01
石油焦簡介
石油焦（Petroleumcoke）是原油經蒸餾將輕重質油分離后，重質油再經熱裂的過程，轉化而成的產品，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構，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，碳網格片狀體之間的疊合比較整齊，片狀體之間距離較??；在石墨化的高溫下，碳網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（a0和c0）接近天然石墨，電阻率顯著降低而真密度相應提高。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、化學性質及機械性質，發(fā)熱部份的不揮發(fā)性碳，揮發(fā)物和礦物雜質（硫、金屬化合物、水、灰等）這些指標決定焦炭的化學性質。物理性質中孔隙度及密度，決定焦炭的反應能力和熱物理性質。顆粒組成、加工方式、硬度、耐磨性、強度和其他機械特性決定其機械性質。
理化性質
石油焦物理化學性質的指標有灰分、硫分、揮發(fā)分、真密度、孔隙率、電阻率、熱膨脹系數和機械性能等。
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、鈣為電解質所需元素外，其余都是有害雜質。灰分中的這些元素按照危害的受害體不同可分為兩類：一類以電解最終產品原鋁為受害體的元素，它們在電解過程中轉入鋁液中影響鋁的質量。另一類元素能使炭陽極的化學性能下降，如鈉元素。鈉對電解質及鋁的質量并無危害作用，對陽極的物理性能也無大的影響，但它影響陽極的化學性能。促使陽極的選擇性氧化，造成陽極工作的不均勻性且使陽極脫落掉渣。這樣不僅增加了炭耗量，而且使電解質中炭渣增多，污染電解質，影響生產和操作。
石油焦灰分中的大部分元素來源于原油，也有些是焦化、儲運過程添加的。其中硅、鋁在原油中以砂土形式存在，隨焦化過程而進入了石油焦。另外，生產出來的石油焦如果堆放在露天，地面上的泥沙或刮風帶來的泥沙也會增加石油焦的灰分。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，這些元素除與井場的地理位置有關外，還與煉油廠的生產工藝有關。鐵主要是由于煉油廠生產設備的腐蝕而帶入的。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難題。
硫分
硫是影響石油焦質量的雜質之一，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降低。石油焦中的硫可分為硫的有機化合物（硫醚、硫醇、磺酸等）和硫的無機化合物（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。
對生產鋁電解用陽極材料及生產石墨制品而言，硫是一種有害元素，含硫量較大的石油焦生產的石墨電極在石墨化過程中產生“氣脹”現象，容易導致產品裂紋。含硫較高的石墨電極煉鋼時，噸鋼電極消耗量有所增加，中國多數產地的石油焦硫分較低，只有使用國內高硫原油或進口高硫原油的煉油廠生產的石油焦硫分較高。
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8%-15%，延遲焦化生產的石油焦其揮發(fā)分不僅取決于焦化溫度，還和渣油通入焦化塔的裝填時間及向焦炭層吹入蒸汽的條件有關，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構較致密，體積密度大，揮發(fā)分較低，而塔頂部的焦炭結構疏松，揮發(fā)分要高得多。石油焦揮發(fā)分的多少對炭素制品質量并無多大影響，但對煅燒作業(yè)有影響，高揮發(fā)分的石油焦使用一般結構的回轉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量的主要項目，一般來講，煅燒后真密度越高，說明這種焦容易石墨化，而且石墨化后電阻率較低、熱膨脹系數較小，石油焦的體積密度表示焦炭結構的致密程度，并且與機械強度成正比。真實密度除與焦炭的體積密度有關外，還和焦炭的顆粒度有關。
電阻率
