黄友生
中国石化炼油销售有限公司
石油炼制与化工针状焦产业链分析及市场开拓措施
摘要：分析了我国针状焦的生产与消费情况，展望其在石墨电极和负极材料行业的应用前景，研究了油系针状焦发展所面临的挑战，包括原料资源供应不足、品质不高，应用评价周期长和产能过剩等，提出加大产品细分研究、应用性能关联研究等措施，向高端市场开拓。
根据生产原料的来源不同，可将针状焦分为油系针状焦和煤系针状焦。油系针状焦主要以催化裂化油浆为原料，经过原料精制、加氢脱硫、延迟焦化和煅烧等生产流程制得，其工艺相对复杂，具有较高的技术含量。针状焦具有高碳、低硫、低氮、低灰等特性，石墨化后的电化学性能和机械性能突出，是一种各向异性的易石墨化高端碳材料。
针状焦主要用于超高功率石墨电极和锂离子电池负极材料，随着“碳达峰”“碳中和”战略目标的提出，国家持续推动钢铁和汽车行业产业结构调整和转型升级，大力推进节能低碳和绿色环保技术的应用，促进了电弧炉炼钢和新能源汽车的快速发展，对原料针状焦的需求也高速增长。未来针状焦下游行业仍将高度景气，本课题分析针状焦在石墨电极和负极材料的应用现状和前景，提出针状焦行业健康发展面临的挑战和应对措施。
1、针状焦的产量及流向分析
1.1针状焦生产情况
针状焦生产主要集中在中国、美国、英国、韩国和日本等少数国家，2011年，全球针状焦生产能力约1200kt/a，其中中国针状焦生产能力250kt/a，中国针状焦生产企业仅4家。到2021年，根据鑫椤资讯统计，全球针状焦生产能力增长至约3250kt/a，中国针状焦生产能力约2240kt/a，占全球产能的68.9％，中国针状焦生产企业增加至21家。
表1是全球排名前十的针状焦生产企业产能情况，合计产能2130kt/a，占全球生产能力的65.5％。从全球针状焦企业生产能力来看，油系针状焦生产企业普遍具有较大规模，单厂的平均产能为100～200kt/ａ，煤系针状焦单厂产能仅为50kt/ａ左右。
未来几年全球针状焦产能仍将持续增加，但主要来自中国，中国规划和在建的针状焦产能约有430kt/a，产能过剩情况进一步加剧。中国以外其他国家针状焦产能基本保持稳定，仅有俄罗斯OMSK炼油厂计划在2021年建设一座38kt/ａ针状焦装置。
图1是近5年中国针状焦产量情况。由图1可以看出，中国针状焦生产实现爆发式增长，5年复合年均增长率达到45％。2020年我国针状焦总产量达到517kt，其中煤系针状焦产量为176kt，油系针状焦产量为341kt。
图1 2016—2020年中国针状焦产量情况
1.2针状焦进口情况
图2是近5年我国针状焦进口情况。由图2可以看出，在新冠疫情之前，我国针状焦进口量实现较大幅度增长，到2019年进口量达到了270kt，创历史新高。2020年由于进口针状焦价格高，竞争力下降，港口库存量较大，并叠加受欧美疫情持续爆发影响，导致2020年我国针状焦进口量仅132kt，同比下降51％。据统计，2020年进口针状焦中，油系针状焦27.5kt，同比减少82.93％；煤系针状焦104.1kt，同比增加18.26％，主要原因是日韩海上运输受疫情影响较小，其次日韩部分产品价格低于我国同类产品，下游订单量较多。
图2 2016—2020年中国针状焦进口情况
1.3针状焦应用流向
针状焦是高端碳材料的一种，主要作为超高功率石墨电极和人造石墨负极材料的生产原料，最重要的终端应用领域是电弧炉炼钢和新能源汽车用动力电池。
图3是近5年我国针状焦的应用流向，石墨电极是最大的应用领域，需求增长速度进入相对平缓阶段，负极材料持续快速增长。2020年我国针状焦总消费量（含库存消费）为740kt，其中负极材料消费针状焦340kt，石墨电极消费针状焦400kt，负极材料消费量占比达到45％。
2针状焦在石墨电极行业应用与前景分析
2.1电弧炉炼钢发展情况
钢铁行业是我国碳排放的大户，钢铁的生产方式主要有高炉和电弧炉两种，其中电弧炉炼钢可以减少60％的碳排放量，并可实现废钢资源的循环利用，减少对铁矿石的进口依赖。钢铁行业提出2025年率先实现“碳达峰”和“碳中和”的目标，在国家钢铁产业政策的引导下，将会有大批钢铁厂用电弧炉替换转炉和高炉炼钢。
