01
石油焦簡(jiǎn)介
石油焦（Petroleumcoke）是原油經(jīng)蒸餾將輕重質(zhì)油分離后，重質(zhì)油再經(jīng)熱裂的過(guò)程，轉(zhuǎn)化而成的產(chǎn)品，從外觀上看，焦炭為形狀不規(guī)則，大小不一的黑色塊狀（或顆粒），有金屬光澤，焦炭的顆粒具多孔隙結(jié)構(gòu)，主要的元素組成為碳，占有80%以上，含氫1.5%-8%，其余的為氧、氮、硫和金屬元素。
石油焦屬于易石墨化炭一類，石油焦的微晶與冶金焦比較，碳網(wǎng)格片狀體之間的疊合比較整齊，片狀體之間距離較?。辉谑母邷叵?，碳網(wǎng)格片狀體的晶粒平均厚度（Lc）和平均寬度（La）增大，片狀體層面間距（d）縮??；（圖1）晶格常數(shù)（a0和c0）接近天然石墨，電阻率顯著降低而真密度相應(yīng)提高。所以使用石油焦為原料可以制造電阻率較低的石墨電極。
石油焦具有其特有的物理、化學(xué)性質(zhì)及機(jī)械性質(zhì)，發(fā)熱部份的不揮發(fā)性碳，揮發(fā)物和礦物雜質(zhì)（硫、金屬化合物、水、灰等）這些指標(biāo)決定焦炭的化學(xué)性質(zhì)。物理性質(zhì)中孔隙度及密度，決定焦炭的反應(yīng)能力和熱物理性質(zhì)。顆粒組成、加工方式、硬度、耐磨性、強(qiáng)度和其他機(jī)械特性決定其機(jī)械性質(zhì)。
理化性質(zhì)
石油焦物理化學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)有灰分、硫分、揮發(fā)分、真密度、孔隙率、電阻率、熱膨脹系數(shù)和機(jī)械性能等。
灰分
石油焦灰分中含有的主要元素為鐵、硅、鈣、鋁、鈉、鎂，還含有少量的釩、鈦、鉻、鎳、錳等。除鋁、鎂、鈣為電解質(zhì)所需元素外，其余都是有害雜質(zhì)?；曳种械倪@些元素按照危害的受害體不同可分為兩類：一類以電解最終產(chǎn)品原鋁為受害體的元素，它們?cè)陔娊膺^(guò)程中轉(zhuǎn)入鋁液中影響鋁的質(zhì)量。另一類元素能使炭陽(yáng)極的化學(xué)性能下降，如鈉元素。鈉對(duì)電解質(zhì)及鋁的質(zhì)量并無(wú)危害作用，對(duì)陽(yáng)極的物理性能也無(wú)大的影響，但它影響陽(yáng)極的化學(xué)性能。促使陽(yáng)極的選擇性氧化，造成陽(yáng)極工作的不均勻性且使陽(yáng)極脫落掉渣。這樣不僅增加了炭耗量，而且使電解質(zhì)中炭渣增多，污染電解質(zhì)，影響生產(chǎn)和操作。
石油焦灰分中的大部分元素來(lái)源于原油，也有些是焦化、儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程添加的。其中硅、鋁在原油中以砂土形式存在，隨焦化過(guò)程而進(jìn)入了石油焦。另外，生產(chǎn)出來(lái)的石油焦如果堆放在露天，地面上的泥沙或刮風(fēng)帶來(lái)的泥沙也會(huì)增加石油焦的灰分。鈉、鈣、鎂是油田附近礦物中這些元素的氯化物以水溶液形式而滲入原油中的，這些元素除與井場(chǎng)的地理位置有關(guān)外，還與煉油廠的生產(chǎn)工藝有關(guān)。鐵主要是由于煉油廠生產(chǎn)設(shè)備的腐蝕而帶入的。硫、釩、鎳、鈦則是高分子石油雜環(huán)鏈上所固有的，在石油分子中以化合物的形式存在，所以分離這些元素是一個(gè)難題。
硫分
硫是影響石油焦質(zhì)量的雜質(zhì)之一，石油焦的含硫量取決于渣油的含硫量，渣油中的硫分有30%-40%殘留在石油焦中，如果含硫量較高的渣油事先加氫脫硫，減少渣油中的含硫量，由此得到的石油焦含硫量相應(yīng)降低。石油焦中的硫可分為硫的有機(jī)化合物（硫醚、硫醇、磺酸等）和硫的無(wú)機(jī)化合物（硫化鐵、硫酸鹽）兩類。一般煅燒到1300℃左右脫硫效果不大，只有將煅燒溫度提高到1450℃左右才能有較明顯的脫硫效果，一部分硫化物需在石墨化的高溫下才能排出。
對(duì)生產(chǎn)鋁電解用陽(yáng)極材料及生產(chǎn)石墨制品而言，硫是一種有害元素，含硫量較大的石油焦生產(chǎn)的石墨電極在石墨化過(guò)程中產(chǎn)生“氣脹”現(xiàn)象，容易導(dǎo)致產(chǎn)品裂紋。含硫較高的石墨電極煉鋼時(shí)，噸鋼電極消耗量有所增加，中國(guó)多數(shù)產(chǎn)地的石油焦硫分較低，只有使用國(guó)內(nèi)高硫原油或進(jìn)口高硫原油的煉油廠生產(chǎn)的石油焦硫分較高。
揮發(fā)分
石油焦揮發(fā)分的大小表明其焦化溫度的高低，釜式焦的焦化溫度較高、可達(dá)700℃左右，因此釜式焦的揮發(fā)分較低（3%-7%），而延遲焦化石油焦的焦化溫度只有500℃左右，所以揮發(fā)分高達(dá)8%-15%，延遲焦化生產(chǎn)的石油焦其揮發(fā)分不僅取決于焦化溫度，還和渣油通入焦化塔的裝填時(shí)間及向焦炭層吹入蒸汽的條件有關(guān)，同一塔卸出的焦炭揮發(fā)分也差別很大，如位于塔底的焦炭結(jié)構(gòu)較致密，體積密度大，揮發(fā)分較低，而塔頂部的焦炭結(jié)構(gòu)疏松，揮發(fā)分要高得多。石油焦揮發(fā)分的多少對(duì)炭素制品質(zhì)量并無(wú)多大影響，但對(duì)煅燒作業(yè)有影響，高揮發(fā)分的石油焦使用一般結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)窯或罐式爐煅燒都有困難。