未經煅燒的生焦電阻率很高，接近于絕緣體，經過煅燒后，電阻率急劇下降，石油焦的電阻率與煅燒溫度成反比，經1300℃煅燒過的石油焦電阻率降低到500μΩ·m左右。
熱膨脹系數
石油焦的熱膨脹系數主要取決于渣油的性質，也即渣油中芳烴的含量和瀝青質的含量，芳烴含量高及瀝青質、膠質含量低的渣油，生產出的石油焦其熱膨脹系數較低，針狀焦就是這樣的石油焦，同樣是針狀焦，熱膨脹系數也有差別，生產大規(guī)格的超高功率石墨電極和接頭坯料應該采用熱膨脹系數較低的針狀焦。石油焦的熱膨脹系數與測試溫度有關，中國測試熱膨脹系數的標準溫度為100-600℃，測試溫度不同所得的結果不能直接比較。
力學性能
石油焦的力學性能包括“可破碎性”、脆性和磨損率等指標，石油焦的“可破碎性”及脆性在電極制造工藝中有一定的實際意義，可破碎性可以用焦炭在破碎前后的尺寸比來評價，而脆性是表示焦炭在運輸和傳送過程中發(fā)生破碎的可能性。表征石油焦磨損率的測試方法是轉鼓試驗法，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：
?。?）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，目前中國大量生產的是延遲焦。
?。?）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，機械強度低，煅燒焦是生焦經煅燒而得。中國多數煉油廠只生產生焦，煅燒作業(yè)多在炭素廠內進行。
?。?）按硫分的高低區(qū)分
可分為高硫焦、中硫焦和低硫焦3種，中國延遲石油焦質量標準（ZBE44002-86）將生焦分為1號、2號和3號，每個號又分為A焦和B焦兩類，規(guī)定1號焦硫分不大于0.5% （A焦）及0.8% （B焦），2號焦為不大于1.0% （A焦）及1.5% （B焦），3號焦為不大于2.0% （A焦）及3.0% （B焦）。
（4）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，雜質含量較多，內部含有許多小孔，空隙間焦壁很薄，其不適合作為生產炭材料的原料。
蜂窩狀焦內部小孔分布比較均勻，有明顯的蜂窩結構，具有較好的物理性能和力學性能，此類石油焦可以作為普通功率石墨電極、預焙陽極和電炭制品生產用的原料。
針狀焦外表有明顯條紋，焦塊內部的孔隙呈細長橢圓形定向排列，破碎后成細長顆粒，其可作為生產高功率和超高功率石墨電極的原料。
03
石油焦焦化工藝
國內外生產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，少數煉油廠采用流化焦化、接觸焦化等焦化工藝。石油焦的性質不僅與原料有關，也和焦化工藝延遲集化有密切關系。
焦化過程
500℃左右，立即進入一座數10米高的焦化塔，渣油在焦化塔內靠自身帶入的熱量進行焦化反應，從塔頂排出大量的汽液產品，殘留物為石油焦炭，焦化過程如圖2所示，焦炭的數量占人塔渣油量的10% -20%。延遲焦化的特點是渣油以很高的流速通過加熱爐的爐管，物渣油加熱到延遲焦化裝置一般是一臺加熱爐配備兩座焦化塔，加熱到指定溫度的渣油進人兩座焦化塔中的一座，當焦炭在焦化塔內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，對于焦化塔外的汽-液產品回收分餾系統(tǒng)而言是連續(xù)生產的，對于兩座焦化塔而言，只有一座處于焦化生產狀態(tài)，另一座則處于出焦或準備狀態(tài)。渣油在焦化塔內的焦化時間約需24h，視渣油性質及循環(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表39-4。用水力除焦設備（壓力高于10MPa的高壓水）切割及卸出塔內生成的焦炭，焦化塔的生產周期如圖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），有時直接使用原油。石油焦的質量首先與原油或渣油的成分及特性有關，各種原油的性質不同，所以，經過蒸餾加工后得到的渣油性質也不一樣，就是同一種原油經過不同的加工裝置后，渣油的性質也有很大差異。國內延遲焦化原料多數為減壓渣油，其密度都小于1g/cm，結焦值不大，由于減壓渣油中膠質及瀝青質含量高，而芳烴的含量少，焦化時大多生成蜂窩狀或海綿狀結構（也有少量的低級針狀焦生成），因此，這種石油集的石墨化后電阻率較高及線膨脹系數較大。一般延遲焦化工藝生產的延遲焦揮發(fā)分含量高達8%-15%、粉焦多，而且焦炭的機械強度較低，中國6種延遲石油焦（煅燒焦）質量數據舉例見表39-5。
