黃 友 生

(中國石化煉油銷售有限公司，上海 200050)

根據(jù)生產(chǎn)原料的來源不同，可將針狀焦分為油系針狀焦和煤系針狀焦[1-2]。油系針狀焦主要以催化裂化油漿為原料，經(jīng)過原料精制、加氫脫硫、延遲焦化和煅燒等生產(chǎn)流程制得，其工藝相對復(fù)雜，具有較高的技術(shù)含量[3-5]。針狀焦具有高碳、低硫、低氮、低灰等特性，石墨化后的電化學(xué)性能和機(jī)械性能突出，是一種各向異性的易石墨化高端碳材料[6]。

針狀焦主要用于超高功率石墨電極和鋰離子電池負(fù)極材料，隨著“碳達(dá)峰”“碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)的提出，國家持續(xù)推動鋼鐵和汽車行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級，大力推進(jìn)節(jié)能低碳和綠色環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)了電弧爐煉鋼和新能源汽車的快速發(fā)展[7-8]，對原料針狀焦的需求也高速增長。未來針狀焦下游行業(yè)仍將高度景氣，本課題分析針狀焦在石墨電極和負(fù)極材料的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景，提出針狀焦行業(yè)健康發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)和應(yīng)對措施。

1 針狀焦的產(chǎn)量及流向分析

1.1 針狀焦生產(chǎn)情況

針狀焦生產(chǎn)主要集中在中國、美國、英國、韓國和日本等少數(shù)國家[6]，2011年，全球針狀焦生產(chǎn)能力約1 200 kt/a，其中中國針狀焦生產(chǎn)能力250 kt/a，中國針狀焦生產(chǎn)企業(yè)僅4家。到2021年，根據(jù)鑫欏資訊統(tǒng)計(jì)，全球針狀焦生產(chǎn)能力增長至約3 250 kt/a，中國針狀焦生產(chǎn)能力約2 240 kt/a，占全球產(chǎn)能的68.9%，中國針狀焦生產(chǎn)企業(yè)增加至21家。

表1是全球排名前十的針狀焦生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能情況，合計(jì)產(chǎn)能2 130 kt/a，占全球生產(chǎn)能力的65.5%。從全球針狀焦企業(yè)生產(chǎn)能力來看，油系針狀焦生產(chǎn)企業(yè)普遍具有較大規(guī)模，單廠的平均產(chǎn)能為100～200 kt/a，煤系針狀焦單廠產(chǎn)能僅為50 kt/a左右。

表1 全球前十針狀焦生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能情況

未來幾年全球針狀焦產(chǎn)能仍將持續(xù)增加，但主要來自中國，中國規(guī)劃和在建的針狀焦產(chǎn)能約有430 kt/a，產(chǎn)能過剩情況進(jìn)一步加劇。中國以外其他國家針狀焦產(chǎn)能基本保持穩(wěn)定，僅有俄羅斯OMSK煉油廠計(jì)劃在2021年建設(shè)一座38 kt/a針狀焦裝置。

圖1是近5年中國針狀焦產(chǎn)量情況。由圖1可以看出，中國針狀焦生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)爆發(fā)式增長，5年復(fù)合年均增長率達(dá)到45%。2020年我國針狀焦總產(chǎn)量達(dá)到517 kt，其中煤系針狀焦產(chǎn)量為176 kt，油系針狀焦產(chǎn)量為341 kt。

圖1 2016—2020年中國針狀焦產(chǎn)量情況

1.2 針狀焦進(jìn)口情況

圖2是近5年我國針狀焦進(jìn)口情況。由圖2可以看出，在新冠疫情之前，我國針狀焦進(jìn)口量實(shí)現(xiàn)較大幅度增長，到2019年進(jìn)口量達(dá)到了270 kt，創(chuàng)歷史新高。2020年由于進(jìn)口針狀焦價(jià)格高，競爭力下降，港口庫存量較大，并疊加受歐美疫情持續(xù)爆發(fā)影響，導(dǎo)致2020年我國針狀焦進(jìn)口量僅132 kt，同比下降51%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年進(jìn)口針狀焦中，油系針狀焦27.5 kt，同比減少82.93%；煤系針狀焦104.1 kt，同比增加18.26%，主要原因是日韓海上運(yùn)輸受疫情影響較小，其次日韓部分產(chǎn)品價(jià)格低于我國同類產(chǎn)品，下游訂單量較多。