真密度
石油焦在1300℃煅燒后的真密度的大小是衡量石油焦質(zhì)量的主要項(xiàng)目，一般來(lái)講，煅燒后真密度越高，說(shuō)明這種焦容易石墨化，而且石墨化后電阻率較低、熱膨脹系數(shù)較小，石油焦的體積密度表示焦炭結(jié)構(gòu)的致密程度，并且與機(jī)械強(qiáng)度成正比。真實(shí)密度除與焦炭的體積密度有關(guān)外，還和焦炭的顆粒度有關(guān)。
電阻率
未經(jīng)煅燒的生焦電阻率很高，接近于絕緣體，經(jīng)過(guò)煅燒后，電阻率急劇下降，石油焦的電阻率與煅燒溫度成反比，經(jīng)1300℃煅燒過(guò)的石油焦電阻率降低到500μΩ·m左右。
熱膨脹系數(shù)
石油焦的熱膨脹系數(shù)主要取決于渣油的性質(zhì)，也即渣油中芳烴的含量和瀝青質(zhì)的含量，芳烴含量高及瀝青質(zhì)、膠質(zhì)含量低的渣油，生產(chǎn)出的石油焦其熱膨脹系數(shù)較低，針狀焦就是這樣的石油焦，同樣是針狀焦，熱膨脹系數(shù)也有差別，生產(chǎn)大規(guī)格的超高功率石墨電極和接頭坯料應(yīng)該采用熱膨脹系數(shù)較低的針狀焦。石油焦的熱膨脹系數(shù)與測(cè)試溫度有關(guān)，中國(guó)測(cè)試熱膨脹系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)溫度為100-600℃，測(cè)試溫度不同所得的結(jié)果不能直接比較。
力學(xué)性能
石油焦的力學(xué)性能包括“可破碎性”、脆性和磨損率等指標(biāo)，石油焦的“可破碎性”及脆性在電極制造工藝中有一定的實(shí)際意義，可破碎性可以用焦炭在破碎前后的尺寸比來(lái)評(píng)價(jià)，而脆性是表示焦炭在運(yùn)輸和傳送過(guò)程中發(fā)生破碎的可能性。表征石油焦磨損率的測(cè)試方法是轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)法，原焦的磨損率與其揮發(fā)分含量成正比，與體積密度成反比，煅燒后的石油焦磨損率顯著下降。
02
石油焦分類
煅燒前石油焦(生焦)
煅燒后石油焦(熟焦又稱煅后焦)
石油焦通常有下列4種分類方法：
（1）按焦化方法的不同
可分為平爐焦、釜式焦、延遲焦、流化焦4種，前兩種焦已很少生產(chǎn)，目前中國(guó)大量生產(chǎn)的是延遲焦。
?。?）按熱處理溫度區(qū)分
可分為生焦和煅燒焦兩種，前者由延遲焦化(或其他焦化方法)所得，含有大量的揮發(fā)分，機(jī)械強(qiáng)度低，煅燒焦是生焦經(jīng)煅燒而得。中國(guó)多數(shù)煉油廠只生產(chǎn)生焦，煅燒作業(yè)多在炭素廠內(nèi)進(jìn)行。
?。?）按硫分的高低區(qū)分
可分為高硫焦、中硫焦和低硫焦3種，中國(guó)延遲石油焦質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（ZBE44002-86）將生焦分為1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)，每個(gè)號(hào)又分為A焦和B焦兩類，規(guī)定1號(hào)焦硫分不大于0.5% （A焦）及0.8% （B焦），2號(hào)焦為不大于1.0% （A焦）及1.5% （B焦），3號(hào)焦為不大于2.0% （A焦）及3.0% （B焦）。
?。?）按石油焦外觀形態(tài)及性能的不同
可分為海綿狀焦、蜂窩狀焦和針狀焦3種。
海綿狀焦外觀類似海綿，雜質(zhì)含量較多，內(nèi)部含有許多小孔，空隙間焦壁很薄，其不適合作為生產(chǎn)炭材料的原料。
蜂窩狀焦內(nèi)部小孔分布比較均勻，有明顯的蜂窩結(jié)構(gòu)，具有較好的物理性能和力學(xué)性能，此類石油焦可以作為普通功率石墨電極、預(yù)焙陽(yáng)極和電炭制品生產(chǎn)用的原料。
針狀焦外表有明顯條紋，焦塊內(nèi)部的孔隙呈細(xì)長(zhǎng)橢圓形定向排列，破碎后成細(xì)長(zhǎng)顆粒，其可作為生產(chǎn)高功率和超高功率石墨電極的原料。
03
石油焦焦化工藝
國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)石油焦的焦化工藝早期為釜式焦化或平爐焦化，目前大量使用的是延遲焦化。此外，少數(shù)煉油廠采用流化焦化、接觸焦化等焦化工藝。石油焦的性質(zhì)不僅與原料有關(guān)，也和焦化工藝延遲集化有密切關(guān)系。
焦化過(guò)程