圖2 焦化工藝
圖3 焦化塔的生產周期
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：
?。?）粒度較大的移動床接觸焦化（很少使用）；
?。?）粉狀焦炭的流化床接觸焦化，簡稱流化焦化。
流化焦化使焦化的供熱條件有較大改善，流化焦化的主要設備為流化床反應器，反應器由呈流化狀態(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)，渣油送入反應器后，在高溫焦粒表面發(fā)生焦化反應，因此生成的焦炭附著在粉焦上，反應產品（油氣）經旋風分離器分離出焦粒后進入分餾塔，在反應過程中不斷從反應器引出焦炭粉粒進入燒焦器，用空氣燒去部分焦粒，再循環(huán)回反應器，提供焦化反應所需熱量，過多的焦炭粉粒則從系統(tǒng)中排出。流化焦化對的液體產品收率高，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
石油焦可視其質量而用于制石墨、冶煉和化工等工業(yè)。
低硫、優(yōu)質的熟焦例如針狀焦，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，如制造電石、碳化硅等，也有作為金屬鑄造等用的燃料。
中國生產的石油焦，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、乙炔等產品；也可做為燃料，但做燃料用時需用分級式沖擊磨來進行超微粉碎，通過JZC-1250設備制成焦粉后才能進行燃燒，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)分釋放特性指數等都對石油焦的著火溫度及燃盡產生不同的影響。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煙煤之間，石油焦的著火點及燃盡溫度也處于煙煤和無煙煤之間。揮發(fā)分的釋放有利于石油焦的燃燒，揮發(fā)分特性指數大的石油焦，其燃燒特性指數也大。
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內的粉料采用特殊設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高，火焰的輻射能力比重油要強，所以，石油焦粉實際單耗量要比按熱值計算的重油量要少。石油焦粉火焰與重油燃燒的火焰存在少許差異，主要表現是石油焦粉燃燒時火根溫度低于火梢15-30℃。其他如火焰長度、擴散面、形狀等都與重油燃燒時的火焰相似。
由于石油焦粉是一種粉狀固體燃料，即表面燃燒，難點燃，著火溫度高，燃燒不穩(wěn)定而且難以燃盡，常規(guī)燃燒會帶來很多不完全燃燒物，造成未燃焦炭含量過高而影響玻璃液透光率。若采用專用燃燒及霧化技術等措施改變石油焦粉的燃燒特性，則可改善其燃燒效果。
05
石油焦未來發(fā)展趨勢
1.石油焦受限于原料供應，產能利用率保持低位
1.1石油焦產量穩(wěn)步增長，未來供應或有下行風險。
石油焦是石油煉化的副產品，隨著我國石油煉化產業(yè)的發(fā)展，產量穩(wěn)步增長，從2009年的1188萬噸增長至2021年的3030萬噸，年均增速8.1%。
石油焦未來供應不容樂觀，一方面，汽車電動化興起，我國新能源車市場更是高速發(fā)展，石油消費逐漸被擠出，傳統(tǒng)石油公司資本支出下降，石油產量增速下行或將對石油焦供應形成約束；另一方面，由于“雙碳“政策實施，為降低碳排放強度，部分煉化企業(yè)新項目房企延遲焦化裝置，改用加氫裝置，也影響石油焦供應。
石油焦產能利用率低，但逐步回升。石油焦是石油煉化副產品，本身并不存在產能概念，石油焦產出基本依賴石油煉化產量。
由于石油焦焦化率低，循環(huán)油占比較高，也客觀上導致石油焦產能利用率較低，截至2021 年底，我國石油焦產能 1.38 億噸，產能利用率21.9%，已連續(xù) 4 年回升，未來供需格局仍然偏緊，產能利用率或將繼續(xù)上行。
