針狀焦產業鏈分析及市場開拓措施

2022-03-07 18:19:41   來源:瀝青新世界   評論:0 點擊:   字體大?。?a href="javascript:SetFont(16)">大

黃友生

中國石化煉油銷售有限公司

石油煉制與化工針狀焦產業鏈分析及市場開拓措施


摘要:分析了我國針狀焦的生產與消費情況,展望其在石墨電極和負極材料行業的應用前景,研究了油系針狀焦發展所面臨的挑戰,包括原料資源供應不足、品質不高,應用評價周期長和產能過剩等,提出加大產品細分研究、應用性能關聯研究等措施,向高端市場開拓。

 

根據生產原料的來源不同,可將針狀焦分為油系針狀焦和煤系針狀焦。油系針狀焦主要以催化裂化油漿為原料,經過原料精制、加氫脫硫、延遲焦化和煅燒等生產流程制得,其工藝相對復雜,具有較高的技術含量。針狀焦具有高碳、低硫、低氮、低灰等特性,石墨化后的電化學性能和機械性能突出,是一種各向異性的易石墨化高端碳材料。

 

針狀焦主要用于超高功率石墨電極和鋰離子電池負極材料,隨著“碳達峰”“碳中和”戰略目標的提出,國家持續推動鋼鐵和汽車行業產業結構調整和轉型升級,大力推進節能低碳和綠色環保技術的應用,促進了電弧爐煉鋼和新能源汽車的快速發展,對原料針狀焦的需求也高速增長。未來針狀焦下游行業仍將高度景氣,本課題分析針狀焦在石墨電極和負極材料的應用現狀和前景,提出針狀焦行業健康發展面臨的挑戰和應對措施。

 

1、狀焦的產量及流向分析

 

1.1針狀焦生產情況

 

針狀焦生產主要集中在中國、美國、英國、韓國和日本等少數國家,2011年,全球針狀焦生產能力約1200kt/a,其中中國針狀焦生產能力250kt/a,中國針狀焦生產企業僅4家。到2021年,根據鑫欏資訊統計,全球針狀焦生產能力增長至約3250kt/a,中國針狀焦生產能力約2240kt/a,占全球產能的68.9%,中國針狀焦生產企業增加至21家。

 

表1是全球排名前十的針狀焦生產企業產能情況,合計產能2130kt/a,占全球生產能力的65.5%。從全球針狀焦企業生產能力來看,油系針狀焦生產企業普遍具有較大規模,單廠的平均產能為100~200kt/a,煤系針狀焦單廠產能僅為50kt/a左右。


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未來幾年全球針狀焦產能仍將持續增加,但主要來自中國,中國規劃和在建的針狀焦產能約有430kt/a,產能過剩情況進一步加劇。中國以外其他國家針狀焦產能基本保持穩定,僅有俄羅斯OMSK煉油廠計劃在2021年建設一座38kt/a針狀焦裝置。

 

1是近5年中國針狀焦產量情況。由圖1可以看出,中國針狀焦生產實現爆發式增長,5年復合年均增長率達到45%。2020年我國針狀焦總產量達到517kt,其中煤系針狀焦產量為176kt,油系針狀焦產量為341kt。


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圖1  2016—2020年中國針狀焦產量情況


1.2針狀焦進口情況

 

圖2是近5年我國針狀焦進口情況。由圖2可以看出,在新冠疫情之前,我國針狀焦進口量實現較大幅度增長,到2019年進口量達到了270kt,創歷史新高。2020年由于進口針狀焦價格高,競爭力下降,港口庫存量較大,并疊加受歐美疫情持續爆發影響,導致2020年我國針狀焦進口量僅132kt,同比下降51%。據統計,2020年進口針狀焦中,油系針狀焦27.5kt,同比減少82.93%;煤系針狀焦104.1kt,同比增加18.26%,主要原因是日韓海上運輸受疫情影響較小,其次日韓部分產品價格低于我國同類產品,下游訂單量較多。


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圖2  2016—2020年中國針狀焦進口情況


1.3針狀焦應用流向

 

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極材料的生產原料,最重要的終端應用領域是電弧爐煉鋼和新能源汽車用動力電池。


3是近5年我國針狀焦的應用流向,石墨電極是最大的應用領域,需求增長速度進入相對平緩階段,負極材料持續快速增長。2020年我國針狀焦總消費量(含庫存消費)為740kt,其中負極材料消費針狀焦340kt,石墨電極消費針狀焦400kt,負極材料消費量占比達到45%。