500℃左右，立即進(jìn)入一座數(shù)10米高的焦化塔，渣油在焦化塔內(nèi)靠自身帶入的熱量進(jìn)行焦化反應(yīng)，從塔頂排出大量的汽液產(chǎn)品，殘留物為石油焦炭，焦化過(guò)程如圖2所示，焦炭的數(shù)量占人塔渣油量的10% -20%。延遲焦化的特點(diǎn)是渣油以很高的流速通過(guò)加熱爐的爐管，物渣油加熱到延遲焦化裝置一般是一臺(tái)加熱爐配備兩座焦化塔，加熱到指定溫度的渣油進(jìn)人兩座焦化塔中的一座，當(dāng)焦炭在焦化塔內(nèi)生成和積累到一定高度，即將熱渣油切換到另一座焦化塔中，對(duì)于焦化塔外的汽-液產(chǎn)品回收分餾系統(tǒng)而言是連續(xù)生產(chǎn)的，對(duì)于兩座焦化塔而言，只有一座處于焦化生產(chǎn)狀態(tài)，另一座則處于出焦或準(zhǔn)備狀態(tài)。渣油在焦化塔內(nèi)的焦化時(shí)間約需24h，視渣油性質(zhì)及循環(huán)比的大小，每塔處理量有所區(qū)別，延遲焦化的操作條件見(jiàn)表39-4。用水力除焦設(shè)備（壓力高于10MPa的高壓水）切割及卸出塔內(nèi)生成的焦炭，焦化塔的生產(chǎn)周期如圖3所示。延遲焦化的原料主要有減壓渣油（直餾渣油）、二次加工渣油（如熱裂化渣油、催化裂化渣油、輕油裂解渣油、石油瀝青），有時(shí)直接使用原油。石油焦的質(zhì)量首先與原油或渣油的成分及特性有關(guān)，各種原油的性質(zhì)不同，所以，經(jīng)過(guò)蒸餾加工后得到的渣油性質(zhì)也不一樣，就是同一種原油經(jīng)過(guò)不同的加工裝置后，渣油的性質(zhì)也有很大差異。國(guó)內(nèi)延遲焦化原料多數(shù)為減壓渣油，其密度都小于1g/cm，結(jié)焦值不大，由于減壓渣油中膠質(zhì)及瀝青質(zhì)含量高，而芳烴的含量少，焦化時(shí)大多生成蜂窩狀或海綿狀結(jié)構(gòu)（也有少量的低級(jí)針狀焦生成），因此，這種石油集的石墨化后電阻率較高及線膨脹系數(shù)較大。一般延遲焦化工藝生產(chǎn)的延遲焦揮發(fā)分含量高達(dá)8%-15%、粉焦多，而且焦炭的機(jī)械強(qiáng)度較低，中國(guó)6種延遲石油焦（煅燒焦）質(zhì)量數(shù)據(jù)舉例見(jiàn)表39-5。
圖2 焦化工藝
圖3 焦化塔的生產(chǎn)周期
接觸焦化與流化焦化：接觸焦化屬于薄油層焦化，接觸焦化的載熱體是焦粒，焦粒的活性表面是生成新焦層的中心，按照載熱體焦粒大小的不同，可以把接觸焦化分成兩類：
（1）粒度較大的移動(dòng)床接觸焦化（很少使用）；
（2）粉狀焦炭的流化床接觸焦化，簡(jiǎn)稱流化焦化。
流化焦化使焦化的供熱條件有較大改善，流化焦化的主要設(shè)備為流化床反應(yīng)器，反應(yīng)器由呈流化狀態(tài)的高溫焦炭粉粒（載熱體）填充，油氣和水蒸氣使粉焦呈流化狀態(tài)，渣油送入反應(yīng)器后，在高溫焦粒表面發(fā)生焦化反應(yīng)，因此生成的焦炭附著在粉焦上，反應(yīng)產(chǎn)品（油氣）經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出焦粒后進(jìn)入分餾塔，在反應(yīng)過(guò)程中不斷從反應(yīng)器引出焦炭粉粒進(jìn)入燒焦器，用空氣燒去部分焦粒，再循環(huán)回反應(yīng)器，提供焦化反應(yīng)所需熱量，過(guò)多的焦炭粉粒則從系統(tǒng)中排出。流化焦化對(duì)的液體產(chǎn)品收率高，但焦炭收率低且多為粉焦，這種粉狀石油焦不適合用于制造石墨電極。
04
石油焦用途
石油焦可視其質(zhì)量而用于制石墨、冶煉和化工等工業(yè)。
低硫、優(yōu)質(zhì)的熟焦例如針狀焦，主要用于制造超高功率石墨電極和某些特種炭素制品；在煉鋼工業(yè)中針狀焦是發(fā)展電爐煉鋼新技術(shù)的重要材料。
中硫、普通的熟焦，大量用于煉鋁。
高硫、普通的生焦，則用于化工生產(chǎn)，如制造電石、碳化硅等，也有作為金屬鑄造等用的燃料。
中國(guó)生產(chǎn)的石油焦，大部分屬于低硫焦，主要用于煉鋁和制造石墨。另主要用于制取炭素制品，如石墨電極、陽(yáng)極弧，提供煉鋼、有色金屬、煉鋁之用；制取炭化硅制品，如各種砂輪、砂皮、砂紙等；制取商品電石供制作合成纖維、乙炔等產(chǎn)品；也可做為燃料，但做燃料用時(shí)需用分級(jí)式?jīng)_擊磨來(lái)進(jìn)行超微粉碎，通過(guò)JZC-1250設(shè)備制成焦粉后才能進(jìn)行燃燒，用焦粉做燃料的主要是些玻璃廠、水煤漿廠等。
燃燒特性
石油焦的顆粒直徑、升溫速度、揮發(fā)分釋放特性指數(shù)等都對(duì)石油焦的著火溫度及燃盡產(chǎn)生不同的影響。不同顆粒直徑下的石油焦的著火溫度和燃盡溫度各不相同。通常150-200目石油焦的著火溫度小于300℃，燃盡溫度為580℃；100-150目石油焦的著火溫度為300℃左右，燃盡溫度為590℃；1.0 mm石油焦的著火溫度為450℃，燃盡溫度為650℃，即隨著顆粒直徑的增加，著火溫度和燃盡溫度也隨之增高。
石油焦的燃燒特性處于煙煤和無(wú)煙煤之間，石油焦的著火點(diǎn)及燃盡溫度也處于煙煤和無(wú)煙煤之間。揮發(fā)分的釋放有利于石油焦的燃燒，揮發(fā)分特性指數(shù)大的石油焦，其燃燒特性指數(shù)也大。
改性后用于玻璃熔窯的石油焦粉在燃燒前首先利用氣力輸送原理將成品倉(cāng)內(nèi)的粉料采用特殊設(shè)備將其與壓縮空氣混合成一定比例且呈流態(tài)化的固、氣兩相流體，通過(guò)管道噴吹，在霧化作用下將石油焦粉噴入熔窯，石油焦粉在高溫下與助燃空氣混合后，使揮發(fā)分揮發(fā)燃燒，接著粉狀顆粒燃燒。石油焦粉燃燒火焰的黑度系數(shù)高，火焰的輻射能力比重油要強(qiáng)，所以，石油焦粉實(shí)際單耗量要比按熱值計(jì)算的重油量要少。石油焦粉火焰與重油燃燒的火焰存在少許差異，主要表現(xiàn)是石油焦粉燃燒時(shí)火根溫度低于火梢15-30℃。其他如火焰長(zhǎng)度、擴(kuò)散面、形狀等都與重油燃燒時(shí)的火焰相似。