圖2 2016—2020年我國針狀焦進(jìn)口情況

1.3 針狀焦應(yīng)用流向

針狀焦是高端碳材料的一種，主要作為超高功率石墨電極和人造石墨負(fù)極材料的生產(chǎn)原料，最重要的終端應(yīng)用領(lǐng)域是電弧爐煉鋼和新能源汽車用動力電池。

圖3是近5年我國針狀焦的應(yīng)用流向，石墨電極是最大的應(yīng)用領(lǐng)域，需求增長速度進(jìn)入相對平緩階段，負(fù)極材料持續(xù)快速增長。2020年我國針狀焦總消費(fèi)量(含庫存消費(fèi))為740 kt，其中負(fù)極材料消費(fèi)針狀焦340 kt，石墨電極消費(fèi)針狀焦400 kt，負(fù)極材料消費(fèi)量占比達(dá)到45%。

圖3 2016—2020年我國針狀焦應(yīng)用流向

2 針狀焦在石墨電極行業(yè)應(yīng)用與前景分析

2.1 電弧爐煉鋼發(fā)展情況

鋼鐵行業(yè)是我國碳排放的大戶，鋼鐵的生產(chǎn)方式主要有高爐和電弧爐兩種，其中電弧爐煉鋼可以減少60%的碳排放量，并可實(shí)現(xiàn)廢鋼資源的循環(huán)利用，減少對鐵礦石的進(jìn)口依賴[9]。鋼鐵行業(yè)提出2025年率先實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”的目標(biāo)，在國家鋼鐵產(chǎn)業(yè)政策的引導(dǎo)下，將會有大批鋼鐵廠用電弧爐替換轉(zhuǎn)爐和高爐煉鋼[10]。

2020年中國的粗鋼產(chǎn)量為1 054.4 Mt，其中電弧爐鋼產(chǎn)量約96 Mt，占總粗鋼比例僅9.1%，對比世界平均18%、美國67%、歐盟39%、日本22%的電弧爐鋼比例，進(jìn)步空間較大。根據(jù)2020年12月31日工信部《關(guān)于推動鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》征求意見稿提出：力爭2025年，電弧爐鋼產(chǎn)量占粗鋼總產(chǎn)量的比例提升至15%～20%。電弧爐鋼產(chǎn)量的提升對超高功率石墨電極的需求將會有顯著增加。國內(nèi)電弧爐發(fā)展趨勢是高端化和大型化，對大規(guī)格超高功率石墨電極提出更大需求。

2.2 石墨電極生產(chǎn)現(xiàn)狀

石墨電極是電弧爐煉鋼的必需消耗品，圖4是近5年我國石墨電極產(chǎn)能和產(chǎn)量情況，石墨電極產(chǎn)能由2016年的1 050 kt/a增長到2020年的2 200 kt/a，復(fù)合年均增長率為15.94%。這5年是石墨電極產(chǎn)能的快速增長期，也是石墨電極行業(yè)觸底反彈快速發(fā)展的運(yùn)行周期。2017年之前，石墨電極行業(yè)作為傳統(tǒng)高能耗、高污染制造行業(yè)，國內(nèi)大型石墨電極企業(yè)減產(chǎn)，中小石墨電極企業(yè)面臨倒閉，甚至國際電極巨頭也不得不停產(chǎn)、轉(zhuǎn)賣、退出。2017年受國家行政強(qiáng)制淘汰“地條鋼”政策影響和帶動，中國的石墨電極價(jià)格大幅上漲，在超額利潤的刺激下，石墨電極市場迎來了一波產(chǎn)能復(fù)產(chǎn)、擴(kuò)張潮。

