焦在一定条件下会形成可燃性粉尘，造成安全生产隐患，相关企业需按照美国消防协会制定的《国际消防规范》要求取得操作许可。

印度于2018年7月26日举行听证会裁定在水泥、石灰、电石、石油焦气化行业可以使用石油焦，并于2018年10月9日对炭素级石油焦及煅烧焦设定进口配额。2018年印度政策颁布法令至听证会期间石油焦进口量减少，2018年全年进口量6.170 7 Mt，同比减少48.65%。石油焦限定行业和实施配额政策后，2019年1—9月印度石油焦进口量8.269 1 Mt，同比增加66.34%。对比2018—2019年印度石油焦进口量可以看出，政策制定期间石油焦进口量大幅下降，由于印度市场石油焦需求量大，政策落地后水泥、石灰、电石、石油焦气化行业石油焦用量并未受影响。

2003年8月5日土耳其发布的《关于控制进口燃料以保护环境的外贸标准标准化公报》第48号《环境和林业部组织和职责法》第48条，对进口石油焦进行限制，水泥生产企业进口石油焦硫质量分数最高5%，低位热值最低31 394 kJ/kg，满足要求的企业即可使用石油焦。2014—2018年土耳其每年进口美国石油焦3.245 4～3.877 1 Mt，进口量呈现小幅上涨的趋势，进口石油焦限制政策对进口量影响不大。

中国石油焦行业标准是2015年出台的能源局行业标准NB/SH/T 0527—2015，对硫质量分数小于3%的石油焦进行划分。硫质量分数3%以上的石油焦由企业标准划分，4A石油焦的硫质量分数范围是3%～5%，4B石油焦为5%～7%；5号石油焦为7%～9%；6号石油焦为9%～12%。

2、全球石油焦产量及流向分析

2018年全球延迟焦化装置加工能力合计约510 Mt/a，分布相对较集中。美国、中国及印度的延迟焦化加工能力分别为162，134，57 Mt/a，分别占全球加工能力的31.86%，26.28%，11.20%。排名前十国家的延迟焦化加工能力合计445 Mt/a，占全球加工能力的87.29%。

2018年全球石油焦产量130 Mt，全球石油焦产量排名前四的国家分别是：美国47.429 Mt、中国28.201 Mt、印度15.027 Mt及加拿大11.620 Mt，其产量合计占全球总产量的77.98%，其中美国石油焦产量占全球产量的36.16%。全球石油焦产量前十的国家合计产量120.984 Mt，占全球石油焦总产量的92.25%。

全球石油焦产量中，硫质量分数大于3%的石油焦占全球总产量的67.84%，硫质量分数小于3%的石油焦占全球总产量的32.16%。全球石油焦产量前十国家的石油焦产量中，加拿大、沙特阿拉伯及西班牙生产的全部是硫质量分数大于3%的石油焦，美国、中国、印度、俄罗斯及德国生产硫质量分数大于3%石油焦的比例为92.31%，45.92%，96.73%，44.80%，33.33%，巴西及阿根廷生产的全部是硫质量分数小于3%的石油焦。

2018年全球主要国家石油焦消费领域分布见表1。

表1 2018年全球主要国家石油焦消费领域 Mt

注：数据来源于百川盈孚公司、国际铝业协会、Argus公司及美国海关。

由表1可见，全球石油焦用量最大的两个行业是水泥和电解铝；水泥行业石油焦用量39.255 1 Mt，占石油焦总需求量的30.09%，水泥行业石油焦用量较大的国家分别为印度、墨西哥、土耳其、巴西、韩国、美国、西班牙、日本、加拿大及中国等；电解铝行业石油焦用量32.909 8 Mt，占石油焦总需求量的25.03%，电解铝行业石油焦用量较大的国家分别为中国、印度、加拿大、阿联酋、澳大利亚、挪威、巴林及美国等。中国电解铝行业石油焦用量18.391 9 Mt。