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2針狀焦在石墨電極行業應用與前景分析

 

2.1電弧爐煉鋼發展情況

 

鋼鐵行業是我國碳排放的大戶,鋼鐵的生產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,并可實現廢鋼資源的循環利用,減少對鐵礦石的進口依賴。鋼鐵行業提出2025年率先實現“碳達峰”和“碳中和”的目標,在國家鋼鐵產業政策的引導下,將會有大批鋼鐵廠用電弧爐替換轉爐和高爐煉鋼。

 

2020年中國的粗鋼產量為1054.4Mt,其中電弧爐鋼產量約96Mt,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,進步空間較大。根據2020年12月31日工信部《關于推動鋼鐵工業高質量發展的指導意見》征求意見稿提出:力爭2025年,電弧爐鋼產量占粗鋼總產量的比例提升至15%~20%。電弧爐鋼產量的提升對超高功率石墨電極的需求將會有顯著增加。國內電弧爐發展趨勢是高端化和大型化,對大規格超高功率石墨電極提出更大需求。

 

2.2石墨電極生產現狀

 

石墨電極是電弧爐煉鋼的必需消耗品,圖4是近5年我國石墨電極產能和產量情況,石墨電極產能由2016年的1050kt/a增長到2020年的2200kt/a,復合年均增長率為15.94%。這5年是石墨電極產能的快速增長期,也是石墨電極行業觸底反彈快速發展的運行周期。2017年之前,石墨電極行業作為傳統高能耗、高污染制造行業,國內大型石墨電極企業減產,中小石墨電極企業面臨倒閉,甚至國際電極巨頭也不得不停產、轉賣、退出。2017年受國家行政強制淘汰“地條鋼”政策影響和帶動,中國的石墨電極價格大幅上漲,在超額利潤的刺激下,石墨電極市場迎來了一波產能復產、擴張潮。


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2019年我國石墨電極產量創近年新高,達到1189kt,受疫情影響需求減弱,2020年石墨電極產量降為1020kt。但整體來看,我國石墨電極行業產能過剩嚴重,利用率由2017年的70%降至2020年的46%,創產能利用率新低。

 

2.3石墨電極行業對針狀焦需求分析

 

電爐鋼的發展將會拉動超高功率石墨電極需求,預計2025年石墨電極需求約為1300kt,對原料針狀焦的需求為450kt左右。由于在大規格超高功率石墨電極和接頭生產上,油系針狀焦優于煤系針狀焦,石墨電極對油系針狀焦的需求占比還將進一步提升,擠占煤系針狀焦的市場空間。

 

3針狀焦在負極材料行業應用與前景分析


3.1新能源汽車的發展

 

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

 

而我國在過去幾年通過實際行動支持了新能源車的發展,已成為全球最大新能源汽車生產、銷售國家。2020年10月20日,國務院辦公廳印發《新能源汽車產業發展規劃(2021—2035年)》,提出“到2025年,中國新能源汽車新車銷量占比達到約20%;到2035年,純電動汽車成為新銷售車輛的主流,公共領域用車全面電動化”。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到11.6%,發展速度超過市場預期。


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2020年我國鋰離子電池出貨量達到158.5GW.h,其中新能源汽車用動力電池出貨量為84.5GW.h。儲能鋰離子電池目前占比不高,但增長很快,行業內普遍認為未來將復制動力電池增長勢頭,極具發展前景。

 

3.2負極材料的發展現狀

 

圖5可反映近10年我國負極材料發展情況。由圖5可知,我國負極材料產量逐年上升,自2015年起,隨著國內動力電池市場的崛起,負極材料產量也進入高速增長通道。2020年國內負極材料產量達到463.3kt,較2011年增長25倍。


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


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3.3負極材料發展對針狀焦的需求分析

 

2020年全球電動汽車滲透率僅為5%,預計2030年將達到30%,電動汽車將迎來爆發性增長,隨之而來動力電池需求將在2025年達到1TW·h,2030年有望沖擊10TW·h。根據對負極材料行業專家和專業機構的調研,預計到2025年我國負極材料總產量將達到1700kt,其中針狀焦需求超過800kt。

 

4油系針狀焦發展面臨的問題與對策


4.1催化裂化油漿的供應問題

 

據統計,我國已建或在建油系針狀焦產能超過1.5Mt/a,理論上需消耗生產原料約6Mt/a。催化裂化油漿是生產油系針狀焦的最主要原料,全國總產量約10Mt/a,去除低硫船用燃料油等已有用途消耗,符合針狀焦生產需求的理想原料資源量并不富裕,而油系針狀焦生產負荷的穩定、產品品質的穩定都在很大程度上依賴于原料的穩定,因此,催化裂化油漿的供應是油系針狀焦發展的瓶頸。

