碳四一般被定义为含正/异丁烷、丁烯-1/2、异丁烯、丁二烯及少量炔烃的混合物，易燃、无色、易被液化。国内碳四资源主要来自炼厂和裂解装置，根据来源不同，其成分和下游主要应用有较大差异。
总体来看，国内碳四资源综合利用率较低，受制于技术落后，以及配套设施、一体化程度低等，部分企业不具备规模化利用的能力。随着未来炼油产能规模化及炼化一体化的大趋势，碳四资源综合利用率将提高，其商业价值也会越来越凸显。
1. 产业链分析
碳四产业链大致分为碳四原料（炼厂副产、乙烯蒸汽裂解副产等）、中间产品（丁二烯、抽余液-1/2、MTBE、丁烯-1等）以及终端产品（用于生产轮胎、胶带胶圈的顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶，用于调油的MTBE、烷基化油，用于化工原料的高纯异丁烯、MMA，以及用于裂解炉的进料或燃料等），其下游主要应用领域为汽车、家用电器和化工等。国内碳四产业链见图1。
国内碳四主要来源有4种（各类碳四成分见表1）。
（1）炼厂碳四
催化裂化（FCC）、焦化、加氢裂化等装置副产碳四占总量的一半以上。其中，FCC装置副产是炼厂碳四的主要来源，此类副产碳四异丁烷含量高，占32%~40%；其次是丁烯-1/2（含顺-、反-丁烯-2），占38%左右。部分炼厂会将预处理（脱异丁烯）后的碳四直接分离除丁烯-1/2和异丁烷作为产品外售，或者作为烷基化、甲乙酮等装置的原料。
（2）裂解碳四
石脑油裂解制乙烯通常会副产干气、碳四和裂解汽油等，100万吨乙烯一般副产40万吨左右富含丁二烯（占40%~50%）和异丁烯（占20%~25%）的混合碳四，此类碳四占国内总量的30%左右。国内绝大多数乙烯裂解装置（>90%）会进一步抽提丁二烯，近80%的抽余液-1（富异丁烯，含量50%左右）会进入MTBE装置。近年来，随着炼化一体化程度的提高，更多企业会在MTBE装置增加丁烯-1分离单元，提纯之后进入LLDPE单元作为其共聚单体。
（3）MTO副产高烯烃碳四
甲醇制烯烃（MTO）副产碳四富含丁烯-2（50%以上）和丁烯-1（20%~30%），少部分企业通过精馏等工艺将其分离，其中丁烯-1供应LLDPE装置，满足自身消耗；丁烯-2则通过异构化装置生产丁烯-1，或深加工生产其他化工产品。一般30万吨乙烯副产4万~5万吨碳四，此类碳四占国内总量的不到10%；由于产量小，单独进行深加工的难度大、成本高，很多资源被当做燃料浪费掉。
（4）油、气田及页岩湿气NGL
油气开采过程中，会副产含碳四组分的油田伴生气，其烷烃含量较高，烯烃含量较少。这部分资源量较少，一般用作石脑油裂解制乙烯的补充原料。
2. 下游主要产品现状和未来发展预测
丁二烯
丁二烯是碳四副产中附加值较高的产品之一。2019年国内丁二烯产量在290万吨左右，其中有90%来自乙烯厂的混合碳四抽提装置，包括中石化11套装置（含合资）、中石油7套装置，合计产能占比67%；10%来自丁烯氧化脱氢工艺，国内有齐翔腾达（15万吨/年）和江苏斯尔邦（10万吨/年）两套装置正常生产。丁二烯一般需高压或低温存储，并需要添加阻聚剂防止自聚，因此存储周期短、条件较苛刻；以槽车及船运为主，与LPG槽车和船可通用。基于此，近70%的丁二烯自用并进行下游的深加工，主要用于合成橡胶（丁苯、顺丁、丁腈橡胶等）、ABS、丁苯乳胶、弹性体（SBS、SEBS等），主要消费领域是汽车轮胎、胶管胶带以及家用电器的外壳等。
到2028年国内已规划的乙烯装置（石脑油路线）约20个，预计副产丁二烯将释放超过380万吨/年新产能，其中华南地区和华东地区分别占45%和30%。从需求端看，由于汽车产量连续2年负增长，加之天然橡胶的竞争和替代，预计未来丁二烯在汽车领域的消费增速平缓。但随着新一轮的“高效节能家电置换”和“家电下乡补贴”等政策的实施，以及“己二腈”国产技术的突破，预计未来驱动丁二烯增长的主要领域为ABS树脂（家用电器）和己二腈（用于生产尼龙66）。从下游产品新建/拟建情况看，未来华东地区的丁二烯仍有30万~40万吨的缺口。
MTBE
