摘要：碳达峰碳中和目标是党中央作出的重大战略决策，也是我国经济社会实现高质量可持续发展的内在要求和必由之路，在未来几十年时间内必将深刻地影响和改变我国经济发展方式和产业结构。针状焦产业是涉及石油炼制、钢铁、交通等重点减排领域的战略新兴产业。本文分析了在“双碳”背景下我国针状焦产业发展前景，对电炉炼钢、锂离子电池等重要下游产业针状焦需求量作出预测，提出了该行业健康可持续发展的几点思考和建议。
关键词：针状焦；碳中和碳达峰；前景预测；发展建议
引言
针状焦是一种具有纯度高、密度高、易石墨化、高导电等一系列优点的碳材料。按照原料来源的不同分为油系针状焦和煤系针状焦，油系针状焦是采用催化裂化油浆、渣油等石油炼制产物作为原料，煤系针状焦是采用煤焦油沥青、煤焦油等煤焦油加工产物作为原料。针状焦广泛应用于制造超高功率/高功率石墨电极、锂离子电池负极材料、特种石墨等产品，这些产品涉及电炉炼钢、锂离子电池等节能环保和新能源产业，与“双碳”目标密切契合，符合未来我国钢铁工业的发展趋势。
一、针状焦产业对实现碳中和碳达峰目标的作用和意义
针状焦主要用于电炉炼钢石墨电极和锂离子电池负极的生产。
石墨电极是目前针状焦最大的下游产品。钢铁工业是全国最大的碳排放制造业行业，占全国碳排放量的15%。电炉炼钢的能耗和排放是传统转炉炼钢的50%。为完成碳达峰碳中和目标，钢铁行业的节能减排首当其冲，提高电炉炼钢在钢铁行业的比重势在必行。据世界钢铁协会统计，2021年世界粗钢年产量19.505亿吨。电炉钢有4亿多吨，占比约25%。2020年，我国电炉钢比例为9.1%，远低于美国、欧盟、日本等发达国家，与世界平均水平40%（除中国外）有较大差距，发展空间很大。
锂电池主要作为电动车动力电池和储能电池，已得到广泛应用。相比燃油汽车，电动汽车能量转换效率更高，而且在使用阶段没有二氧化碳排放。全球电动汽车产业发展迅猛，据统计，2021年全球电动汽车累计销量近 650 万辆，比上一年增长108%。
钢铁和交通是“十四五”发展目标中明确提出的低碳转型领域。针状焦下游应用电炉炼钢和锂离子电池，促进了钢铁和交通两大重点行业的节能减排。因此，大力发展针状焦产业对实现碳中和碳达峰目标具有显著作用和重要意义，同时也是石油炼化和煤焦油加工行业为“双碳”目标作出贡献，实现自身转型升级的重要契机。
二、我国针状焦行业现状与市场预测
（一）发展历史和现状
自上世纪70年代开始，我国开始开展油系针状焦和煤系针状焦研究工作，取得了有益的经验和显著的进步，特别是近些年随着山东益大、山东京阳等油系针状焦装置和山西宏特、山西金州化工等煤系针状焦装置的顺利投产，我国针状焦产量和产能逐步扩大，产品质量显著提升，在国内已经基本取代了大部分进口产品。2020年，全国针状焦消费量74万吨，其中进口23.3万吨，出口1万吨。进口针状焦主要为石墨电极接头焦等高端产品，国内高端针状焦供给仍有缺口，产业发展前景广阔。
（二）市场预测
电炉炼钢区别于传统高炉炼钢，是以废钢为主要原料，利用石墨电极导入的高电流产生的高温电弧熔化炼钢。石墨电极是电炉炼钢的核心部件。电炉炼钢石墨电极的吨消耗与电炉类型有着直接关系，目前主流国产电弧炉吨钢大约消耗3kg石墨电极，进口电弧炉吨钢电极消耗大约2kg石墨电极。石墨电极分为高功率石墨电极和超高功率石墨电极，每吨高功率石墨电极需要0.8吨针状焦，每吨超高功率石墨电极需要1.05吨针状焦。2020年，中国石墨电极市场针状焦消费量约40万吨。2022年1月，工业和信息化部、国家发展和改革委员会、生态环境部联合发布《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》，其中提出到2025年全国电炉钢比例提高到15%。按此估算，预计2025年中国高功率石墨电极需求将达到60万吨。
