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評論 | 浦東電路交易商

石油焦簡介

石油焦（ coke）是通過原油蒸餾分離輕質油和重質油，然后將重油轉化為熱裂化過程而得到的產品。 從外觀上看，焦炭為形狀不規則、大小不一（或顆粒）的黑色塊狀，具有金屬光澤。 焦炭顆粒具有多孔結構。 主要元素成分為碳，占80%以上，含氫1.5%-8%，其余為氧、氮、硫及金屬元素。

石油焦屬于一種容易石墨化的碳。 與冶金焦相比，石油焦的碳網格片之間的微晶堆積更加整齊，片之間的距離更?。?在石墨化高溫下，碳網格片晶粒的平均厚度（Lc）和平均寬度（La）增大，片層間距（d）縮小； （圖1）晶格常數（a0和c0）接近天然石墨，電阻率顯著下降，真密度相應增加。 因此，以石油焦為原料可以生產電阻率較低的石墨電極。

石油焦具有其獨特的物理、化學和機械性能。 加熱部分的不揮發碳、揮發分和礦物雜質（硫、金屬化合物、水、灰分等）決定了焦炭的化學性質。 在物理性質中，孔隙率和密度決定焦炭的反應性和熱物理性質。 顆粒成分、加工方法、硬度、耐磨性、強度等力學性能決定了其力學性能。

物理和化學特性

石油焦的理化性能指標有灰分、硫分、揮發分、真密度、孔隙率、電阻率、熱膨脹系數和力學性能等。

灰分含量

石油焦灰中所含的主要元素有鐵、硅、鈣、鋁、鈉、鎂，還含有少量的釩、鈦、鉻、鎳、錳等。除鋁、鎂、鈣外，還含有少量的釩、鈦、鉻、鎳、錳等元素。是電解質所需的元素，其余為有害雜質。 灰燼中的這些元素根據受害對象不同可分為兩類：一類是以電解最終產品原鋁為受害元素。 它們在電解過程中轉移到鋁液中，影響鋁的質量。 另一種元素會降低碳陽極的化學性質，例如鈉。 鈉對電解液和鋁的質量沒有有害影響，對陽極的物理性能沒有大的影響，但它影響陽極的化學性能。 它促進陽極的選擇性氧化，造成陽極運行不均勻，造成陽極脫落、夾渣。 這不僅增加了碳消耗，而且增加了電解液中的碳殘留，污染電解液，影響生產運行。

石油焦灰分中的大部分元素來源于原油，也有一些是在煉焦、儲存和運輸過程中添加的。 其中，硅和鋁以砂的形式存在于原油中，在焦化過程中進入石油焦。 另外，如果生產出來的石油焦露天堆放，地面的泥沙或風帶來的泥沙也會增加石油焦的灰分含量。 鈉、鈣和鎂是油田附近礦物中這些元素的氯化物，以水溶液的形式滲透到原油中。 這些要素不僅與井場地理位置有關，還與煉油廠的生產工藝有關。 鐵的引入主要是由于煉油廠生產設備的腐蝕。 硫、釩、鎳、鈦是聚合物石油雜環鏈中固有的元素，并以化合物的形式存在于石油分子中，因此這些元素的分離是一個難題。

硫含量

硫是影響石油焦質量的雜質之一。 石油焦的硫含量取決于渣油的硫含量。 渣油中30%-40%的硫含量保留在石油焦中。 如果硫含量較高，則提前對渣油進行加氫脫硫，降低渣油中的硫含量，所得石油焦的硫含量也相應降低。 石油焦中的硫可分為兩類：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）。 一般煅燒至1300℃左右脫硫效果不大。 只有將煅燒溫度提高到1450℃左右，才能達到更明顯的脫硫效果。 部分硫化物需要在石墨化的高溫下排出。

對于鋁電解陽極材料的生產和石墨制品的生產，硫是有害元素。 用含硫量較大的石油焦生產的石墨電極，在石墨化過程中會產生“膨脹”，很容易導致產品裂紋。 采用含硫量較高的石墨電極煉鋼時，噸鋼電極消耗量增加。 我國大部分產區石油焦硫含量較低。 只有使用國產高硫原油或進口高硫原油的煉油廠生產的石油焦才有硫含量。 分數更高。