由于石油焦粉是一種粉狀固體燃料，即表面燃燒，難點(diǎn)燃，著火溫度高，燃燒不穩(wěn)定而且難以燃盡，常規(guī)燃燒會(huì)帶來(lái)很多不完全燃燒物，造成未燃焦炭含量過(guò)高而影響玻璃液透光率。若采用專用燃燒及霧化技術(shù)等措施改變石油焦粉的燃燒特性，則可改善其燃燒效果。
05
石油焦未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
1.石油焦受限于原料供應(yīng)，產(chǎn)能利用率保持低位
1.1石油焦產(chǎn)量穩(wěn)步增長(zhǎng)，未來(lái)供應(yīng)或有下行風(fēng)險(xiǎn)。
石油焦是石油煉化的副產(chǎn)品，隨著我國(guó)石油煉化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)量穩(wěn)步增長(zhǎng)，從2009年的1188萬(wàn)噸增長(zhǎng)至2021年的3030萬(wàn)噸，年均增速8.1%。
石油焦未來(lái)供應(yīng)不容樂(lè)觀，一方面，汽車(chē)電動(dòng)化興起，我國(guó)新能源車(chē)市場(chǎng)更是高速發(fā)展，石油消費(fèi)逐漸被擠出，傳統(tǒng)石油公司資本支出下降，石油產(chǎn)量增速下行或?qū)?duì)石油焦供應(yīng)形成約束；另一方面，由于“雙碳“政策實(shí)施，為降低碳排放強(qiáng)度，部分煉化企業(yè)新項(xiàng)目房企延遲焦化裝置，改用加氫裝置，也影響石油焦供應(yīng)。
石油焦產(chǎn)能利用率低，但逐步回升。石油焦是石油煉化副產(chǎn)品，本身并不存在產(chǎn)能概念，石油焦產(chǎn)出基本依賴石油煉化產(chǎn)量。
由于石油焦焦化率低，循環(huán)油占比較高，也客觀上導(dǎo)致石油焦產(chǎn)能利用率較低，截至2021 年底，我國(guó)石油焦產(chǎn)能 1.38 億噸，產(chǎn)能利用率21.9%，已連續(xù) 4 年回升，未來(lái)供需格局仍然偏緊，產(chǎn)能利用率或?qū)⒗^續(xù)上行。
一、石油焦概述
石油焦是石油煉化的副產(chǎn)品。石油焦主要成分是碳，也含有氫、氮、硫、氧等元素，主要通過(guò)石油渣油生產(chǎn)，是煉化過(guò)程的副產(chǎn)品，所以生產(chǎn)成本基本忽略不計(jì)。由于是副產(chǎn)品，煉化企業(yè)不會(huì)因?yàn)槭徒沟睦麧?rùn)高低，去調(diào)節(jié)成品油的產(chǎn)量，供應(yīng)也不會(huì)跟隨石油焦價(jià)格變動(dòng)而變化，而是與成品油的產(chǎn)量相一致。
石油焦分類及應(yīng)用。未經(jīng)熱處理的生石油焦，氫、硫、氧等元素含量高，經(jīng)過(guò)煅燒后，揮發(fā)分大幅降低，硫分也會(huì)下降 0.2-0.5pct，生產(chǎn)出熟焦，又稱煅后焦，預(yù)焙陽(yáng)極、石墨電極的石油焦原料主要是煅燒焦。石油焦中硫分的高低，對(duì)下游應(yīng)用影響非常大，硫分越低應(yīng)用領(lǐng)域越高端，根據(jù)硫分含量，石油焦分為 1#焦、2#焦、3#焦、4#焦等。
石油焦是石油煉化副產(chǎn)品，以原油蒸餾后的重油為原料，通過(guò)焦化工藝獲得，目前石油主要通過(guò)延遲焦化工藝獲得，焦化工藝主要包括以下 4 個(gè)工藝：
1）加熱：減壓渣油進(jìn)入原料緩沖罐預(yù)熱，預(yù)熱后的原油進(jìn)入分餾塔底換熱，然后經(jīng)熱油泵打進(jìn)加熱爐，加熱到焦化反應(yīng)所需的溫度（500℃），然后進(jìn)入焦炭塔，進(jìn)行焦化反應(yīng)。
2）裂解縮合：焦化原料進(jìn)入焦化塔，發(fā)生裂解反應(yīng)、縮合反應(yīng)，分別將渣油轉(zhuǎn)化為氣體、輕質(zhì)油、焦炭。
3）分餾：油氣進(jìn)入從焦炭塔頂進(jìn)入分餾塔，與原料油進(jìn)行換熱，經(jīng)過(guò)分餾得到氣體、汽油、柴油和蠟油。分餾塔底循環(huán)油和原料（減壓油）再進(jìn)行焦化反應(yīng)。
4）出焦：塔內(nèi)焦炭用蒸汽去除輕質(zhì)組分后注水冷卻，最后將焦塊從底部清出。
二、石油焦產(chǎn)業(yè)鏈及其應(yīng)用
1、石油焦主要用來(lái)制作電極，下游終端主要包括電解鋁、新能源車(chē)和鋼鐵。石油焦中碳元素含量比較高，自然也常用于生產(chǎn)石墨，做電極。石油焦在下游的應(yīng)用，基本按照硫分高低來(lái)區(qū)分。
低硫焦主要應(yīng)用領(lǐng)域：
1）普通功石墨電極，石墨電極應(yīng)用終端為鋼鐵的短流程電爐；
2）中低端鋰電負(fù)極，終端為新能源車(chē)和儲(chǔ)能，鋰電負(fù)極和石墨電極只能采用低硫焦，主要因?yàn)閮烧叨家M(jìn)行石墨化，而石油焦中的硫分在石墨化過(guò)程中，會(huì)急劇逸出，產(chǎn)生不可逆的體積膨脹，形成“氣脹現(xiàn)象“。