甲基叔丁基醚（MTBE）由异丁烯和甲醇在酸性催化剂作用下，选择性加成制得，是生产无铅、高辛烷值、含氧汽油的理想调和组分。其中，原料异丁烯主要来自炼厂碳四以及裂解装置丁二烯抽提后的抽余液-1。部分地炼和独立生产商以液化石油气（LPG）为原料，采用异丁烷脱氢或正丁烷异构脱氢制得异丁烯。
2019年国内MTBE总产能超过1900万吨/年，产量在1200万吨左右，平均开工率为60%，行业集中度较低。其中，主营炼厂产能占比近20%，地方炼厂占约30%，超过一半的产能来自于社会生产企业。除主营炼厂外，地方炼厂和社会生产商产能利用率普遍较低，主要因为原料碳四供应不足和不稳定，部分烷基化装置争抢原料导致采购成本增加。绝大多数MTBE用于调和汽油，一般的添加比例在8%~12%左右；6%左右的MTBE进入裂解装置生产高纯异丁烯，并向下延伸至丁基橡胶、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、聚异丁烯、受阻酚类抗氧剂及其他化工中间体。
未来我国MTBE的发展主要受政策引导，其次是市场供需的影响。
政策方面。随着环保要求日趋严格，机动车排放标准将进一步升级，新的国六a排放标准（2020年7月起实施）将汽油芳烃含量从40v%下降至35v%，苯的含量从1v%下降至0.8v%，烯烃含量从24%下降至18v%（国六b将降至15v%）。随着硫、烯烃和芳烃含量要求的日益趋严，将进一步倒逼油品质量升级，进而导致各调油原料（或新的替代品）添加比例的变化。同时，MTBE因为存在潜在污染隐患以及囤积陈粮处理，国家出台相关政策鼓励2020年全面推广乙醇汽油（燃料乙醇作为调油料按10%或其他比例添加）。从目前情况来看，燃料乙醇推广难度较大，表现在陈化粮存量不足、产能未能同步跟进，以及燃料乙醇运营成本高、市场认可度低、监管需要加强等。因MTBE具有优越的低硫、低芳烃、抗爆性等特性，短期内被燃料乙醇替代的可能性较低。
市场供需方面。由于目前政策没有明令限制MTBE生产，加之汽油市场需求上升，以及MTBE在深加工领域应用的不断深入，大部分拟新建的炼化一体化都配套了MTBE装置，产能大多在10万吨/年左右（100万吨乙烯一般可生产11万~13万吨左右MTBE），预计2020—2022年产能将继续增加。油品升级带动MTBE添加比例小幅增长（如中石化某炼厂MTBE调油比例由6%~8%增加到8%~10%），以及汽油产量的增加，将带动MTBE消费量的增长。
未来3~5年，主营炼厂、拥有大型MTBE装置的地方炼厂及其他化工生产商将在市场供需变化的驱动下，通过区域布局、价格博弈和商业模式转变等方面，形成更紧密的合作，小型、落后产能装置将因缺乏竞争力而逐渐被市场淘汰，MTBE行业集中度将逐渐提高，中间环节的调油商和贸易商也将逐步退出市场。
烷基化油
烷基化油是将异丁烷与丁烯-1/2在酸性催化剂（浓硫酸或氢氟酸，氢氟酸法已经被淘汰）作用下，反应生成以异辛烷为主的液体。一般炼厂碳四经过醚化装置生产MTBE之后，醚后碳四富含异丁烷（约30%）和丁烯-1/2（>40%），经过脱丙烷和加氢处理之后，进入烷基化装置。补充部分异丁烷并以98%浓硫酸为催化剂，制得异辛烷（烷基化油），废酸一般会经过回收处理循环利用。烷基化油的辛烷值可达92~95。随着油品质量的升级和乙醇汽油的推进，烷基化油成为MTBE的良好互补和替代，也为炼厂碳四和抽余液-1寻得更多出路。
2019年国内烷基化装置产能为1800万吨/年，产量约900万吨，开工率为50%。开工率低主要是由于原料供应不充足、不稳定；其次，烷基化油的生产成本高于MTBE，同时生产中会产生大量废酸。基于烷基化油对MTBE的互补性，近年来其作为基础料和调油组分的添加比例有所提升，但是对MTBE的调油空间挤压有限。目前国内装置处于极速扩张后的洗牌期，虽然市场要求良好，但由于前期产能扩大部分由民营单套装置构成，在原料获取方面处于劣势。