揮發物

石油焦揮發分的大小表明其煉焦溫度的高低。 釜式焦的焦化溫度較高，達到700℃左右，因此釜式焦的揮發分較低（3%-7%），而延遲焦化石油焦的焦化溫度只有500℃左右，因此揮發物含量高達8%-15%。 延遲焦化生產的石油焦揮發分含量不僅取決于焦化溫度，還取決于渣油充入焦化塔和吹入焦炭層的時間。 根據蒸汽條件的不同，同一塔排出的焦炭的揮發分含量也有很大差異。 例如，塔底的焦炭結構較致密，體積密度較高，揮發分較低，而塔頂的焦炭結構較疏松，揮發分較高。 許多。 石油焦中揮發分的多少對炭素產品的質量影響不大，但對煅燒操作確實有影響。 高揮發分石油焦很難在一般結構的回轉窯或罐式爐中煅燒。

真密度

石油焦經1300℃煅燒后的真密度是衡量石油焦質量的主要項目。 一般來說，鍛燒后的真密度越高，說明這種焦炭容易石墨化，且石墨化后電阻率低，熱膨脹系數小。 石油焦的體積密度表示焦炭結構的密度，與機械強度成正比。 真密度除了與焦炭的體積密度有關外，還與焦炭的粒徑有關。

電阻率

未煅燒的生焦的電阻率非常高，接近絕緣體。 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。 1300℃煅燒石油焦的電阻率降至500μΩ·m。 關于。

熱膨脹系數

石油焦的熱膨脹系數主要取決于渣油的性質，即渣油中芳烴含量和瀝青質含量。 芳烴含量高、瀝青質和膠體含量低的渣油將具有石油焦的熱膨脹系數。 降低。 針狀焦是石油焦。 同樣是針狀焦，其熱膨脹系數也不同。 生產大尺寸超高功率石墨電極和接頭毛坯時，應采用熱膨脹系數較低的針狀焦。 石油焦的熱膨脹系數與試驗溫度有關。 我國測試熱膨脹系數的標準溫度為100-600℃。 不同測試溫度下獲得的結果不能直接比較。

機械性能

石油焦的機械性能包括“易碎性”、脆性和磨損率。 石油焦的“易碎性”和脆性在電極制造過程中具有一定的實際意義。 破碎性可以通過破碎前后焦炭的特性來測量。 脆性是通過尺寸比來評價的，脆性代表焦炭在運輸和交貨過程中破碎的可能性。 表征石油焦磨損率的試驗方法是轉鼓試驗法。 原焦的磨損率與其揮發份含量成正比，與堆積密度成反比。 煅后石油焦的磨損率顯著降低。

石油焦分類

預鍛石油焦（生焦）

煅燒石油焦（熟焦也稱煅燒焦）

石油焦通常有以下四種分類方法：

(1)按焦化方式不同

可分為敞爐焦、釜式焦、延遲焦、流化焦四種。 前兩種焦炭很少生產。 目前我國國內大量生產延遲焦。

(2)按熱處理溫度區分

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）獲得，含有大量揮發分，機械強度較低。 煅燒焦是通過生焦煅燒而得到的。 我國大部分煉油廠只生產原焦，煅燒作業大多在炭素廠進行。

(3)按硫含量高低區分

可分為高硫焦炭、中硫焦炭和低硫焦炭三種類型。 我國延遲石油焦質量標準（-86）將原焦分為1號、2號和3號，每號又分為A焦和B焦兩種類型。 規定1號焦硫含量不大于0.5%（A焦）和0.8%（B焦），2號焦硫含量不大于1.0%（A焦）和1.5%（B焦） ）、3號焦不大于1.0%（A焦）、1.5%（B焦）。 不超過2.0%（A焦耳）和3.0%（B焦耳）。