3）高端預(yù)備陽(yáng)極，由于海外預(yù)焙陽(yáng)極標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品硫分要求不超過(guò) 2.4%，所以需要低硫焦進(jìn)行生產(chǎn)，主要用于出口，普通預(yù)焙陽(yáng)極也會(huì)用低硫焦摻混生產(chǎn)，終端為電解鋁行業(yè)；
4）其他碳素產(chǎn)品。
中硫焦主要用于制造國(guó)內(nèi)普通預(yù)備陽(yáng)極，主要因?yàn)閲?guó)內(nèi)預(yù)焙陽(yáng)極標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有硫分的要求，中硫焦價(jià)格便宜，國(guó)內(nèi)預(yù)焙陽(yáng)極基本采用中硫焦生產(chǎn)，高硫焦硫含量太高，電解鋁企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，SO2 排放量高，污染容易超標(biāo)，此外 SO2 會(huì)侵蝕設(shè)備，提高陽(yáng)極電阻率，高硫焦在國(guó)內(nèi)預(yù)焙陽(yáng)極中應(yīng)用較少，不過(guò)預(yù)焙陽(yáng)極企業(yè)也會(huì)采用高硫焦，摻混生產(chǎn)預(yù)焙陽(yáng)極。高硫焦主要用作燃料和還原劑，燃料下游包括玻璃廠、發(fā)電廠、水泥廠等，做還原劑主要用來(lái)冶煉硅，如制造電石、碳化硅。
2、石油焦受限于原料供應(yīng)，產(chǎn)能利用率保持低位。
石油焦產(chǎn)量穩(wěn)步增長(zhǎng)，未來(lái)供應(yīng)或有下行風(fēng)險(xiǎn)。石油焦是石油煉化的副產(chǎn)品，隨著我國(guó)石油煉化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)量穩(wěn)步增長(zhǎng)，從 2009 年的 1188 萬(wàn)噸增長(zhǎng)至2021 年的 3030 萬(wàn)噸，年均增速8.1%。石油焦未來(lái)供應(yīng)不容樂(lè)觀，一方面，汽車(chē)電動(dòng)化興起，我國(guó)新能源車(chē)市場(chǎng)更是高速發(fā)展，石油消費(fèi)逐漸被擠出，傳統(tǒng)石油公司資本支出下降，石油產(chǎn)量增速下行或?qū)?duì)石油焦供應(yīng)形成約束；另一方面，由于“雙碳“政策實(shí)施，為降低碳排放強(qiáng)度，部分煉化企業(yè)新項(xiàng)目房企延遲焦化裝置，改用加氫裝置，也影響石油焦供應(yīng)。
石油焦產(chǎn)能利用率低，但逐步回升。石油焦是石油煉化副產(chǎn)品，本身并不存在產(chǎn)能概念，石油焦產(chǎn)出基本依賴石油煉化產(chǎn)量。由于石油焦焦化率低，循環(huán)油占比較高，也客觀上導(dǎo)致石油焦產(chǎn)能利用率較低，截至 2021年底，我國(guó)石油焦產(chǎn)能1.38 億噸，產(chǎn)能利用率 21.9%，已連續(xù) 4 年回升，未來(lái)供需格局仍然偏緊，產(chǎn)能利用率或?qū)⒗^續(xù)上行。
三、石油焦產(chǎn)能分布
石油焦產(chǎn)能主要分布在華東、華南等沿海地區(qū)。石油焦產(chǎn)能的區(qū)域和企業(yè)分布與石油煉化相一致，主要集中在華東、華南和東北地區(qū)。2021年山東、遼寧、廣東、浙江產(chǎn)量占比分別為37.9%、10.7%、8.9%和7.6%，由于東部地區(qū)碳達(dá)峰時(shí)間表更早，未來(lái)高能耗行業(yè)產(chǎn)能管控會(huì)比較嚴(yán)格，石油煉化產(chǎn)能和石油焦產(chǎn)能或?qū)⒉糠治饕啤?/p>
中石化石油焦產(chǎn)能高，2021年產(chǎn)量占比39%。中石化石油焦產(chǎn)能高，且以大煉廠為主，石油焦產(chǎn)能前十的項(xiàng)目，中石化占8家，另外兩家為中海油和金誠(chéng)石化。2021年三桶油石油焦產(chǎn)量占比56%，其中，中石化占比高達(dá)39%，行業(yè)影響力較大，因?yàn)槭徒篂楦碑a(chǎn)品，銷(xiāo)售多有分公司負(fù)責(zé)，中石化對(duì)石油焦市場(chǎng)干涉較少。
四、低硫焦缺口擴(kuò)大，資源競(jìng)爭(zhēng)加劇
低硫焦產(chǎn)量逐步下降，未來(lái)將繼續(xù)保持低位
我國(guó)原油低硫?yàn)橹鳎a(chǎn)量比較穩(wěn)定，進(jìn)口依賴度持續(xù)上升。石油焦的硫分首要取決于原料，焦化工藝對(duì)石油焦硫含量影響較小，而原油品質(zhì)跟產(chǎn)地有關(guān)，我國(guó)原油屬于低硫原油，煉化副產(chǎn)品易于低硫焦，而中東、俄羅斯等主要產(chǎn)油國(guó)硫分含量較高。由于我國(guó)原油資源相對(duì)貧乏，原油產(chǎn)量一直比較穩(wěn)定，基本維持在 2 億噸水平，原油進(jìn)口量持續(xù)增長(zhǎng)，我國(guó)原油對(duì)外依賴度從 2008 年的 48.4%上升至 2021年的 72.1%。
