焦油深加工是指将煤焦油通过化学及物理加工,分离成化工、能源等产品的过程。焦油深加工过程是现代煤化工的重要组成部分,也是煤综合循环利用的有效途径之一。
煤焦油深加工过程得到的化学品是合成塑料、合成纤维、农药、染料、医药、涂料、助剂及精细化工产品的基础原料。其中许多产品无法从石油化工中得到,煤焦油深加工可促进这些行业的发展,提高资源利用率,有利于环境保护,发展循环经济。煤焦油延伸深加工得到改质沥青、针状焦、沥青基碳纤维、等静压石墨等,再进一步能够加工成电池负极材料、石墨电极、碳纤维材料等,能够满足传统产业转型升级和以新能源、军工等为代表的战略新兴产业对材料的需求。
焦油深加工的原材料煤焦油是干馏煤制焦炭和煤气时的副产物。煤焦油产量约占炼焦装炉煤的 3%-4%,与焦炭产量正相关。与国内焦炭产量变化同步,根据百川盈孚统计,2014 年国内煤焦油产量达到新高,实现产量 1,897.53 万吨,之后进入平台期,煤焦油产量小幅下滑,2018 年降到 1,724.29 万吨,之后随着焦炭产量回升,煤焦油小幅攀升,2022 年煤焦油产量达到 1,881.74 万吨。
煤焦油深加工的初级产品包括煤沥青、蒽油、工业萘、洗油四大类产品,根据《焦油深加工发展潜能》披露的数据,国内煤焦油深加工产品中煤沥青占比 50%-60%,蒽油占比 17%-20%,工业萘占比 10%-13%,洗油占比 9%,其他酚油占比 1%-2.5%。各产品占比与炼焦煤配比、荒煤气温度相关。基于煤焦油原材料供给,煤焦油深加工产品产量与焦炭产量趋势一致。
根据隆众化工统计,2016 年-2021 年煤焦油加工量较为平稳,呈小幅波动;2021 年四大产品产量1,032.79 万吨,同比下降 1.26%;其中煤沥青产量 598.51 万吨,同比增长 1.90%;蒽油产量 261.94 万吨,同比下降 8.93%;工业萘产量 115.14 万吨,同比增长 1.56%;洗油产量 57.20 万吨,同比下降 0.63%。2022 年四大产品产量 944.94 万吨,同比下降 8.51%;其中煤沥青产量534.31万吨,同比下降10.73%;蒽油产量256.41万吨,同比下降10.34%;工业萘产量 102.96 万吨,同比下降 10.58%;洗油产量 51.26 万吨,同比下降 10.38%。
2010 年以来国内煤焦油深加工产能整体呈现稳步增长态势,根据隆众化工统计,2021 年中国煤焦油四大类产品深加工产能 2,525.40 万吨。其中煤沥青产能 1,427.40 万吨,蒽油产能 686.25 万吨,工业萘产能 274.50 万吨,洗油产能 137.25 万吨。进入 2022年,国内煤焦油深加工产能出现小幅回落,根据隆众化工统计,2022 年中国煤焦油四大类产品深加工产能 2,426.04 万吨。
其中煤沥青产能 1,371.24 万吨,蒽油产能 659.25万吨,工业萘产能 263.70 万吨,洗油产能 131.85 万吨。煤焦油深加工作为煤化工的初级产品工序,其工艺技术较成熟。大型独立炼焦企业的化产单元、钢铁联合企业下属的煤化工企业拥有稳定的煤焦油资源供给保障,其开工受到的原材料不足的影响较小。部分中小炼焦企业由于资源不足,叠加焦炉限产等因素,其煤焦油深加工生产持续性难以保证,开工率往往较低。行业内拥有稳定煤焦油资源保障的深加工企业具备相对的竞争优势。
(1)炭黑
炭黑是橡胶补强填充剂,主要用于橡胶工业中的轮胎制造,是仅次于生胶的第二原材料。除了橡胶工业外,炭黑也作为着色剂、紫外光屏蔽剂或导电剂,广泛用于塑料、油墨、涂料和干电池等制品中。
A、市场规模