(4)按石油焦外觀、形態和性能的區別

可分為海綿焦、蜂窩焦和針狀焦三種。

海綿焦外觀像海綿，雜質含量高，內部含有許多小孔隙。 間隙之間的焦炭壁很薄，因此不適合作為生產碳材料的原料。

蜂窩焦內部孔隙分布比較均勻，具有明顯的蜂窩結構，具有良好的物理機械性能。 該類石油焦可作為生產普通功率石墨電極、預焙陽極及電炭制品的原料。

針狀焦表面有明顯的條紋，焦塊內部的孔隙呈拉長的橢圓形排列。 粉碎后成為細長顆粒，可作為生產高功率和超高功率石墨電極的原料。

石油焦焦化工藝

國內外早期生產石油焦的焦化工藝為釜式焦化或平爐焦化。 目前，延遲焦化得到廣泛應用。 此外，一些煉油廠使用流化焦化和接觸焦化等焦化工藝。 石油焦的性能不僅與原料有關，而且與焦化過程的延遲濃縮密切相關。

焦化過程

在500℃左右時，立即進入數十米高的焦化塔。 渣油在焦化塔中依靠自身帶入的熱量進行焦化反應。 大量的蒸氣和液體產物從塔頂排出。 殘余物是石油焦。 焦化工藝流程如下：如圖2所示，焦炭量占塔內渣油量的10%-20%。

延遲焦化的特點是渣油以很高的流量通過加熱爐的爐管。 渣油被加熱至延遲焦化裝置。 一般一個加熱爐配備兩個焦化塔。 加熱到規定溫度的渣油進入兩個焦化塔。 在其中一個焦化塔中，當焦化塔內產生焦炭并堆積到一定高度時，熱渣油被切換到另一個焦化塔。 對于焦化塔外的汽液產品回收分餾系統來說，是連續生產的。 兩座焦化塔中，只有一座處于焦化生產狀態，另一座處于焦化或準備狀態。 渣油在焦化塔內的焦化時間約為24小時。 根據渣油性質和循環比的不同，每個塔的處理能力也不同。 延遲焦化運行工況見表39-4。 塔內產生的焦炭經水力除焦設備（壓力較高的高壓水）切割排出。 焦化塔的生產周期如圖3所示。

延遲焦化的原料主要包括減壓渣油（直餾渣油）、二次加工渣油（如熱裂化渣油、催化裂化渣油、輕油裂化渣油、石油瀝青），有時也直接使用原油。 石油焦的質量首先與原油或渣油的成分和特性有關。 各種原油的性質不同。 因此，蒸餾加工后得到的渣油的性質也不同。 即同一種原油經過不同的加工裝置后，殘渣會有所不同。 油的性質也有很大差異。 國內延遲焦化原料多為減壓渣油，密度小于1g/cm，焦化值較低。 由于減壓渣油膠體、瀝青質含量較高，芳烴含量較低，在焦化過程中大多形成蜂窩狀。 或海綿狀結構（也生成少量低品位針狀焦）。 因此，該類石油組石墨化后的電阻率和線膨脹系數較高。 一般延遲焦化工藝生產的延遲焦揮發份含量高達8%-15%，含有大量焦粉，焦炭機械強度較低。 我國六種延遲石油焦（煅燒焦）質量數據示例見表39-5。

圖2 焦化流程

圖3 焦化塔生產周期

接觸焦化和流態化焦化：接觸焦化屬于薄油層焦化。 接觸焦化的熱載體是焦炭顆粒。 焦炭顆粒的活性表面是生成新焦炭層的中心。 根據熱載體焦炭顆粒的大小，接觸焦化可分為兩類：