一、石油焦概述
石油焦是石油煉化的副產品。石油焦主要成分是碳，也含有氫、氮、硫、氧等元素，主要通過石油渣油生產，是煉化過程的副產品，所以生產成本基本忽略不計。由于是副產品，煉化企業(yè)不會因為石油焦的利潤高低，去調節(jié)成品油的產量，供應也不會跟隨石油焦價格變動而變化，而是與成品油的產量相一致。
石油焦分類及應用。未經熱處理的生石油焦，氫、硫、氧等元素含量高，經過煅燒后，揮發(fā)分大幅降低，硫分也會下降 0.2-0.5pct，生產出熟焦，又稱煅后焦，預焙陽極、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，對下游應用影響非常大，硫分越低應用領域越高端，根據硫分含量，石油焦分為 1#焦、2#焦、3#焦、4#焦等。
石油焦是石油煉化副產品，以原油蒸餾后的重油為原料，通過焦化工藝獲得，目前石油主要通過延遲焦化工藝獲得，焦化工藝主要包括以下 4 個工藝：
1）加熱：減壓渣油進入原料緩沖罐預熱，預熱后的原油進入分餾塔底換熱，然后經熱油泵打進加熱爐，加熱到焦化反應所需的溫度（500℃），然后進入焦炭塔，進行焦化反應。
2）裂解縮合：焦化原料進入焦化塔，發(fā)生裂解反應、縮合反應，分別將渣油轉化為氣體、輕質油、焦炭。
3）分餾：油氣進入從焦炭塔頂進入分餾塔，與原料油進行換熱，經過分餾得到氣體、汽油、柴油和蠟油。分餾塔底循環(huán)油和原料（減壓油）再進行焦化反應。
4）出焦：塔內焦炭用蒸汽去除輕質組分后注水冷卻，最后將焦塊從底部清出。
二、石油焦產業(yè)鏈及其應用
1、石油焦主要用來制作電極，下游終端主要包括電解鋁、新能源車和鋼鐵。石油焦中碳元素含量比較高，自然也常用于生產石墨，做電極。石油焦在下游的應用，基本按照硫分高低來區(qū)分。
低硫焦主要應用領域：
1）普通功石墨電極，石墨電極應用終端為鋼鐵的短流程電爐；
2）中低端鋰電負極，終端為新能源車和儲能，鋰電負極和石墨電極只能采用低硫焦，主要因為兩者都要進行石墨化，而石油焦中的硫分在石墨化過程中，會急劇逸出，產生不可逆的體積膨脹，形成“氣脹現象“。
3）高端預備陽極，由于海外預焙陽極標準對產品硫分要求不超過 2.4%，所以需要低硫焦進行生產，主要用于出口，普通預焙陽極也會用低硫焦摻混生產，終端為電解鋁行業(yè)；
4）其他碳素產品。
中硫焦主要用于制造國內普通預備陽極，主要因為國內預焙陽極標準中沒有硫分的要求，中硫焦價格便宜，國內預焙陽極基本采用中硫焦生產，高硫焦硫含量太高，電解鋁企業(yè)生產過程中，SO2 排放量高，污染容易超標，此外 SO2 會侵蝕設備，提高陽極電阻率，高硫焦在國內預焙陽極中應用較少，不過預焙陽極企業(yè)也會采用高硫焦，摻混生產預焙陽極。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，做還原劑主要用來冶煉硅，如制造電石、碳化硅。
2、石油焦受限于原料供應，產能利用率保持低位。
石油焦產量穩(wěn)步增長，未來供應或有下行風險。石油焦是石油煉化的副產品，隨著我國石油煉化產業(yè)的發(fā)展，產量穩(wěn)步增長，從 2009 年的 1188 萬噸增長至2021 年的 3030 萬噸，年均增速8.1%。石油焦未來供應不容樂觀，一方面，汽車電動化興起，我國新能源車市場更是高速發(fā)展，石油消費逐漸被擠出，傳統(tǒng)石油公司資本支出下降，石油產量增速下行或將對石油焦供應形成約束；另一方面，由于“雙碳“政策實施，為降低碳排放強度，部分煉化企業(yè)新項目房企延遲焦化裝置，改用加氫裝置，也影響石油焦供應。
石油焦產能利用率低，但逐步回升。石油焦是石油煉化副產品，本身并不存在產能概念，石油焦產出基本依賴石油煉化產量。由于石油焦焦化率低，循環(huán)油占比較高，也客觀上導致石油焦產能利用率較低，截至 2021年底，我國石油焦產能1.38 億噸，產能利用率 21.9%，已連續(xù) 4 年回升，未來供需格局仍然偏緊，產能利用率或將繼續(xù)上行。
三、石油焦產能分布