根据隆众化工统计,2016-2018 年,我国炭黑产量呈现持续增长势头,2018 年,全国炭黑产量为 571.00 万吨,创阶段新高。2019 年受下游汽车产销下滑的影响,炭黑产量减少至 440.00 万吨。2020 年炭黑产量回升至 479.00 万吨。随着 2021 年国内经济复苏,全国制造业生产保持着上行的势头,轮胎和汽车行业行情上行提升了炭黑需求,2022年国内炭黑产量为 491.05 万吨。近十年国内炭黑产能稳步增长,产量受需求端变化有阶段性波动。
根据中国产业研究报告网《2018-2024 年中国炭黑行业市场调研与投资方向研究报告》,炭黑的主要用途中用量最大的是橡胶用炭黑。橡胶用炭黑约占炭黑总量的 89%,橡胶用炭黑中又以轮胎用炭黑用量最大,约占橡胶用炭黑的 67%。非橡胶用炭黑约占11%。因此,炭黑生产的下游主要为轮胎行业,其应用比重约占炭黑总量的 60%。
根据百川盈孚统计,2015 年以来国内炭黑消费需求随着汽车产量和保有量的增长稳步上升,2015-2021 年,表观消费量由 435.06 万吨增加到 528.22 万吨,复合增速 3.29%;进入2022 年,国内炭黑消费需求出现回落,表观消费量为 420.41 万吨,同比减少 20.41%。
2019 年受炭黑原料油价格高位运行、行业利润水平下降,同时汽车前期减税政策退出,轮胎行业需求下滑,叠加轮胎贸易摩擦的影响,轮胎行业对炭黑需求大幅下滑,导致当年出现负增长。2020 年、2021 年及 2022 年汽车销售逐步走出低谷,根据中国汽车工业协会数据,2022 年中国汽车产销分别为 2,702.10 万辆和 2,686.40 万辆,同比增长 3.4%和 2.1%,汽车产销结束了自 2018 年以来的下降趋势;
同时海外轮胎产能持续向国内转移,炭黑需求重归增长,2021 年国内炭黑表观消费量达到 528.22 万吨,创历史新高,2022 年国内炭黑表观消费量出现回落,但仍处在高位,达 420.41 万吨。国内汽车保有量的持续增长和全球轮胎产业向中国转移的双重拉动下,国内轮胎行业保持了持续增长,从而带动了国内炭黑行业的发展。
B、市场供求状况及变动原因
炭黑生产的主要原材料为煤焦油、蒽油、乙烯焦油等原料油。其中,煤焦油和蒽油为炼焦生成的副产品;乙烯焦油为石油精炼生成乙烯的副产品。因此,炭黑行业的上游为煤化工行业和石油化工行业。根据中国橡胶工业协会炭黑分会的统计,炭黑原料油中煤焦油、蒽油、乙烯焦油的比例分别为 49.20%、34.20%、16.60%。
煤焦油和蒽油占原料油的比例超过 80.00%,是最主要的原料油。因此,炭黑行业受煤化工行业的影响较大。上游行业对炭黑行业的影响主要表现为煤焦油及蒽油的供给和价格对炭黑供给的影响。煤焦油的价格在很大程度上决定了炭黑的生产成本,对炭黑生产的影响最为明显。自 2010 年发布橡胶行业《“十二五”发展规划指导纲要》、2017 年发布《炭黑行业准入技术规范》以来,国家从产能、能耗、环保等方面推动炭黑行业竞争结构优化。
随着国家供给侧改革和环保趋严因素的持续性影响,环保超低排放仍将是炭黑行业未来几年的主要政策基调,行业开工率随着落后产能淘汰将会逐步上升,同时伴随着优质产能的投入,炭黑产量预计会稳定释放且逐渐集中于大型炭黑企业,炭黑市场集中度将进一步提升。目前,国内炭黑行业在产品结构、技术与管理、质量与成本、设备与规模、节能与环保等方面与发达国家炭黑行业仍存在一定差距,中低端、低毛利产品产能过剩的产品结构,在某种程度上影响炭黑行业发展。