（1）粒徑較大的移動床接觸焦化（很少使用）；

(2)粉狀焦的流化床接觸焦化，簡稱流化焦化。

流態化焦化大大改善了焦化的加熱條件。 流化焦化的主要設備是流化床反應器。 反應器內充滿流化狀態的高溫焦粉（熱載體）、油、氣和水蒸氣。 將焦粉制成流化狀態。 渣油進入反應器后，高溫焦炭顆粒表面發生焦化反應。 因此，生成的焦炭附著在焦粉上。 反應產物（油和氣）通過旋風分離器與焦炭顆粒分離，然后進入反應器。 分餾塔在反應過程中不斷地將焦炭顆粒從反應器吸入焦化器，利用空氣燒掉部分焦炭顆粒，然后將其再循環回反應器，提供焦化反應所需的熱量。 過量的焦炭顆粒被從系統中去除。 中間放電。 流態化焦化的液體產品收率較高，但焦炭收率較低，且多為粉狀焦。 這種粉狀石油焦不適合制造石墨電極。

石油焦用途

根據其質量，石油焦可用于石墨生產、冶煉和化學工業。

低硫、優質熟焦，如針狀焦，主要用于制造超高功率石墨電極和某些特種碳制品； 在煉鋼工業中，針狀焦是開發電爐煉鋼新技術的重要材料。

中硫普通熟焦廣泛用于鋁冶煉。

高硫普通生焦用于化工生產，如制造電石、碳化硅等，也用作金屬鑄造的燃料。

我國生產的石油焦大部分為低硫焦，主要用于鋁冶煉和石墨生產。 還主要用于生產煉鋼、有色金屬、鋁冶煉用的石墨電極、陽極電弧等碳素制品； 生產碳化硅制品，如各種砂輪、砂紙、砂紙等； 生產商品電石供供應，可用于制造合成纖維、乙炔等產品； 也可用作燃料，但用作燃料時，需要分級沖擊磨進行超細粉碎。 焦粉必須經JZC-1250設備制成焦粉后才能燃燒。 焦炭粉用作燃料。 主要是玻璃廠、水煤漿廠等。

燃燒特性

石油焦的粒徑、升溫速率、揮發分釋放特性指標等對石油焦的著火溫度和燃盡都有不同的影響。 不同粒徑下石油??焦的著火溫度和燃盡溫度不同。 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毫米石油焦的著火溫度為450℃，燃盡溫度為650℃，即隨著粒徑的增大，著火溫度和燃盡溫度也隨之升高。

石油焦的燃燒特性介于煙煤和無煙煤之間，其著火點和燃盡溫度也介于煙煤和無煙煤之間。 揮發分的釋放有利于石油焦的燃燒。 揮發分特征指標大的石油焦，燃燒特征指標也大。

玻璃熔爐使用的改性石油焦粉，在燃燒前首先利用氣力輸送原理，利用專用設備將成品倉內的粉料與壓縮空氣混合，形成一定比例的流態化固氣相。 流體通過管道噴射，石油焦粉在霧化狀態下噴入爐內。 石油焦粉在高溫下與燃燒空氣混合后，揮發成分揮發燃燒，進而燃燒成粉狀顆粒。 石油焦粉燃燒火焰黑度系數高，火焰的輻射能力比重油強。 因此，石油焦粉的實際單耗小于按熱值計算的重油用量。 石油焦粉的火焰與重油燃燒的火焰略有不同。 主要表現為石油焦粉燃燒時火根溫度比火尖低15-30℃。 其他如火焰長度、擴散面、形狀等與重油燃燒時的火焰類似。

由于石油焦粉是粉狀固體燃料，在表面燃燒，點燃困難，著火溫度高，燃燒不穩定，不易燃盡。 常規燃燒會帶來大量不完全燃燒物質，導致未燃焦含量過高而影響玻璃液的透光率。 如果采用特殊燃燒、霧化技術等措施，改變石油焦粉的燃燒特性，可以提高其燃燒效果。

石油焦未來發展趨勢

1、石油焦受原料供應限制，產能利用率持續較低。

1.1石油焦產量穩定增長，未來供應可能存在下行風險。

石油焦是石油精煉的副產品。 隨著我國石油煉制工業的發展，產量穩步增長，從2009年的1188萬噸增至2021年的3030萬噸，年均增速8.1%。

未來石油焦供應情況不容樂觀。 一方面，汽車電動化興起，我國新能源汽車市場快速發展，石油消費逐漸被擠出，傳統石油企業資本支出下降，石油產量增速下滑或影響石油焦的供應。 另一方面，由于“雙碳”政策的實施，為降低碳排放強度，部分煉化企業新項目開發商推遲焦化裝置轉投加氫裝置，也影響了石油供應?？蓸贰?/p>