3、全球高硫焦在水泥生产中的应用

在普通水泥生产中，石油焦经过粉磨系统处理成为石油焦粉，石油焦粉在窑头和分解炉进入燃烧器进行燃烧，产生高温废气，供回转窑和分解炉使用。石油焦在白水泥生产中的使用过程与普通水泥大体相似，但要求燃料热值高，燃料的灰分及其中的Fe2O3含量低。石油焦作为燃料可以很好地满足这一需求。

在水泥生产中，石油焦中的硫元素与各种碱性氧化物作用生成硫酸盐，除少量在物料和高温烟气中循环外，其他被固化在熟料中，成为水泥的组成部分，实现硫的超低排放。

中国和欧美日等国家和地区水泥行业排放标准中的主要污染物对比见表2。由表2可见，中国水泥行业颗粒物排放标准比日本排放限值低，与欧盟基本持平，比美国的标准略宽松。中国水泥行业SO2排放标准比欧盟更严格。

表2 各国水泥行业排放标准对比 mg/m3

注：数据来源于中国国家标准GB 4915—2013、美国及欧盟清洁空气法(CAA)、新建污染源实施标准(NSPS)、有害大气污染物国家排放标准、欧盟工业排放指令及行业最佳可行技术、欧盟水泥行业最佳可行技术排放标准、日本工业排放标准(水泥工业执行标准)。

石油焦作为水泥生产能源的很重要的一个原因是经济因素，即热值与价格比，石油焦低廉的价格以及较高的热值使其成为减少能源消耗的有效途径。除价格因素外，其他关于石油焦使用的因素需要综合考虑。与煤炭相比，石油焦的挥发分、灰分较低，硫、固定碳及热值较高。

国外的大型水泥企业如拉法基豪瑞、海德堡水泥、西麦斯和CRH等公司均大量使用石油焦，石油焦的使用比例为41%～65%，如表3所示。国外水泥企业兼并收购之后，多呈现集团化、全球化的经营特征，规模效应优势明显。其采购燃料级石油焦以长协机制为主，因此国际市场多数情况下，与煤炭比较，燃料石油焦更有性价比优势，且能常年稳定供应，成为水泥企业的首选。部分地区因煤炭短缺以进口煤为主的水泥企业更倾向于使用经济性更高的石油焦作为燃料。国外水泥企业拥有相当成熟的使用高硫石油焦经验、设备及技术。

表3 2017年国际主要水泥企业产能、产量及石油焦用量统计 Mt

注：数据来源于环球水泥网、百川盈孚公司。

在欧洲、亚洲，石油焦主要用作水泥行业的煤炭替代能源。过去几年中，部分水泥企业将石油焦和其他替代能源的比例从10%～25%提高到50%，甚至100%。对于煤炭资源匮乏的国家，石油焦成为其水泥行业的燃料首选。各国水泥行业排放标准要求略有不同，水泥企业达到当地的排放要求即可使用石油焦。

2018年全球水泥产量3.950 Gt，水泥行业石油焦用量39.255 1 Mt，使用石油焦生产的水泥占全球水泥产量的9.03%，具体见表4。水泥行业石油焦用量较大的国家有印度、墨西哥、土耳其、巴西、韩国、美国，其石油焦使用比例分别达45.56%，98.48%，49.45%，72.73%，25.97%，15.41%。

表4 2018年主要国家水泥产量及水泥行业石油焦用量 Mt

1)以石油焦为燃料生产的水泥产量占比。

从国外高硫焦与煤炭价格对比来看，石油焦的热值/价格比在多数时间内都具有优势，因此国外水泥厂大量使用石油焦作为燃料。中国石油焦也具有一定性价比的优势，但存在无法长期稳定供应的问题，因此中国水泥行业石油焦用量较低。