進(jìn)口原油以高硫?yàn)橹?，低硫焦產(chǎn)量空間有限。我國(guó)原油進(jìn)口以中東國(guó)家和俄羅斯為主，我國(guó)的主要原油進(jìn)口國(guó)中，只有安哥拉和阿聯(lián)酋的原油硫分較低，沙特、伊拉克硫分均較高。按照硫含量分布來(lái)看，2021 年低硫分原油占比約 18%，高硫分占比達(dá)到 49%，并且潛在的供應(yīng)對(duì)象伊朗原油也屬于高硫分，未來(lái)盡管原油進(jìn)口量進(jìn)一步上升，但低硫原油空間相對(duì)有限，并且可能會(huì)隨著伊朗原油進(jìn)口增加，空間進(jìn)一步被擠占。我國(guó)低硫焦供應(yīng)基本依賴國(guó)內(nèi)原油冶煉，由于國(guó)內(nèi)原油產(chǎn)量穩(wěn)定，低硫焦產(chǎn)量空間比較有限。
石油焦工藝不同階段的硫分調(diào)節(jié)。
1）石油煉化。石油焦硫分可以通過(guò)石油煉化時(shí)對(duì)硫分進(jìn)行控制，減少渣油中的含硫量，但由于煉化主要為了得到油氣，企業(yè)很難為了獲得低硫渣油而對(duì)工藝進(jìn)行改造，所以理論上可以降低渣油硫分，但企業(yè)較難實(shí)施；
2）焦化工藝。目前市場(chǎng)多采用投資低、原料適應(yīng)性強(qiáng)、工藝成熟的延遲焦化工藝，而焦化工藝較難降低石油焦硫含量。實(shí)驗(yàn)室主要通過(guò)沸騰床加氫等方式降低硫分，一方面加氫設(shè)備投資大，氫氣價(jià)格也比較高，經(jīng)濟(jì)效益差，另一方面加氫之后，柴油、汽油、烴類產(chǎn)量增加，石油焦回收率下降明顯，產(chǎn)量下降，所以大規(guī)模實(shí)施也有一定難度。
3）石油焦脫硫，石油焦生成之后也可以進(jìn)行脫硫，方式主要有高溫煅燒脫硫、加氫脫硫、溶劑抽提脫硫等，高溫脫硫成本相對(duì)較低，企業(yè)應(yīng)用較多，高溫脫硫需要將石油焦加熱到1400℃以上，脫硫效果才會(huì)比較明顯，加熱到 1700-2300℃，才能生產(chǎn)出硫含量小于0.1%的石油焦，高溫脫硫生產(chǎn)低硫焦需要耐高溫材料，特別是生產(chǎn)低硫焦，成本較高，并且高溫煅燒后的石油焦，真密度、氣孔率和反應(yīng)性變差，后續(xù)進(jìn)行石墨化，生產(chǎn)的負(fù)極材料可能受影響。
我國(guó)低硫焦產(chǎn)量、占比持續(xù)下降。我國(guó)生產(chǎn)的石油焦類型主要以3#焦、4#焦為主，2021 年#1 低硫焦產(chǎn)量 211 萬(wàn)噸，同比下降 29.4%，占石油焦比例只有7.7%，較 2020 年下降 3.5pct。2022H1，低硫焦價(jià)格大幅上升背景下，我國(guó)低硫焦產(chǎn)量 103.4 萬(wàn)噸，同比下降 5.1%，占比 7.5%，產(chǎn)量和占比進(jìn)一步下滑。由于原油供應(yīng)結(jié)構(gòu)變動(dòng)較小，未來(lái)低硫焦供應(yīng)增長(zhǎng)空間有限。
2021 年底，低硫焦市場(chǎng)產(chǎn)能 1655 萬(wàn)噸，中石油、中海油產(chǎn)能分別占比 48%和 45%。由于石油焦主要取決于原料，而中石油、中海油基本包攬了國(guó)內(nèi)的原油生產(chǎn)，并且三桶油進(jìn)口量也比較大，所以中石油和中海油原料比較穩(wěn)定。我國(guó)原油進(jìn)口來(lái)源較多，石油品類豐富，所以地方煉廠原料供應(yīng)不穩(wěn)定，副產(chǎn)品石油焦的類型也會(huì)變化。國(guó)內(nèi)環(huán)保原油油質(zhì)較好，所以低硫焦產(chǎn)能也基本分布在中石油、中海油，2021 年，兩家低硫焦產(chǎn)能占比合計(jì)達(dá)到 93%，低硫焦市場(chǎng)高度集中。
雙碳政策下，低硫焦供應(yīng)或?qū)⒗^續(xù)下行。雙碳政策下，國(guó)內(nèi)節(jié)能降耗要求趨嚴(yán)，央企首當(dāng)其沖，過(guò)去幾年，中石油、中海油公司開(kāi)始上馬一些加氫裝置，部分焦類再次轉(zhuǎn)化成油氣，焦化率下降，所以低硫焦焦化產(chǎn)能未變，但低硫焦產(chǎn)量卻持續(xù)下降。雙碳政策壓力未減，央企降能耗的要求仍然較嚴(yán)，中石油、中海油也較難因?yàn)楦碑a(chǎn)品低硫焦的高利潤(rùn)，而再改變加氫裝置，重置延遲焦化裝置，低硫焦。
海外石油焦生產(chǎn)以中高硫焦、生焦為主，低硫焦占比更低。
海外原油主產(chǎn)地中東、俄羅斯、美國(guó)原油硫含量較高，作為煉化副產(chǎn)品的石油焦硫含量也比較高，低硫焦產(chǎn)量較少。從我國(guó)石油焦貿(mào)易結(jié)構(gòu)，特別是石油焦進(jìn)口結(jié)構(gòu)來(lái)看，海外石油焦以生焦為主，且硫分比較高，只能用作燃料和還原劑，海外低硫焦比例很低，且部分低硫焦用于預(yù)焙陽(yáng)極生產(chǎn)，低硫焦供應(yīng)較為緊張。
全球低硫焦供應(yīng)增長(zhǎng)有限。國(guó)內(nèi)原油硫含量較低，適用于生產(chǎn)低硫焦，但由于國(guó)內(nèi)節(jié)能降耗影響，低硫焦產(chǎn)量逐年下降，而海外原油硫分含量高，石油焦產(chǎn)品以中高硫?yàn)橹?。石油焦作為副產(chǎn)品，煉化企業(yè)較難為了獲得低硫焦，去改變煉化工藝，控制硫分，而我國(guó)作為低硫焦主產(chǎn)地，在“雙碳“政策影響下，供應(yīng)仍面臨下行壓力，全球低硫焦供應(yīng)較難有增量。
五、鋰電負(fù)極快速崛起，低硫焦需求旺盛