石油焦產能利用率較低，但正在逐步恢復。 石油焦是石油煉制的副產品，沒有產能的概念。 石油焦產量基本上取決于石油煉制產量。

由于石油焦焦化率低、循環油比例高，客觀上也導致石油焦產能利用率低。 截至2021年底，我國石油焦產能1.38億噸，產能利用率21.9%。 已連續四年反彈。 未來供需格局依然偏緊，產能利用率或將持續上升。

2、石油焦進口量較大，對外依存度達30%。

我國進口石油焦主要是高硫焦，主要用作燃料，用于生產預焙陽極。 中國出口的主要是中硫焦，主要被海外企業用來生產預焙陽極。

我國石油焦進口量較大，近年來逐漸增加。 2021年，我國石油焦進口量1274萬噸，同比增長24.0%。 石油焦對外依存度從2016年的14%上升至2021年的30%。

我國石油焦出口量總體保持下降趨勢，從2016年的240萬噸下降到近兩年的180萬噸左右。 這主要是由于海外電解鋁產量較低以及國內預焙陽極出口增加，擠壓了海外預焙陽極企業的市場。 預計2021年我國石油焦出口量為186萬噸，同比增長4.4%。

石油焦進口主要來自主要產油區，出口主要銷往電解鋁國家。 我國石油焦進口主要來自美國、沙特等主要產油國。 2021年，我國從美國進口石油焦占比46.9%，沙特占比15.7%。 我國石油焦主要出口至電解鋁產區，用于生產預焙陽極。 2021年，對印度、阿聯酋、澳大利亞的出口比例分別為26.8%、17.4%、11.6%。

2.1我國石油焦下游企業競爭力增強，石油焦表觀消費量穩步增長。

隨著技術進步，我國石油焦下游預焙陽極、石墨電極、陽極材料企業競爭力顯著增強。 內需和出口持續回升，產量持續增加。 石油焦需求旺盛，表觀消費量穩步增長。 2021年，我國石油焦表觀消費量4018萬噸，同比增長6.6%。

2.2 石油焦產能主要分布在沿海地區，市場集中度較高

石油焦產能主要分布在華東、華南等沿海地區。 石油焦產能區域和企業分布與石油煉制一致，主要集中在華東、華南和東北地區。 2021年，山東、遼寧、廣東、浙江的產量比重分別為37.9%、10.7%、8.9%、7.6%。 由于東部地區碳達峰時間較早，未來高耗能行業產能控制將更加嚴格。 煉油化工產能和石油焦產能可能部分西移。

中國石化石油焦產能較高，2021年占其產量的39%。中國石化石油焦產能較高，以大型煉廠為主。 十大石油焦產能項目中，中石化有8個項目，另外兩個是中海油和晉城石化。 2021年三桶石油焦產量占比56%，其中中石化占比高達39%，在行業內具有較大影響力。 由于石油焦是副產品，大部分銷售由分公司負責，中石化對石油焦市場的干預較少。

3、電解鋁產能上限明確，石油焦需求有限。

3.1電解鋁產能天花板明確，預焙陽極市場空間有限

預焙陽極和燃料是主要需求領域，石油焦整體需求有限。 我國石油焦主要用于生產預焙陽極和作為燃料。 2021年，兩者的需求量將分別占比58%和23%。 硅冶煉行業需求將占5%。 石墨電極和鋰電池負極材料將僅占2%和1%。 從需求總量來看，預焙陽極受到電解鋁產能上限的限制。 硅冶煉也是高耗能行業，未來生產空間較為有限。 未來需求空間較大的鋰電池負極材料和石墨電極，由于石油焦占下游需求比重較小，對整體需求影響相對有限。 石油焦整體需求空間有限。