石油焦產能主要分布在華東、華南等沿海地區(qū)。石油焦產能的區(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、浙江產量占比分別為37.9%、10.7%、8.9%和7.6%，由于東部地區(qū)碳達峰時間表更早，未來高能耗行業(yè)產能管控會比較嚴格，石油煉化產能和石油焦產能或將部分西移。
中石化石油焦產能高，2021年產量占比39%。中石化石油焦產能高，且以大煉廠為主，石油焦產能前十的項目，中石化占8家，另外兩家為中海油和金誠石化。2021年三桶油石油焦產量占比56%，其中，中石化占比高達39%，行業(yè)影響力較大，因為石油焦為副產品，銷售多有分公司負責，中石化對石油焦市場干涉較少。
四、低硫焦缺口擴大，資源競爭加劇
低硫焦產量逐步下降，未來將繼續(xù)保持低位
我國原油低硫為主，產量比較穩(wěn)定，進口依賴度持續(xù)上升。石油焦的硫分首要取決于原料，焦化工藝對石油焦硫含量影響較小，而原油品質跟產地有關，我國原油屬于低硫原油，煉化副產品易于低硫焦，而中東、俄羅斯等主要產油國硫分含量較高。由于我國原油資源相對貧乏，原油產量一直比較穩(wěn)定，基本維持在 2 億噸水平，原油進口量持續(xù)增長，我國原油對外依賴度從 2008 年的 48.4%上升至 2021年的 72.1%。
進口原油以高硫為主，低硫焦產量空間有限。我國原油進口以中東國家和俄羅斯為主，我國的主要原油進口國中，只有安哥拉和阿聯酋的原油硫分較低，沙特、伊拉克硫分均較高。按照硫含量分布來看，2021 年低硫分原油占比約 18%，高硫分占比達到 49%，并且潛在的供應對象伊朗原油也屬于高硫分，未來盡管原油進口量進一步上升，但低硫原油空間相對有限，并且可能會隨著伊朗原油進口增加，空間進一步被擠占。我國低硫焦供應基本依賴國內原油冶煉，由于國內原油產量穩(wěn)定，低硫焦產量空間比較有限。
石油焦工藝不同階段的硫分調節(jié)。
1）石油煉化。石油焦硫分可以通過石油煉化時對硫分進行控制，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工藝進行改造，所以理論上可以降低渣油硫分，但企業(yè)較難實施；
2）焦化工藝。目前市場多采用投資低、原料適應性強、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。實驗室主要通過沸騰床加氫等方式降低硫分，一方面加氫設備投資大，氫氣價格也比較高，經濟效益差，另一方面加氫之后，柴油、汽油、烴類產量增加，石油焦回收率下降明顯，產量下降，所以大規(guī)模實施也有一定難度。
3）石油焦脫硫，石油焦生成之后也可以進行脫硫，方式主要有高溫煅燒脫硫、加氫脫硫、溶劑抽提脫硫等，高溫脫硫成本相對較低，企業(yè)應用較多，高溫脫硫需要將石油焦加熱到1400℃以上，脫硫效果才會比較明顯，加熱到 1700-2300℃，才能生產出硫含量小于0.1%的石油焦，高溫脫硫生產低硫焦需要耐高溫材料，特別是生產低硫焦，成本較高，并且高溫煅燒后的石油焦，真密度、氣孔率和反應性變差，后續(xù)進行石墨化，生產的負極材料可能受影響。
我國低硫焦產量、占比持續(xù)下降。我國生產的石油焦類型主要以3#焦、4#焦為主，2021 年#1 低硫焦產量 211 萬噸，同比下降 29.4%，占石油焦比例只有7.7%，較 2020 年下降 3.5pct。2022H1，低硫焦價格大幅上升背景下，我國低硫焦產量 103.4 萬噸，同比下降 5.1%，占比 7.5%，產量和占比進一步下滑。由于原油供應結構變動較小，未來低硫焦供應增長空間有限。
2021 年底，低硫焦市場產能 1655 萬噸，中石油、中海油產能分別占比 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內的原油生產，并且三桶油進口量也比較大，所以中石油和中海油原料比較穩(wěn)定。我國原油進口來源較多，石油品類豐富，所以地方煉廠原料供應不穩(wěn)定，副產品石油焦的類型也會變化。國內環(huán)保原油油質較好，所以低硫焦產能也基本分布在中石油、中海油，2021 年，兩家低硫焦產能占比合計達到 93%，低硫焦市場高度集中。
雙碳政策下，低硫焦供應或將繼續(xù)下行。雙碳政策下，國內節(jié)能降耗要求趨嚴，央企首當其沖，過去幾年，中石油、中海油公司開始上馬一些加氫裝置，部分焦類再次轉化成油氣，焦化率下降，所以低硫焦焦化產能未變，但低硫焦產量卻持續(xù)下降。雙碳政策壓力未減，央企降能耗的要求仍然較嚴，中石油、中海油也較難因為副產品低硫焦的高利潤，而再改變加氫裝置，重置延遲焦化裝置，低硫焦。