2020年中国的粗钢产量为1054.4Ｍｔ，其中电弧炉钢产量约96Ｍｔ，占总粗钢比例仅9.1％，对比世界平均18％、美国67％、欧盟39％、日本22％的电弧炉钢比例，进步空间较大。根据2020年12月31日工信部《关于推动钢铁工业高质量发展的指导意见》征求意见稿提出：力争2025年，电弧炉钢产量占粗钢总产量的比例提升至15％～20％。电弧炉钢产量的提升对超高功率石墨电极的需求将会有显著增加。国内电弧炉发展趋势是高端化和大型化，对大规格超高功率石墨电极提出更大需求。
2.2石墨电极生产现状
石墨电极是电弧炉炼钢的必需消耗品，图4是近5年我国石墨电极产能和产量情况，石墨电极产能由2016年的1050kt/a增长到2020年的2200kt/a，复合年均增长率为15.94％。这5年是石墨电极产能的快速增长期，也是石墨电极行业触底反弹快速发展的运行周期。2017年之前，石墨电极行业作为传统高能耗、高污染制造行业，国内大型石墨电极企业减产，中小石墨电极企业面临倒闭，甚至国际电极巨头也不得不停产、转卖、退出。2017年受国家行政强制淘汰“地条钢”政策影响和带动，中国的石墨电极价格大幅上涨，在超额利润的刺激下，石墨电极市场迎来了一波产能复产、扩张潮。
2019年我国石墨电极产量创近年新高，达到1189kt，受疫情影响需求减弱，2020年石墨电极产量降为1020kt。但整体来看，我国石墨电极行业产能过剩严重，利用率由2017年的70％降至2020年的46％，创产能利用率新低。
2.3石墨电极行业对针状焦需求分析
电炉钢的发展将会拉动超高功率石墨电极需求，预计2025年石墨电极需求约为1300kt，对原料针状焦的需求为450kt左右。由于在大规格超高功率石墨电极和接头生产上，油系针状焦优于煤系针状焦，石墨电极对油系针状焦的需求占比还将进一步提升，挤占煤系针状焦的市场空间。
3针状焦在负极材料行业应用与前景分析
3.1新能源汽车的发展
新能源汽车已经是全球发展大趋势。如表2所示，英、法、德等多国相继公布禁售燃油车日程表，表明了发展新能源汽车产业、致力解决环保问题的决心，此举将在国际社会起到示范作用，亦将影响其他重要经济体在新能源车产业的战略布局。
而我国在过去几年通过实际行动支持了新能源车的发展，已成为全球最大新能源汽车生产、销售国家。2020年10月20日，国务院办公厅印发《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》，提出“到2025年，中国新能源汽车新车销量占比达到约20％；到2035年，纯电动汽车成为新销售车辆的主流，公共领域用车全面电动化”。2020年我国新能源汽车销量为136.7万辆，占比仅为5.4％，极具增长前景。2021年1—8月，我国新能源汽车渗透率达到11.6％，发展速度超过市场预期。
2020年我国锂离子电池出货量达到158.5GW.h，其中新能源汽车用动力电池出货量为84.5GW.h。储能锂离子电池目前占比不高，但增长很快，行业内普遍认为未来将复制动力电池增长势头，极具发展前景。
3.2负极材料的发展现状
图5可反映近10年我国负极材料发展情况。由图5可知，我国负极材料产量逐年上升，自2015年起，随着国内动力电池市场的崛起，负极材料产量也进入高速增长通道。2020年国内负极材料产量达到463.3kt，较2011年增长25倍。
2020年全球负极材料出货量约540kt，其中中国出货量达到463kt，占比达到85.7％。全球负极材料出货量前十的企业中中国有7家，海外有3家，出货量前四的企业均为中国企业，详细见表3。随着全球新能源汽车的发展，中国负极材料企业将有更多机会享受全球发展的红利，也将利好上游的针状焦企业。
3.3负极材料发展对针状焦的需求分析
2020年全球电动汽车渗透率仅为5％，预计2030年将达到30％，电动汽车将迎来爆发性增长，随之而来动力电池需求将在2025年达到1ＴＷ·ｈ，2030年有望冲击10ＴＷ·ｈ。根据对负极材料行业专家和专业机构的调研，预计到2025年我国负极材料总产量将达到1700kt，其中针状焦需求超过800kt。