低硫焦下游需求三足鼎立，鋰電負(fù)極快速增長(zhǎng)
低硫焦需求中，鋰電負(fù)極占比 29%，對(duì)傳統(tǒng)領(lǐng)域需求的擠出效應(yīng)將凸顯。石墨電極和高端預(yù)焙陽(yáng)極是低硫焦傳統(tǒng)需求領(lǐng)域，占比較高，鋰電負(fù)極的低硫焦需求快速上升。以石油焦產(chǎn)量占比較高的山東和江蘇來(lái)看，2021 年 1-9 月，石油焦下游需求中，鋁用炭素領(lǐng)域需求量約占 38%，負(fù)極領(lǐng)域需求量占比 29%，煉鋼炭素需求占比約 22%，其他領(lǐng)域預(yù)占 11%，負(fù)極材料占比已接近 30%，由于新能源車(chē)以及儲(chǔ)能的快速發(fā)展，鋰電負(fù)極對(duì)低硫焦需求仍較保持高速增長(zhǎng)，對(duì)預(yù)備陽(yáng)極和石墨電極的擠出效應(yīng)將會(huì)凸顯，占比繼續(xù)保持快速增長(zhǎng)。
負(fù)極材料快速增長(zhǎng)，儲(chǔ)能進(jìn)一步打開(kāi)低硫焦成長(zhǎng)空間
低硫焦、石油焦選擇影響負(fù)極材料比容量、循環(huán)壽命。人造負(fù)極的原料主要包括針狀焦（油系針狀焦、煤系針狀焦）、低硫焦，一般情況下，高比容量的負(fù)極采用針狀焦作原料，普通比容量負(fù)極采用價(jià)格便宜的石油焦為原料，原料端的選擇對(duì)人造負(fù)極的性能影響較大，影響負(fù)極的比容量、循環(huán)壽命、倍率性和壓實(shí)密度等。
低硫焦成分復(fù)雜，適用于循環(huán)周期長(zhǎng)、容量低的中低端負(fù)極材料。低硫焦成分復(fù)雜，灰分、雜質(zhì)較多，導(dǎo)致微晶結(jié)構(gòu)較差，不容易石墨化，而針狀焦雜質(zhì)少，微晶排列比較有序，所以針狀焦適用于快充、能量密度高的鋰電池領(lǐng)域，低硫焦適用于循環(huán)周期長(zhǎng)，對(duì)能量密度要求不高的領(lǐng)域，若低硫焦制成高品質(zhì)材料，需要高溫氮?dú)夥諊鲁]發(fā)分，工藝條件要求比較苛刻，生產(chǎn)成本增加。負(fù)極企業(yè)一般會(huì)摻混低硫焦和針狀焦來(lái)生產(chǎn)，越高端針狀焦比例越高。中硫焦硫分、揮發(fā)分等雜質(zhì)更高，硫分更高，石墨化過(guò)程中更容易發(fā)生“氣脹“，產(chǎn)生氣孔，比較難以結(jié)晶進(jìn)行石墨化，所以中硫焦較難生產(chǎn)出合格鋰電負(fù)極材料。
鋰電負(fù)極材料市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，產(chǎn)量大幅增加。
鋰電負(fù)極材料生產(chǎn)需要低硫焦和針狀焦摻混生產(chǎn)，高能量密度、高倍率的電池負(fù)極材料針狀焦比例高，循環(huán)次數(shù)多的中低端電池負(fù)極材料低硫焦占比高。2020 年以來(lái)，新能源車(chē)市場(chǎng)高速增長(zhǎng)，鋰電負(fù)極材料需求也快速上升，2021 年，我國(guó)鋰電負(fù)極材料產(chǎn)量 72 萬(wàn)噸，同比增加 97.3%。新能源車(chē)和儲(chǔ)能市場(chǎng)仍然快速增長(zhǎng)，鋰電負(fù)極材料需求旺盛。低端負(fù)極材料需求旺盛，針狀焦、低硫焦價(jià)差縮窄。2021年以來(lái)，五菱宏光mini等A00 級(jí)低端車(chē)型銷(xiāo)量旺盛，低硫焦出現(xiàn)供不應(yīng)求，價(jià)格上漲明顯，而針狀焦價(jià)格漲勢(shì)較緩，一方面因?yàn)槟芎墓芸貕簻p鋼鐵產(chǎn)量，石墨電極需求不強(qiáng)，另一方面高端負(fù)極材料增速低于低端負(fù)極材料。針狀焦、低硫焦價(jià)格從 2021 年初的 5500元/噸、2550 元/噸，分別上漲至 2022 年 7 月的 11000 元/噸和 7400 元/噸，漲幅分別為 100%和 191%。未來(lái)預(yù)計(jì)新能源車(chē)市場(chǎng)高端、低端路線并驅(qū)，低硫焦和針狀焦需求均將保持高速增長(zhǎng)。儲(chǔ)能裝機(jī)大增，低硫焦需求空間進(jìn)一步打開(kāi)。光伏、風(fēng)電等新能源裝機(jī)量大幅上漲，由于光伏、風(fēng)電發(fā)電間歇性和季節(jié)性比較明顯，所以電源側(cè)調(diào)峰需求明顯增長(zhǎng)，而分布式發(fā)電的快速發(fā)展則進(jìn)一步提升電池儲(chǔ)能裝機(jī)需求，2021 年我國(guó)電池儲(chǔ)能新增裝機(jī)約 19.9GWh，同比大幅增加 86.1%。隨著工商業(yè)、戶用分布式發(fā)電的快速擴(kuò)張，電池儲(chǔ)能市場(chǎng)進(jìn)入高速發(fā)展階段，電池裝機(jī)量有望延續(xù)高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。因?yàn)閮?chǔ)能對(duì)電池價(jià)格敏感，對(duì)循環(huán)次數(shù)要求高，而能量密度要求不高，所以儲(chǔ)能鋰電負(fù)極材料偏向于中低端，適合以低硫焦為原料，低硫焦儲(chǔ)能領(lǐng)域的需求空間打開(kāi)。