4、国内高硫焦在水泥行业的应用前景分析

2018年中国水泥产量达到2.210 Gt，而2016年、2017年和2018年石油焦在水泥行业的用量仅为485.0，816.0，439.0 kt，仍处于小范围使用的状态。高硫焦在水泥行业中的应用前景取决于政策要求、石油焦性价比、供应的稳定性、其他配料条件等因素。现有水泥企业燃烧石油焦需要投入大量资金、改造现有生产设备和研发工艺技术，或者新建使用石油焦的水泥厂，因此需要企业能够长期稳定供应具有性价比优势的石油焦，以及达到环保等各方面政策的要求。

白水泥对石油焦的需求可能随着技术工艺的进步而稳步增加。目前个别白水泥企业已经掌握了高硫焦燃烧的工艺技术，可以100%使用石油焦，且硫化物、氮氧化物都能达到最严格的排放要求，将石油焦中的硫固定到白水泥中，增加白水泥的白度指标，提高产品的品质。如果其他白水泥企业使用高硫焦的工艺技术稳步提高，则将扩大对石油焦的需求。

普通水泥产量占水泥总产量的绝大比例，目前水泥行业也实行错峰生产，在现有的设备和工艺基础上使用石油焦将会影响水泥生产的连续性，降低企业使用石油焦的积极性，因此需要投入资金技术进行设备和工艺改造。如果政策环境、石油焦性价比有优势、供应稳定，部分普通水泥厂也可以通过改进设备以及工艺以提高高硫焦的用量。

此外，中国电解铝行业石油焦消费量占总消费量的50%左右。未来新政策的变化可能会影响整体市场，一旦限制生产、销售、使用和进口高硫焦，仅硫质量分数小于3%的石油焦供应量不能满足基本的炭素行业需求，电解铝使用的石油焦将有巨大的缺口。

2016—2018年中国国内使用的炭素级石油焦分别为18.923 0，20.903 6，20.955 2 Mt。中国电解铝行业主要使用硫质量分数1%以上炭素级石油焦，其价格较低，用量占国内炭素用量的88%左右。增碳剂、负极填充料、石墨电极、炭电极及负极材料等行业使用硫质量分数小于1%的石油焦，其价格较高。2016—2018年中国硫质量分数小于3%的石油焦供应量分别为14.944 7，15.548 5，15.653 8 Mt，2018年供应缺口5.301 4 Mt左右。从全球石油焦供需关系来看，虽然2018年全球还有14.221 0 Mt石油焦库存，但是库存的石油焦主要是高硫焦，在高硫焦进口受到限制的情况下，同样无法供应中国。石墨电极等行业可以使用价格更高的低硫焦，供应的缺口将会出现在电解铝行业。

原材料不足加上价格预期暴涨，将会扰乱整个铝产业链的市场，其他行业的需求更是难以满足。另一方面，炼油厂也会遇到如何处置高硫焦的难题。经过前面分析，水泥生产过程中可以将石油焦中的硫元素固定到水泥中，水泥行业可成为无害使用高硫焦的重要领域。

中国水泥厂众多，多数都是依山而建，方便运输和开采石灰石，基本是集团化的管理和调配。中国水泥窑建设之初主要为使用原煤而建，与欧洲掺配或100%使用石油焦的水泥企业在耐火材料上有所区别，如改造设备投入成本高，且不易保证石油焦供应和价格，难以确保使用石油焦就能获得更多的经济效益；在不改造现有窑炉的前提下，水泥生产中少量掺配石油焦是可行的。水泥生产能够将高硫焦中硫元素大部分固定到其产品中，扩大高硫焦在水泥行业中的应用，可以经济环保地利用高硫焦资源。

延迟焦化装置在加工重质、劣质原油上具有优势，欧美及其他国家都大量使用延迟焦化装置并且生产高硫焦。在世界原油重质化、劣质化趋势下，中国限制炼油厂延迟焦化装置生产高硫焦将削弱炼油行业的竞争力，不利于我国炼油行业长期稳定发展。充分利用石油焦高碳含量、高热值的优点，在降低能源消耗、提高原油资源利用率等方面有积极的作用和合理的经济效益。