海外石油焦生產以中高硫焦、生焦為主，低硫焦占比更低。
海外原油主產地中東、俄羅斯、美國原油硫含量較高，作為煉化副產品的石油焦硫含量也比較高，低硫焦產量較少。從我國石油焦貿易結構，特別是石油焦進口結構來看，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焙陽極生產，低硫焦供應較為緊張。
全球低硫焦供應增長有限。國內原油硫含量較低，適用于生產低硫焦，但由于國內節(jié)能降耗影響，低硫焦產量逐年下降，而海外原油硫分含量高，石油焦產品以中高硫為主。石油焦作為副產品，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，而我國作為低硫焦主產地，在“雙碳“政策影響下，供應仍面臨下行壓力，全球低硫焦供應較難有增量。
五、鋰電負極快速崛起，低硫焦需求旺盛
低硫焦下游需求三足鼎立，鋰電負極快速增長
低硫焦需求中，鋰電負極占比 29%，對傳統(tǒng)領域需求的擠出效應將凸顯。石墨電極和高端預焙陽極是低硫焦傳統(tǒng)需求領域，占比較高，鋰電負極的低硫焦需求快速上升。以石油焦產量占比較高的山東和江蘇來看，2021 年 1-9 月，石油焦下游需求中，鋁用炭素領域需求量約占 38%，負極領域需求量占比 29%，煉鋼炭素需求占比約 22%，其他領域預占 11%，負極材料占比已接近 30%，由于新能源車以及儲能的快速發(fā)展，鋰電負極對低硫焦需求仍較保持高速增長，對預備陽極和石墨電極的擠出效應將會凸顯，占比繼續(xù)保持快速增長。
負極材料快速增長，儲能進一步打開低硫焦成長空間
低硫焦、石油焦選擇影響負極材料比容量、循環(huán)壽命。人造負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，高比容量的負極采用針狀焦作原料，普通比容量負極采用價格便宜的石油焦為原料，原料端的選擇對人造負極的性能影響較大，影響負極的比容量、循環(huán)壽命、倍率性和壓實密度等。
低硫焦成分復雜，適用于循環(huán)周期長、容量低的中低端負極材料。低硫焦成分復雜，灰分、雜質較多，導致微晶結構較差，不容易石墨化，而針狀焦雜質少，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域，低硫焦適用于循環(huán)周期長，對能量密度要求不高的領域，若低硫焦制成高品質材料，需要高溫氮氣氛圍下除去揮發(fā)分，工藝條件要求比較苛刻，生產成本增加。負極企業(yè)一般會摻混低硫焦和針狀焦來生產，越高端針狀焦比例越高。中硫焦硫分、揮發(fā)分等雜質更高，硫分更高，石墨化過程中更容易發(fā)生“氣脹“，產生氣孔，比較難以結晶進行石墨化，所以中硫焦較難生產出合格鋰電負極材料。
鋰電負極材料市場蓬勃發(fā)展，產量大幅增加。
鋰電負極材料生產需要低硫焦和針狀焦摻混生產，高能量密度、高倍率的電池負極材料針狀焦比例高，循環(huán)次數多的中低端電池負極材料低硫焦占比高。2020 年以來，新能源車市場高速增長，鋰電負極材料需求也快速上升，2021 年，我國鋰電負極材料產量 72 萬噸，同比增加 97.3%。新能源車和儲能市場仍然快速增長，鋰電負極材料需求旺盛。低端負極材料需求旺盛，針狀焦、低硫焦價差縮窄。2021年以來，五菱宏光mini等A00 級低端車型銷量旺盛，低硫焦出現供不應求，價格上漲明顯，而針狀焦價格漲勢較緩，一方面因為能耗管控壓減鋼鐵產量，石墨電極需求不強，另一方面高端負極材料增速低于低端負極材料。針狀焦、低硫焦價格從 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%。未來預計新能源車市場高端、低端路線并驅，低硫焦和針狀焦需求均將保持高速增長。儲能裝機大增，低硫焦需求空間進一步打開。光伏、風電等新能源裝機量大幅上漲，由于光伏、風電發(fā)電間歇性和季節(jié)性比較明顯，所以電源側調峰需求明顯增長，而分布式發(fā)電的快速發(fā)展則進一步提升電池儲能裝機需求，2021 年我國電池儲能新增裝機約 19.9GWh，同比大幅增加 86.1%。隨著工商業(yè)、戶用分布式發(fā)電的快速擴張，電池儲能市場進入高速發(fā)展階段，電池裝機量有望延續(xù)高速增長態(tài)勢。因為儲能對電池價格敏感，對循環(huán)次數要求高，而能量密度要求不高，所以儲能鋰電負極材料偏向于中低端，適合以低硫焦為原料，低硫焦儲能領域的需求空間打開。