笔者认为，未来烷基化油发展乐观。公开资料显示，2020—2022年大批主营炼厂（以中石油为主）及炼化一体化企业将自建烷基化装置，如中石油广东石化60万吨/年（2022年）、大连石化35万吨/年（2021年）、中科（湛江）炼化30万吨/年（2022年）、盛虹石化30万吨/年（2022年）等。随着一系列产能投产，原料自给率提升、商品量减少，民营烷基化装置将举步维艰，市场价格或有所上升。除新建项目外，部分MTBE装置未来有转产烷基化油的可能。预计未来烷基化市场集中度将提升，民营企业存在原料烯烃碳四和异丁烷原料的紧缺问题，或可由国内跨区域运输及进口碳四资源解决。
3. 产业链主要关注点
产业一体化、资源综合利用程度将显著提高
目前国内烯烃含量较高的碳四资源自用率相对较高，醚后碳四资源则有一定的商品量比例，主要集中在山东和沿江地区（湖北、安徽和江西等）。部分主营、民营企业采用与企业签长约或固定合作的模式，稳定供应碳四资源，如齐翔腾达的碳四来自青岛炼化和齐鲁石化，扬子石化的部分碳四来自上海赛科和镇海炼化，茂名石化将抽余液-1供给茂名实华深加工等。
未来，随着主营炼厂的产业链延伸，以及大量轻烃综合利用项目的上马，大量拥有碳四资源的企业将自行消化（或委托/联合）进行深加工。需外购碳四资源的企业若存在供应短缺，在成本可控的情况下，可考虑进口碳四（如万华从阿联酋进口LPG、茂名实华从新加坡进口）或从碳四资源较富裕的辽宁（恒力）、华北（唐山旭阳）及西北（延长、神华等）等地采购。
一体化程度提高会产生四大发展机会：
（1）碳四继续供不应求。部分地区碳四资源将长期处于短缺的态势，如华南地区，预计未来仍存在20万~30万吨抽余碳四（抽余液-1）缺口。据调研，部分东南沿海（浙江、江苏、广东等）的碳四加工企业，未来仍将大量进口碳四资源；而生产端因混合轻烃制氢自用量增加，商品量较少，价格有被推高的风险。
（2）区域间市场流通更加活跃。区域内商品量的减少，会导致区域间的流通增加。如部分山东企业未来考虑从恒力石化采购碳四，部分西北富烯烃企业也考虑向华东、华北、华中输送碳四资源。预计未来西北-华中-华南（陆运）、东北-华北（海运）及华中/山东-江浙闽（江运+海运）的跨区域运输路线将初步建立。
（3）成本增加。由于供需失衡，将导致一定程度的价格上涨。原材料成本和运输成本的增加，都将对碳四加工企业的生存带来考验。投入研发高附加值下游产品，以及利用自有物流体系发展槽车或船运业务，长期来看将为企业的发展注入生机和新的增长点。
（4）产氢量提升。随着轻烃综合利用项目的逐渐上马，未来工业副产氢气的产量将显著提高。除去炼厂加氢使用外，预计会有部分商品量流出，可用于运输半径之内的加氢站设施，也可作为商品外售给其他化工、炼油、钢铁企业。
我国在LPG的国际贸易中更加活跃
国内的碳四多数来自炼厂和乙烯装置副产，组成相对复杂，烯烃及硫含量高，若不经过加工处理很难直接被用作生产原料。而进口的碳四资源价格低、杂质少，易于深加工处理。未来，国内对碳四资源需求量仍较大，需要在稳定现有进口资源（如中东、非洲碳四资源）的情况下，加大美国及中亚等新资源渠道的开拓。基于强大的原料需求，未来中国在国际碳四贸易中将更加活跃。
区域内定价话语权增强
因沙特出口的LPG占全球总量的25%左右，目前LPG的国际定价主要参考沙特阿美公布的基于其月初、月中和月底3次招标的中标价并参考现货价格而定（CP价格）的价格。未来随着我国LPG需求增加、对外依存的攀升，制定中国进口到岸价格不仅能为我国LPG进出口贸易提供参考、规避价格波动风险，也能为国内LPG价格政策机制提供重要的参考信息，建立能够反应地方的价格体系。事实上，2019年12月上海石油天然气交易中心发布了“中国LPG综合进口到岸价格”，未来将进一步提升中国在国际能源市场上的话语权。
王世尧 中国化工信息中心咨询事业部高级咨询师，博士，毕业于英国剑桥大学化学工程与生物科技，拥有5年石油化工、新能源从业经验，专注于石化能源、新能源等行业信息研究与咨询。其专长领域包括C3、C4产业链、调油、基础油润滑油产业链、燃料电池、新能源、钛白粉产业链等。王世尧曾在《C3、C4产业链发展规划》《中国调油市场研究》《中国和日本氢能源市场研究》《润滑油市场研究和经济技术分析》等10余个咨询项目中担任核心咨询顾问及带领团队的角色。