石油焦主要用來(lái)做原料、電阻料和保溫料。石油焦可以應(yīng)用在負(fù)極材料的三個(gè)領(lǐng)域，一種是作為鋰電負(fù)極的原料，就是前文所述的低硫焦；另一種是石墨化石油焦，石油焦置于 3000℃左右的高溫，從無(wú)定形的亂層結(jié)構(gòu)碳晶體轉(zhuǎn)變成六方層狀結(jié)構(gòu)晶型碳，石墨化后的石油焦可以作為電阻料，單噸負(fù)極消耗量約 0.04 噸；第三種是鍛后石油焦，1400℃煅燒后的石油焦，揮發(fā)分、灰分、水分大幅降低，可以用來(lái)做保溫料，單噸負(fù)極消耗量約 0.66 噸。
儲(chǔ)能和新能源車(chē)帶動(dòng)負(fù)極需求，預(yù)計(jì) 2025 年低硫焦需求有望達(dá)到 147萬(wàn)噸。鋰電池負(fù)極需求量約 0.13 萬(wàn)噸/GW，隨著新能源車(chē)與儲(chǔ)能市場(chǎng)快速發(fā)展，鋰電負(fù)極材料需求旺盛，低硫焦的需求也將進(jìn)入快車(chē)道，我們預(yù)計(jì) 2025 年鋰電負(fù)極材料對(duì)低硫焦需求量將達(dá)到 147 萬(wàn)噸，較 2021 年增加 327%。負(fù)極材料需求的廣闊前景，促使鋰電負(fù)極企業(yè)產(chǎn)能快速擴(kuò)張，也引來(lái)新競(jìng)爭(zhēng)者的加入，行業(yè)產(chǎn)能大幅上升，根據(jù) Mysteel 統(tǒng)計(jì)，目前鋰電負(fù)極企業(yè)規(guī)劃產(chǎn)能達(dá)到 638.6 萬(wàn)噸，產(chǎn)能擴(kuò)張迅速，針狀焦和低硫焦未來(lái)需求仍然較強(qiáng)，而鋰電負(fù)極行業(yè)可能面臨過(guò)剩局面，鋰電負(fù)極材料的供應(yīng)瓶頸也將從石墨化向上游針狀焦、石油焦轉(zhuǎn)變。
六、低硫焦需求旺盛，缺口難以彌補(bǔ)，資源競(jìng)爭(zhēng)加劇
根據(jù)跟蹤的規(guī)劃負(fù)極項(xiàng)目原料結(jié)構(gòu)看，使用石油焦和針狀焦原料比例接近，負(fù)極材料高端、低端路線并重。根據(jù)我們統(tǒng)計(jì)的部分環(huán)評(píng)報(bào)告披露看，環(huán)評(píng)的鋰電負(fù)極產(chǎn)能 48.6 萬(wàn)噸，天然石墨產(chǎn)能 3.8 萬(wàn)噸，低硫焦為原料產(chǎn)能 22.8 萬(wàn)噸，針狀焦為原料產(chǎn)能 22 萬(wàn)噸，從規(guī)劃來(lái)看，低硫焦原料和針狀焦原料的企業(yè)產(chǎn)能相當(dāng)，鋰電負(fù)極負(fù)極低端和高端路線并重，雙方并未見(jiàn)明顯替代優(yōu)勢(shì)。
低硫焦供不應(yīng)求，價(jià)格上漲更快。
低硫焦下游應(yīng)用領(lǐng)域，鋰電負(fù)極材料快速增長(zhǎng)、高端預(yù)焙陽(yáng)極出口需求也比較強(qiáng)，石墨電極有所下降，整體需求仍然較強(qiáng)，而低硫焦產(chǎn)量供應(yīng)缺有所下降，2022H1，我國(guó) 1#焦產(chǎn)量 103 萬(wàn)噸，同比下降 5.1%，缺口進(jìn)一步擴(kuò)大，低硫焦價(jià)格大幅上升，2022 年 6 月，1#A 焦均價(jià) 9000 元/噸，1#B 焦 7018 元/噸，分別較 1 月均價(jià)上升 2818 元/噸和 2336 元/噸。
石油焦價(jià)格分化，低硫焦保持強(qiáng)勢(shì)。中硫焦主要用于預(yù)焙陽(yáng)極生產(chǎn)，下游依賴于電解鋁行業(yè)，由于電解鋁企業(yè)議價(jià)能力較強(qiáng)，且行業(yè)產(chǎn)能天花板明確，需求增長(zhǎng)較緩，中硫焦價(jià)格漲勢(shì)放緩，而低硫焦供需仍然較強(qiáng)，低硫焦與中硫焦價(jià)差拉開(kāi)，2022 年 6 月，1#B 焦與 2#B 焦價(jià)差均價(jià)為 1982 元/噸，較年初增加 482 元/噸，低硫焦供需較難轉(zhuǎn)向，中硫焦需求空間受限，未來(lái)價(jià)格或?qū)⒗^續(xù)分化。
“雙碳“政策下，石油焦缺口或?qū)⒗^續(xù)擴(kuò)大。
若我國(guó)進(jìn)口石油類型穩(wěn)定，低硫焦供應(yīng)端較難有明顯增長(zhǎng)。需求端，石墨電極領(lǐng)域，鋼鐵短流程替代長(zhǎng)流程趨勢(shì)確立，電爐比例將持續(xù)提升，石墨電極需求走高，雖然普通功率電極比例下降，但絕對(duì)量仍將繼續(xù)增長(zhǎng)；負(fù)極材料，新能源車(chē)延續(xù)快速發(fā)展，而高端、低端路線并重，加上儲(chǔ)能開(kāi)始進(jìn)入快速增長(zhǎng)，低端負(fù)極材料需求潛力較大；高端預(yù)焙陽(yáng)極領(lǐng)域，隨著國(guó)內(nèi)雙碳政策實(shí)施，電解鋁節(jié)能降耗需求上升，預(yù)焙陽(yáng)極標(biāo)準(zhǔn)或?qū)⑻嵘?，高端化趨?shì)也將確立；低硫焦三大應(yīng)用領(lǐng)域未來(lái)需求旺盛，而供應(yīng)增長(zhǎng)有限，缺口或?qū)⒅鸩綌U(kuò)大
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