石油焦主要用來做原料、電阻料和保溫料。石油焦可以應用在負極材料的三個領域，一種是作為鋰電負極的原料，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，從無定形的亂層結構碳晶體轉變成六方層狀結構晶型碳，石墨化后的石油焦可以作為電阻料，單噸負極消耗量約 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，可以用來做保溫料，單噸負極消耗量約 0.66 噸。
儲能和新能源車帶動負極需求，預計 2025 年低硫焦需求有望達到 147萬噸。鋰電池負極需求量約 0.13 萬噸/GW，隨著新能源車與儲能市場快速發(fā)展，鋰電負極材料需求旺盛，低硫焦的需求也將進入快車道，我們預計 2025 年鋰電負極材料對低硫焦需求量將達到 147 萬噸，較 2021 年增加 327%。負極材料需求的廣闊前景，促使鋰電負極企業(yè)產能快速擴張，也引來新競爭者的加入，行業(yè)產能大幅上升，根據 Mysteel 統(tǒng)計，目前鋰電負極企業(yè)規(guī)劃產能達到 638.6 萬噸，產能擴張迅速，針狀焦和低硫焦未來需求仍然較強，而鋰電負極行業(yè)可能面臨過剩局面，鋰電負極材料的供應瓶頸也將從石墨化向上游針狀焦、石油焦轉變。
六、低硫焦需求旺盛，缺口難以彌補，資源競爭加劇
根據跟蹤的規(guī)劃負極項目原料結構看，使用石油焦和針狀焦原料比例接近，負極材料高端、低端路線并重。根據我們統(tǒng)計的部分環(huán)評報告披露看，環(huán)評的鋰電負極產能 48.6 萬噸，天然石墨產能 3.8 萬噸，低硫焦為原料產能 22.8 萬噸，針狀焦為原料產能 22 萬噸，從規(guī)劃來看，低硫焦原料和針狀焦原料的企業(yè)產能相當，鋰電負極負極低端和高端路線并重，雙方并未見明顯替代優(yōu)勢。
低硫焦供不應求，價格上漲更快。
低硫焦下游應用領域，鋰電負極材料快速增長、高端預焙陽極出口需求也比較強，石墨電極有所下降，整體需求仍然較強，而低硫焦產量供應缺有所下降，2022H1，我國 1#焦產量 103 萬噸，同比下降 5.1%，缺口進一步擴大，低硫焦價格大幅上升，2022 年 6 月，1#A 焦均價 9000 元/噸，1#B 焦 7018 元/噸，分別較 1 月均價上升 2818 元/噸和 2336 元/噸。
石油焦價格分化，低硫焦保持強勢。中硫焦主要用于預焙陽極生產，下游依賴于電解鋁行業(yè)，由于電解鋁企業(yè)議價能力較強，且行業(yè)產能天花板明確，需求增長較緩，中硫焦價格漲勢放緩，而低硫焦供需仍然較強，低硫焦與中硫焦價差拉開，2022 年 6 月，1#B 焦與 2#B 焦價差均價為 1982 元/噸，較年初增加 482 元/噸，低硫焦供需較難轉向，中硫焦需求空間受限，未來價格或將繼續(xù)分化。
“雙碳“政策下，石油焦缺口或將繼續(xù)擴大。
若我國進口石油類型穩(wěn)定，低硫焦供應端較難有明顯增長。需求端，石墨電極領域，鋼鐵短流程替代長流程趨勢確立，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，但絕對量仍將繼續(xù)增長；負極材料，新能源車延續(xù)快速發(fā)展，而高端、低端路線并重，加上儲能開始進入快速增長，低端負極材料需求潛力較大；高端預焙陽極領域，隨著國內雙碳政策實施，電解鋁節(jié)能降耗需求上升，預焙陽極標準或將提升，高端化趨勢也將確立；低硫焦三大應用領域未來需求旺盛，而供應增長有限，缺口或將逐步擴大
【聲明】本文報告信息摘選自民生證券研究院、來源：百度、民生證券研究院、涂多多等，五道口供應鏈研究院產業(yè)分析團隊整理
轉自：五道口供應鏈研究院、大賽科技
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