 

中國石化和中國石油等企業集團應充分發揮集團化運作優勢,統籌催化裂化油漿優質資源,優先保證油系針狀焦的生產原料,同時,繼續深化脫硫技術和脫固技術研究,增產適用針狀焦的優質油漿。其他獨立的油系針狀焦生產企業需要進一步優化催化裂化油漿資源的獲取能力,通過與上游煉油廠戰略合作或拓寬進口渠道等方式穩定供應渠道,同時,繼續研究成焦機理和工藝技術,擴大針狀焦生產裝置對不同原料的適應能力。

 

4.2國產與進口針狀焦品質差距的問題

 

進口優質針狀焦,在電極應用領域具有熱膨脹系數低、顆粒度和批次穩定性好等優勢,在負極材料應用領域具有比容量大、石墨化度高等優勢,而且開發了適用不同應用場景的系列化負極焦,進口針狀焦占據了高端應用領域。隨著國內針狀焦產能的快速增長,國產針狀焦整體品質已經得到了較大提升,但仍集中在中低端應用領域。

 

油系針狀焦生產企業要加大對生產原料、工藝技術的研究,開發滿足大規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等關鍵指標,更要盯緊作為未來需求主要增長極的負極材料行業,圍繞動力電池、儲能電池和消費電子類電池等應用領域對負極材料的個性化需求,開發不同比容量及兼顧高倍率性能的系列化產品。

 

4.3針狀焦使用效果評價的問題

 

石墨電極和負極材料等行業使用針狀焦,要求遵循其嚴格的導入流程以檢驗材料的應用效果,從原料進廠到產品下線耗時3~6個月,產品下線后,還要經過下游電弧爐鋼廠、鋰離子電池廠的試用、驗證。導入流程工序多、周期長,是制約產品開發、提質改進的關鍵因素。

 

油系針狀焦生產企業要發揮技術路線先進性的優勢,加強與研究機構、終端用戶開展聯合研究,建立快速測評方法,加強應用機理分析,構建針狀焦生產原料、工藝技術、產品結構紋理與石墨電極性能、電化學性能之間的關聯,盡量縮短產品性能表征時間,提高生產調整的有效性。同時,還應建立技術服務保障隊伍,及時響應產品推廣應用中客戶提出的問題、意見和建議,降低新產品應用風險,并為產品細分和定制化開發確定技術目標。

 

4.4針狀焦產能過剩的問題

 

據統計,針狀焦整體產能利用率不足40%。雖然負極材料需求的快速增長增加了對針狀焦的需求量,但在短期內仍不能改變產能過剩的局面,尤其是中低端產品的競爭更為激烈,甚至有個別煤系針狀焦裝置投產即閑置,但高端針狀焦產品供應仍不足,還需大量進口。因此,產能過剩的問題主要集中在中低端產品。

 

破解產能過剩問題,一方面應限制低水平重復建設,避免同質化競爭;另一方面則依靠技術進步,盡快脫離中低端水平,特別是油系針狀焦企業更要加快優質產品的開發和高端市場的開拓,替代進口產品,并參與國際市場競爭,擴大國內外市場。

 

5結束語

 

(1)針狀焦具有廣闊市場前景,針狀焦的發展有助于滿足石墨電極和負極材料行業對優質原料的迫切需求,助推產業鏈下游行業“碳達峰”“碳中和”目標實現。在電弧爐煉鋼和新能源汽車的拉動下,作為產業鏈上游的針狀焦需求將呈快速增長態勢,預計到2025年我國針狀焦總需求量將突破1.25Mt。

 

(2)油系針狀焦企業要堅持高端市場定位,雖然目前我國針狀焦總產能已嚴重過剩,但國產針狀焦質量與進口針狀焦相比仍存在差距,部分產品仍然依賴進口。針狀焦企業要積極推進“大兵團作戰”,上下游一體聯合,優選最優質的原料保障針狀焦的生產,加快科技攻關,不斷推動工藝優化、技術提升,提高產品質量,努力實現進口替代。

 

(3)負極材料和石墨電極行業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異的電化學性能。目前,需更加重視針狀焦在負極材料行業的應用研究,加快建立完善針狀焦的常規指標與負極材料的電化學性能等關鍵指標之間的關聯,需要上下游企業聯合研究,破解技術難題,獲得競爭優勢。



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