(1)为水泥企业提供稳定供应且具有性价比优势的高硫焦。制定石油焦价格以水泥厂所用煤炭价格作为基准，或者以第三方数据为结算标准，持续保持石油焦的性价比优势，同时保障水泥企业可以获得长期稳定的石油焦供应，使水泥企业有使用石油焦的动力。
(2)建立属于水泥行业的销售渠道，点对点销售，监督石油焦配送环节，防止外流其他行业，干扰市场。与在用或曾经使用石油焦的水泥企业进行合作。此类水泥企业有使用石油焦的经验和技术积累，便于长期使用石油焦或者增加石油焦用量。
(3)临近港口的炼油厂生产的高硫焦加大出口力度。日本、韩国以及东南亚的水泥厂均使用高硫焦，继续扩大出口量和出口市场，利用运距优势，抢占域外传统供应国的市场份额。
(4)要求使用高硫焦的水泥客户提供环保资质证书以及排放达标监测数据，确保水泥企业满足法律规定的排放要求。我国的污染物排放要求已经与发达国家达到同一水平，甚至比多数国家更加严格，水泥企业使用高硫焦的同时满足排放要求，高硫焦就可以得到安全、环保的利用。
(5)加大石油焦在化肥行业及控煤地区企业的供应力度。化肥企业也可以使用高硫焦，利用石油焦高碳含量、高热值的特点，作为原料提高企业效益。部分化肥企业已经使用高硫焦，并且可以达到排放要求，扩大高硫焦在该行业的用量可以拓展高硫焦使用范围。控煤政策导致部分地区企业的煤炭供应受限，高硫焦供应该类型企业使用可以弥补煤炭用量的缺口。

5、结束语

(1)全球仅有少数国家制定了石油焦标准或专门的法律法规。中国是世界上唯一制定了石油焦行业标准的国家，并将禁止进口、销售和燃用不符合质量标准的石油焦列入到《大气污染防治法》中；印度规定燃料级石油焦仅用于水泥、石灰、电石和石油焦气化4个行业，并且对电解铝使用的石油焦和煅烧焦设定进口配额；土耳其规定符合硫限制和排放要求的水泥厂可以进口和使用石油焦；欧美等国并未制定针对石油焦的法律法规或者标准，通过现有法律和环境质量标准完全可以管控石油焦污染排放，下游行业满足本行业的排放要求即可使用。
(2)全球石油焦用量最大的两个行业是水泥和电解铝。2018年中国硫质量分数3%以下石油焦供应量缺口5.301 4 Mt，国外资源难以补充。
(3)2018年全球水泥行业石油焦用量占全球石油焦总供应量的30.09%，欧洲、日韩、印度等地区的水泥企业大量使用石油焦。中国石油焦以供应电解铝为主，且石油焦市场变化较大，石油焦在中国水泥行业使用的燃料中比例很低。
(4)石油焦在水泥生产中使用，其硫元素大部分以硫酸盐的形式固定于水泥熟料中，企业能够达到规定的排放要求，可以安全环保地使用高硫焦。普通水泥的石油焦用量主要取决于石油焦与煤炭的性价比，由于石油焦的高热值、低灰分特点，对白水泥的生产和产品质量有利，因此白水泥生产中使用石油焦的积极性更高，且用量较稳定。
(5)国外使用石油焦的水泥企业基本都能满足当地的排放要求。其石油焦用量大、掺入比较高，与当地燃料的供应形势、石油焦的供给条件等因素有关。多数国家对煤炭替代燃料有迫切的需求，同时国际水泥巨头的生产厂遍布全球，可以综合利用石油焦以及当地资源，采用长协定价机制便于获取具有稳定性价比优势的石油焦。