圖4 2016—2020年中國石墨電極產(chǎn)能和產(chǎn)量情況

2019年我國石墨電極產(chǎn)量創(chuàng)近年新高，達(dá)到1 189 kt，受疫情影響需求減弱，2020年石墨電極產(chǎn)量降為1 020 kt。但整體來看，我國石墨電極行業(yè)產(chǎn)能過剩嚴(yán)重，利用率由2017年的70%降至2020年的46%，創(chuàng)產(chǎn)能利用率新低。

2.3 石墨電極行業(yè)對針狀焦需求分析

電爐鋼的發(fā)展將會拉動超高功率石墨電極需求，預(yù)計(jì)2025年石墨電極需求約為1 300 kt，對原料針狀焦的需求為450 kt左右。由于在大規(guī)格超高功率石墨電極和接頭生產(chǎn)上，油系針狀焦優(yōu)于煤系針狀焦，石墨電極對油系針狀焦的需求占比還將進(jìn)一步提升，擠占煤系針狀焦的市場空間。

3 針狀焦在負(fù)極材料行業(yè)應(yīng)用與前景分析

3.1 新能源汽車的發(fā)展

新能源汽車已經(jīng)是全球發(fā)展大趨勢。如表2所示，英、法、德等多國相繼公布禁售燃油車日程表，表明了發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)、致力解決環(huán)保問題的決心，此舉將在國際社會起到示范作用，亦將影響其他重要經(jīng)濟(jì)體在新能源車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略布局。

表2 部分國家燃油車禁售時(shí)間表

而我國在過去幾年通過實(shí)際行動支持了新能源車的發(fā)展，已成為全球最大新能源汽車生產(chǎn)、銷售國家。2020年10月20日，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》，提出“到2025年，中國新能源汽車新車銷量占比達(dá)到約20%；到2035年，純電動汽車成為新銷售車輛的主流，公共領(lǐng)域用車全面電動化”。2020年我國新能源汽車銷量為136.7萬輛，占比僅為5.4%，極具增長前景。2021年1—8月，我國新能源汽車滲透率達(dá)到11.6%，發(fā)展速度超過市場預(yù)期。

2020年我國鋰離子電池出貨量達(dá)到158.5 GW·h，其中新能源汽車用動力電池出貨量為84.5 GW·h。儲能鋰離子電池目前占比不高，但增長很快，行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為未來將復(fù)制動力電池增長勢頭，極具發(fā)展前景。

3.2 負(fù)極材料的發(fā)展現(xiàn)狀

圖5可反映近10年我國負(fù)極材料發(fā)展情況。由圖5可知，我國負(fù)極材料產(chǎn)量逐年上升，自2015年起，隨著國內(nèi)動力電池市場的崛起，負(fù)極材料產(chǎn)量也進(jìn)入高速增長通道。2020年國內(nèi)負(fù)極材料產(chǎn)量達(dá)到463.3 kt，較2011年增長25倍。

圖5 2011—2020年我國負(fù)極材料產(chǎn)量和增幅

2020年全球負(fù)極材料出貨量約540 kt，其中中國出貨量達(dá)到463 kt，占比達(dá)到85.7%。全球負(fù)極材料出貨量前十的企業(yè)中中國有7家，海外有3家，出貨量前四的企業(yè)均為中國企業(yè)，詳細(xì)見表3。隨著全球新能源汽車的發(fā)展，中國負(fù)極材料企業(yè)將有更多機(jī)會享受全球發(fā)展的紅利，也將利好上游的針狀焦企業(yè)。

表3 2020年全球前十負(fù)極材料企業(yè)出貨量情況

3.3 負(fù)極材料發(fā)展對針狀焦的需求分析

2020年全球電動汽車滲透率僅為5%，預(yù)計(jì)2030年將達(dá)到30%，電動汽車將迎來爆發(fā)性增長，隨之而來動力電池需求將在2025年達(dá)到1 TW·h，2030年有望沖擊10 TW·h。根據(jù)對負(fù)極材料行業(yè)專家和專業(yè)機(jī)構(gòu)的調(diào)研，預(yù)計(jì)到2025年我國負(fù)極材料總產(chǎn)量將達(dá)到1 700 kt，其中針狀焦需求超過800 kt。