未來四年，電爐煉鋼消耗石墨電極復合增長率預計將達到18.48%。

假設2025年電爐鋼比例達到20%，冶煉一噸電爐鋼消耗石墨電極2.4公斤。 預計2025年電爐煉鋼石墨電極用量較2021年增加近27.5萬噸。電爐煉鋼石墨電極需求量2021年期間復合增長率為18.48% 2025 年。

4、低硫焦炭缺口不斷擴大，資源競爭加劇。

4.1原油質量結構穩定，低硫焦炭供應增加難度較大。

4.1.1低硫焦產量逐漸下降，未來仍將維持低位

我國原油以低硫為主，產量相對穩定，進口依存度不斷增加。

石油焦的硫含量主要取決于原料。 The has on the of coke, the of oil is to the of . my 's oil is low- oil, and by- are to low- coke. such as the East and Oil have .

Due to the lack of oil in our , oil has been , at the of 200 tons. oil have to grow, and my 's on oil has from 48.4% in 2008 to 72.1% in 2021.

oil is high-, and the for low- coke is . my 's oil come from the East and . my 's oil , only and the Arab have in oil, and Iraq both have .

to the of , low- oil for 18% in 2021, and high- oil for 49%, and the of oil is also high-. oil will in the , The for low- oil is , and may be as oil . my 's of low- coke on oil . Due to oil , the for low- coke is .

low- coke is .

oil has a low and is for the of low- coke. , due to the of and , low- coke has been year by year, oil has a high , and coke are and high . coke is a by-. It is for and to the and the in to low- coke. As the main of low- coke, my 's is the of the "dual " . It is to the of low- coke.

4.2 The rise of and the for low- coke

4.2.1 The for low- coke is -, and are .

the for low- coke, for 29%, and the out on in will be . and high-end are for low- coke, for a high . The for low- coke for is .

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4.2.2 and high-end, and have

The of will in the and will be by . -high , high and . Low- coke is used to . In 2020, the of for 15%. In the , with the of , high and low cost As the of -high- arc , the for -high- , and the of . , as the of to grow, and are in , the for low- coke from will .

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Due to high and high , the of and low- coke is , the raw cost is , and the of to rise. In 2021, my 's will be 1.91 tons, a year-on-year of 20.1% , an of 70.2% with 2019, a for two .

4.2.3 are , and up for the of low- coke.

and are key for . The is made by , , , and raw and . It , , , and . The four are into more than a . The the same, but for each and of , the will have .

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The raw of coke (oil- coke, coal- coke) and low- coke. , high-- use coke as raw , and - use ones. coke is used as raw . The of raw end has a on the of the , the , life, rate and of the .

Low- coke has and is for mid- to low-end with long and low .

The is . Low- coke has and more ash and , in a poor and is not easy to . , coke has less and a more of , so coke It is for with fast and high . Low- coke is for with long and low . If low- coke is made into high- , it to in a high- . The are more and the cost . mix low- coke and coke for . The the end, the the of coke. - coke has , and , and . It is more to "" and the . It is more to and , so it is more to from - coke. .

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The of the of low- coke and coke. with high and high rate have a high of coke, and mid- and low-end with many have a high of low- coke.

2020, the new has , and the for has also . In 2021, my 's of will be 720,000 tons, a year-on-year of 97.3%. The new and are , and the for is .

The for low-end is , and the coke and low- coke has .

2021, of A00- low-end such as mini have been . Low- coke has been in and have . , coke have more . On the one hand, has and for . 不強。 On the hand, the rate of high-end is than that of low-end .

The of coke and low coke have from 5,500 yuan/ton and 2,550 yuan/ton in 2021 to 7,400 yuan/ton and 7,400 yuan/ton in July 2022, with of 100% and 191% . In the , it is that the new will both high-end and low-end , and the for low- coke and coke will .

The has , up the for low- coke.

The of new such as and wind has . Due to the and of and wind , the for peak on the side has , the of has the for in 2021. In 2018, my 's was 19.9GWh, a of 86.1% year-on-year.

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: , , Tu , etc., by the team of PBC