随着下游轮胎企业对炭黑质量要求的提高和市场竞争的加剧,规模小、能耗高、质量差的企业将逐渐被淘汰,而技术先进、节能环保、有循环经济模式的企业将发展良好。
(2)改质沥青
A、市场规模
改质沥青主要用于生产铝电解槽的预焙阳极块、制造高功率电极的粘结剂,也可作为负极材料粘结剂或包覆材料。早在 20 世纪四、五十年代,工业发达国家已经开始对改质沥青作为阳极粘结剂进行研究。20 世纪 80 年代,我国因引进国外电解铝产能,开始生产改质沥青满足电解铝项目需求。我国对改质沥青的研制及其在炭-石墨制品领域的应用相当重视,在 20 世纪70 年代中期就尝试用改质煤沥青替代中温沥青试制石墨电极、阳极糊等,并取得了较好的效果。目前国内煤沥青改质处理的工业化方法主要为高温热聚法和真空闪蒸法(减压蒸馏法)。
生产改质沥青的工艺重点是调整煤沥青的软化点、甲苯不溶物、喹啉不溶物和β树脂含量等指标。煤沥青是由煤干馏得到的煤焦油,再经蒸馏加工制成的沥青,其中以改质沥青为主。作为煤焦油深加工的第一大产品,煤沥青产量与焦炭产量趋势一致。根据隆众化工统计,2015 年以后国内煤沥青产量进入平台期,2015 年-2022 年国内煤沥青产量在 534.31 万吨-604.37 万吨之间小幅波动,2022 年煤沥青产量为 534.31 万吨。
B、市场供求状况及变动原因
根据百川盈孚数据,改质沥青的主要消费下游为预焙阳极 61%、炭黑用原料油 8%、石墨电极 5%、煤系针状焦 1%、其他 13%、出口 12%。电解铝是预焙阳极的主要应用领域。电解法生产原铝的原理是将氧化铝溶解在熔融冰晶石中,用碳素体作为阳极、铝液作为阴极进行电解;电解过程中阳极碳被氧化消耗,阴极铝离子被还原成金属铝。目前在电解铝行业内,电解槽的阳极普遍使用改质沥青作为粘结剂。对改质沥青消费需求直接拉动最大的因素是电解铝产量。2015 年以来,中国电解铝产量呈现持续增长态势。
根据国家统计局数据显示,2021 年中国电解铝产量3,850.30 万吨,改质沥青消费在 270 万吨左右;2022 年中国电解铝产量达到 4,021.40万吨,同比增长 4.44%。随着国内新能源车等行业的高速发展,对铝等轻量化材料需求增加,电解铝产业将维持着稳定的增长趋势,预焙阳极需求增加,直接拉动改质沥青需求。改质沥青需求在未来仍将维持稳定增长的趋势。
改质沥青的供给与焦炭及煤焦油产量趋势一致。在碳达峰和钢铁去产能的大背景下,国内焦炭供给进入平台期,改质沥青供给将整体趋稳。企业生产开工主要取决于原材料供给,在下游需求稳定增长的趋势下,拥有资源保障优势的企业竞争力增强。
(3)针状焦
针状焦是煤沥青延伸加工产品,是优质炭素材料,具有低热膨胀系数、低空隙度、低硫、低灰分、低金属含量、高导电率及易石墨化等一系列优点,是制作高功率及超高功率石墨电极、锂电负极材料、特种碳素制品的原材料。
根据原料来源的不同,针状焦分为油系针状焦和煤系针状焦两大类,两类针状焦的生产工艺各有特点,性能上也有一定的差异。油系针状焦技术由美国在上世纪 60 年代开发成功,1995 年,我国锦州石化公司 2万吨/年油系针状焦生产装置投产,开启我国针状焦技术工业化的序幕。日本在上世纪70 年代开发成功煤系针状焦技术,1998 年鞍山沿海化工产能 2 万吨/年的煤系针状焦工业装置的建成,是我国煤系针状焦技术工业化的开端。
煤系针状焦生产工艺要点是:首先对煤沥青原料进行预处理,去除原料中不利于中间相小球体成长、融并的一次喹啉不溶物和高活性组分,得到精制沥青;精制沥青在460-510℃的温度及一定的时间、压力条件下进行成相反应生成针状焦生焦;生焦经1,450±50℃的高温煅烧得到针状焦。
A、市场规模