4 油系針狀焦發(fā)展面臨的問題與對策

4.1 催化裂化油漿的供應(yīng)問題

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國已建或在建油系針狀焦產(chǎn)能超過1.5 Mt/a，理論上需消耗生產(chǎn)原料約6 Mt/a。催化裂化油漿是生產(chǎn)油系針狀焦的最主要原料，全國總產(chǎn)量約10 Mt/a，去除低硫船用燃料油等已有用途消耗，符合針狀焦生產(chǎn)需求的理想原料資源量并不富裕，而油系針狀焦生產(chǎn)負(fù)荷的穩(wěn)定、產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定都在很大程度上依賴于原料的穩(wěn)定，因此，催化裂化油漿的供應(yīng)是油系針狀焦發(fā)展的瓶頸。

中國石化和中國石油等企業(yè)集團(tuán)應(yīng)充分發(fā)揮集團(tuán)化運(yùn)作優(yōu)勢，統(tǒng)籌催化裂化油漿優(yōu)質(zhì)資源，優(yōu)先保證油系針狀焦的生產(chǎn)原料，同時(shí)，繼續(xù)深化脫硫技術(shù)和脫固技術(shù)[11]研究，增產(chǎn)適用針狀焦的優(yōu)質(zhì)油漿。其他獨(dú)立的油系針狀焦生產(chǎn)企業(yè)需要進(jìn)一步優(yōu)化催化裂化油漿資源的獲取能力，通過與上游煉油廠戰(zhàn)略合作或拓寬進(jìn)口渠道等方式穩(wěn)定供應(yīng)渠道，同時(shí)，繼續(xù)研究成焦機(jī)理和工藝技術(shù)，擴(kuò)大針狀焦生產(chǎn)裝置對不同原料的適應(yīng)能力。

4.2 國產(chǎn)與進(jìn)口針狀焦品質(zhì)差距的問題

進(jìn)口優(yōu)質(zhì)針狀焦，在電極應(yīng)用領(lǐng)域具有熱膨脹系數(shù)低、顆粒度和批次穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，在負(fù)極材料應(yīng)用領(lǐng)域具有比容量大、石墨化度高等優(yōu)勢，而且開發(fā)了適用不同應(yīng)用場景的系列化負(fù)極焦，進(jìn)口針狀焦占據(jù)了高端應(yīng)用領(lǐng)域。隨著國內(nèi)針狀焦產(chǎn)能的快速增長，國產(chǎn)針狀焦整體品質(zhì)已經(jīng)得到了較大提升，但仍集中在中低端應(yīng)用領(lǐng)域。

油系針狀焦生產(chǎn)企業(yè)要加大對生產(chǎn)原料、工藝技術(shù)的研究，開發(fā)滿足大規(guī)格超高功率石墨電極和接頭部件使用的電極焦，盡快突破熱膨脹系數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)，更要盯緊作為未來需求主要增長極的負(fù)極材料行業(yè)，圍繞動力電池、儲能電池和消費(fèi)電子類電池等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ω?fù)極材料的個性化需求，開發(fā)不同比容量及兼顧高倍率性能的系列化產(chǎn)品。

4.3 針狀焦使用效果評價(jià)的問題

石墨電極和負(fù)極材料等行業(yè)使用針狀焦，要求遵循其嚴(yán)格的導(dǎo)入流程以檢驗(yàn)材料的應(yīng)用效果，從原料進(jìn)廠到產(chǎn)品下線耗時(shí)3～6個月，產(chǎn)品下線后，還要經(jīng)過下游電弧爐鋼廠、鋰離子電池廠的試用、驗(yàn)證。導(dǎo)入流程工序多、周期長，是制約產(chǎn)品開發(fā)、提質(zhì)改進(jìn)的關(guān)鍵因素。