4油系针状焦发展面临的问题与对策
4.1催化裂化油浆的供应问题
据统计，我国已建或在建油系针状焦产能超过1.5Mt/a，理论上需消耗生产原料约6Mt/a。催化裂化油浆是生产油系针状焦的最主要原料，全国总产量约10Mt/a，去除低硫船用燃料油等已有用途消耗，符合针状焦生产需求的理想原料资源量并不富裕，而油系针状焦生产负荷的稳定、产品品质的稳定都在很大程度上依赖于原料的稳定，因此，催化裂化油浆的供应是油系针状焦发展的瓶颈。
中国石化和中国石油等企业集团应充分发挥集团化运作优势，统筹催化裂化油浆优质资源，优先保证油系针状焦的生产原料，同时，继续深化脱硫技术和脱固技术研究，增产适用针状焦的优质油浆。其他独立的油系针状焦生产企业需要进一步优化催化裂化油浆资源的获取能力，通过与上游炼油厂战略合作或拓宽进口渠道等方式稳定供应渠道，同时，继续研究成焦机理和工艺技术，扩大针状焦生产装置对不同原料的适应能力。
4.2国产与进口针状焦品质差距的问题
进口优质针状焦，在电极应用领域具有热膨胀系数低、颗粒度和批次稳定性好等优势，在负极材料应用领域具有比容量大、石墨化度高等优势，而且开发了适用不同应用场景的系列化负极焦，进口针状焦占据了高端应用领域。随着国内针状焦产能的快速增长，国产针状焦整体品质已经得到了较大提升，但仍集中在中低端应用领域。
油系针状焦生产企业要加大对生产原料、工艺技术的研究，开发满足大规格超高功率石墨电极和接头部件使用的电极焦，尽快突破热膨胀系数等关键指标，更要盯紧作为未来需求主要增长极的负极材料行业，围绕动力电池、储能电池和消费电子类电池等应用领域对负极材料的个性化需求，开发不同比容量及兼顾高倍率性能的系列化产品。
4.3针状焦使用效果评价的问题
石墨电极和负极材料等行业使用针状焦，要求遵循其严格的导入流程以检验材料的应用效果，从原料进厂到产品下线耗时3～6个月，产品下线后，还要经过下游电弧炉钢厂、锂离子电池厂的试用、验证。导入流程工序多、周期长，是制约产品开发、提质改进的关键因素。
油系针状焦生产企业要发挥技术路线先进性的优势，加强与研究机构、终端用户开展联合研究，建立快速测评方法，加强应用机理分析，构建针状焦生产原料、工艺技术、产品结构纹理与石墨电极性能、电化学性能之间的关联，尽量缩短产品性能表征时间，提高生产调整的有效性。同时，还应建立技术服务保障队伍，及时响应产品推广应用中客户提出的问题、意见和建议，降低新产品应用风险，并为产品细分和定制化开发确定技术目标。
4.4针状焦产能过剩的问题
据统计，针状焦整体产能利用率不足40％。虽然负极材料需求的快速增长增加了对针状焦的需求量，但在短期内仍不能改变产能过剩的局面，尤其是中低端产品的竞争更为激烈，甚至有个别煤系针状焦装置投产即闲置，但高端针状焦产品供应仍不足，还需大量进口。因此，产能过剩的问题主要集中在中低端产品。
破解产能过剩问题，一方面应限制低水平重复建设，避免同质化竞争；另一方面则依靠技术进步，尽快脱离中低端水平，特别是油系针状焦企业更要加快优质产品的开发和高端市场的开拓，替代进口产品，并参与国际市场竞争，扩大国内外市场。
5结束语
（1）针状焦具有广阔市场前景，针状焦的发展有助于满足石墨电极和负极材料行业对优质原料的迫切需求，助推产业链下游行业“碳达峰”“碳中和”目标实现。在电弧炉炼钢和新能源汽车的拉动下，作为产业链上游的针状焦需求将呈快速增长态势，预计到2025年我国针状焦总需求量将突破1.25Ｍｔ。
（2）油系针状焦企业要坚持高端市场定位，虽然目前我国针状焦总产能已严重过剩，但国产针状焦质量与进口针状焦相比仍存在差距，部分产品仍然依赖进口。针状焦企业要积极推进“大兵团作战”，上下游一体联合，优选最优质的原料保障针状焦的生产，加快科技攻关，不断推动工艺优化、技术提升，提高产品质量，努力实现进口替代。
（3）负极材料和石墨电极行业对针状焦的性能要求是有差异的，适用石墨电极的针状焦并不一定能获得优异的电化学性能。目前，需更加重视针状焦在负极材料行业的应用研究，加快建立完善针状焦的常规指标与负极材料的电化学性能等关键指标之间的关联，需要上下游企业联合研究，破解技术难题，获得竞争优势。