2017-2022 年以来国内针状焦供需呈现高速增长态势。
根据百川盈孚统计,2021 年针状焦产量为 108.39 万吨,同比增长 98.41%,其中煤系为 28.24 万吨,油系为 80.15万吨;2022 年针状焦产量为 120.30 万吨,同比增长 10.99%,其中煤系为 34.80 万吨,油系为 85.50 万吨。2017 年-2022 年国内针状焦总产量复合增速达到 51.41%。2021 年针状焦表观消费量 130.94 万吨,同比增长 93.15%;2022 年针状焦表观消费量 142.06万吨,同比增长 8.49%。受益于动力电池、电化学储能需求强劲增长,2017 年-2022 年针状焦表观消费复合增速达到 44.24%。
针状焦主要应用于锂电负极材料和高功率、超高功率石墨电极的制造。其中石墨电极主要用作电炉炼钢和转炉炼钢 LF 精炼工艺上。受益于废钢资源的释放,2016 年以来国内电炉钢产量呈现高速增长。根据鑫椤咨询统计,2021 年国内电炉钢产量约 1.18 亿吨,2022 年国内电炉钢产量约 9,816 万吨,2016 年-2022 年复合增速达到 11.56%。2022年中国粗钢产量约 10.18 亿吨,电炉钢占比约 9.64%。随着钢铁行业高质量和双碳发展的推进,对超高功率石墨电极的需求将持续增加,有效拉动上游针状焦消费进一步上升。
负极材料主要用在动力电池、电化学储能、消费电子领域;根据百川盈孚统计,其中动力电池消费占比近 60%,2010 年以后随着政策驱动和相关配套设施的完善,国内新能源车进入了高速发展阶段。
根据中国汽车动力电池产业创新联盟统计,2021 年国内新能源车销量约 300 万辆,2022 年国内新能源车销量约 688 万辆,同比增长 93.40%。新能源车的快速普及也拉动动力电池消费快速增长,2022 年,我国动力电池累计产量为 545.90GWh,同比增长 148.50%;销量为 465.50GWh,同比增长 150.30%;装车量为294.65GWh,同比增长 90.71%。
受益于全球各领域锂离子电池需求大幅增长,尤其是新能源车销量的高增长,据高工产研锂电研究所(GGII)调研数据显示;2022 年中国锂电负极市场出货量 137 万吨,同比增长 90.28%,2017-2022 年复合增长率达 56.06%;随着国内新能源汽车渗透率的增长,动力电池装车量及上游针状焦市场空间将进一步上升。
B、市场供求状况及变动原因
受益于负极材料和石墨电极增长对针状焦需求拉动,针状焦行业迎来了高景气度;国内企业纷纷进行扩建及新建针状焦装置,根据百川盈孚统计,2021 年中国针状焦产能约为 229 万吨,其中油系针状焦产能 130 万吨,煤系针状焦 99 万吨;2022 年中国针状焦产能约为 272 万吨,其中油系针状焦产能 152 万吨,煤系针状焦 120 万吨。
生产总量能够满足国内高功率、超高功率石墨电极以及锂离子电池负极材料的需求。但是,目前国产针状焦在质量上与国外企业相比仍然有一定差距,尤其是超高功率石墨电极接头焦以进口为主。2020 年、2021 年及 2022 年国内进口针状焦分别是 13.20 万吨、22.60万吨和 21.80 万吨,占表观消费量比重分别是 19.42%、17.22%和 15.32%。
随着国内部分企业在原料制备、成焦工艺控制、出焦方法和生焦煅烧方式等方面的技术工艺的突破,国产针状焦正逐步替代进口。受成本、环保、资源供给等因素影响,国内针状焦历年供给存在一定波动。上游煤焦油和石油渣油等受能源价格影响,会推动针状焦成本端上涨,进一步影响针状焦企业开工率。