油系針狀焦生產(chǎn)企業(yè)要發(fā)揮技術(shù)路線先進(jìn)性的優(yōu)勢，加強(qiáng)與研究機(jī)構(gòu)、終端用戶開展聯(lián)合研究，建立快速測評方法，加強(qiáng)應(yīng)用機(jī)理分析，構(gòu)建針狀焦生產(chǎn)原料、工藝技術(shù)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)紋理與石墨電極性能、電化學(xué)性能之間的關(guān)聯(lián)，盡量縮短產(chǎn)品性能表征時(shí)間，提高生產(chǎn)調(diào)整的有效性。同時(shí)，還應(yīng)建立技術(shù)服務(wù)保障隊(duì)伍，及時(shí)響應(yīng)產(chǎn)品推廣應(yīng)用中客戶提出的問題、意見和建議，降低新產(chǎn)品應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，并為產(chǎn)品細(xì)分和定制化開發(fā)確定技術(shù)目標(biāo)。

4.4 針狀焦產(chǎn)能過剩的問題

據(jù)統(tǒng)計(jì)，針狀焦整體產(chǎn)能利用率不足40%。雖然負(fù)極材料需求的快速增長增加了對針狀焦的需求量，但在短期內(nèi)仍不能改變產(chǎn)能過剩的局面，尤其是中低端產(chǎn)品的競爭更為激烈，甚至有個別煤系針狀焦裝置投產(chǎn)即閑置，但高端針狀焦產(chǎn)品供應(yīng)仍不足，還需大量進(jìn)口。因此，產(chǎn)能過剩的問題主要集中在中低端產(chǎn)品。

破解產(chǎn)能過剩問題，一方面應(yīng)限制低水平重復(fù)建設(shè)，避免同質(zhì)化競爭；另一方面則依靠技術(shù)進(jìn)步，盡快脫離中低端水平，特別是油系針狀焦企業(yè)更要加快優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的開發(fā)和高端市場的開拓，替代進(jìn)口產(chǎn)品，并參與國際市場競爭，擴(kuò)大國內(nèi)外市場。

5 結(jié)束語

(1)針狀焦具有廣闊市場前景，針狀焦的發(fā)展有助于滿足石墨電極和負(fù)極材料行業(yè)對優(yōu)質(zhì)原料的迫切需求，助推產(chǎn)業(yè)鏈下游行業(yè)“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。在電弧爐煉鋼和新能源汽車的拉動下，作為產(chǎn)業(yè)鏈上游的針狀焦需求將呈快速增長態(tài)勢，預(yù)計(jì)到2025年我國針狀焦總需求量將突破1.25 Mt。

(2)油系針狀焦企業(yè)要堅(jiān)持高端市場定位，雖然目前我國針狀焦總產(chǎn)能已嚴(yán)重過剩，但國產(chǎn)針狀焦質(zhì)量與進(jìn)口針狀焦相比仍存在差距，部分產(chǎn)品仍然依賴進(jìn)口。針狀焦企業(yè)要積極推進(jìn)“大兵團(tuán)作戰(zhàn)”，上下游一體聯(lián)合，優(yōu)選最優(yōu)質(zhì)的原料保障針狀焦的生產(chǎn)，加快科技攻關(guān)，不斷推動工藝優(yōu)化、技術(shù)提升，提高產(chǎn)品質(zhì)量，努力實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代。

(3)負(fù)極材料和石墨電極行業(yè)對針狀焦的性能要求是有差異的，適用石墨電極的針狀焦并不一定能獲得優(yōu)異的電化學(xué)性能。目前，需更加重視針狀焦在負(fù)極材料行業(yè)的應(yīng)用研究，加快建立完善針狀焦的常規(guī)指標(biāo)與負(fù)極材料的電化學(xué)性能等關(guān)鍵指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)，需要上下游企業(yè)聯(lián)合研究，破解技術(shù)難題，獲得競爭優(yōu)勢。