随着我国锂离子电池行业的快速发展，锂离子电池在针状焦消费结构中占比不断提高，未来五年内有望超越石墨电极成为最大的针状焦消费市场。以电动汽车为代表的动力电池是当前锂离子电池快速增长的最大引擎。目前不同品牌和车型电动汽车的动力电池容量有所不同，一般在40千瓦时-90千瓦时之间。由于各厂家工艺不同，每吨人造石墨负极需要针状焦也有差距，大概在1吨-1.05吨之间。1千瓦时锂电池大约需要1.3kg-1.4kg负极，因此每辆电动汽车动力电池需要52kg-126kg负极材料，相应需要的针状焦应该在52kg-132kg。据统计，2021年全球电动汽车累计销量达到近 650 万辆，比上一年增长108%。因此可以得出2021年电动汽车动力电池消耗的针状焦为33万吨-85万吨。2020年，中国锂电池出货量158吉瓦时，锂离子电池负极产量46万吨，针状焦用量34万吨。预计2025年中国锂电池出货量将超过450吉瓦时，针状焦用量超过80万吨。
三、当前针状焦产业发展存在的问题
（一）对针状焦产业是否属于高耗能行业定位不清，政策支持力度不足
今年2月，国家发展和改革委员会、工业和信息化部、生态环境部等五部门联合发布了《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南（2022年版）》，其中《炼油行业节能降碳改造升级实施指南》提出“到 2025 年，炼油领域能效标杆水平以上产能比例达到 30%，能效基准水平以下产能加快退出”。我国针状焦项目大多属于石油炼化和煤焦油加工的后续延伸，政府管理部门在认定高耗能行业时，往往将针状焦项目也划入其中，因此实际管理过程中旨在节能降碳的限产措施和淘汰落后措施，会对针状焦行业的发展造成阻碍。
（二）盲目上马和低水平重复现象表现突出
我国针状焦行业已经形成了一定产业规模，但仍然处于行业发展初期，不可避免地存在盲目无序发展、低水平重复、低价竞争等现象和倾向。特别是很多炼油企业和煤焦化企业为新建项目顺利获批，都将针状焦项目纳入规划，但都采用传统的落后工艺，造成新建落后产能快速上升。因此，虽然名义上我国针状焦产能足以满足国内需求，但由于技术落后，高端针状焦产品仍需进口。如果这些针状焦企业不提升技术水平和产品质量，未来很可能走上低水平盲目扩张-低价竞争-全行业亏损-发展停滞倒退的老路。
（三）行业上下游壁垒严重，全产业链整合欠缺
2006年以来，中国一直是仅次于美国的第二大炼油国，2020年中国原油加工能力达8.91亿吨。我国是最大的煤焦油生产国，2019年煤焦油产量约2510万吨。这些产能都为我国针状焦的生产原料提供了保证。我国还是全球最大的钢铁生产国和锂离子电池生产国，也就成为了最大的针状焦消费市场。
针状焦是一种高端碳材料，对原料要求较为苛刻，许多原料不能生产出针状焦。锂离子电池生产工艺和各个型号对负极材料有定制化要求，同时负极材料对使用的针状焦也都具有差别要求。针状焦下游用户往往向指定针状焦生产厂定向采购，同时也要有较长时间的试用期。因此，从针状焦原料到石墨电极、锂离子电池负极材料，整个产业链下游产品对上游产品都存在严格标准和定制化要求，各厂家之间存在技术保密和进入门槛等行业间壁垒。
（四）企业创新能力不足
我国针状焦产业存在明显的结构化问题，虽然我国针状焦产能和产量能满足下游需求量，而且产能和产量在不断扩大，但实际上石墨电极接头和电动汽车高容量动力电池负极材料所用的高端针状焦仍然依赖进口。同时，在中低端产品市场存在产能过剩和低价竞争的现象，有些企业过去从事煤炭、焦化、炼油、钢铁等行业，依然以传统行业的惯性思维从事针状焦行业，忽视科技创新，不具备研发能力和可持续发展动力。
（五）仍然存在行业能耗和污染问题
针状焦生产实际是重质石油炼化的延伸。锦州石化、上海宝钢等全国最早的两套针状焦装置，都是在原先用于炼制重质石油的延迟焦化装置基础上进行的改造。因此，这些针状焦装置在生产过程中，仍然存在污染排放和能耗偏高的问题。特别突出的是，由于针状焦生产延迟焦化工序属于半连续生产，出焦时还是需要现场人工操作，直接敞开焦炭塔上下盖，导致整个生产过程自动化程度低，工作环境恶劣，大量二氧化碳和挥发性有机物VOCs无组织排放到大气；初级产品生焦在露天焦池中进行除水、晾干、破碎、转运，焦粉和污水问题依然突出。这些节能环保问题，对针状焦产业的绿色可持续发展带来了不利影响，应当引起足够重视。
四、我国针状焦行业发展的对策建议
“双碳”背景下，针状焦行业发展实际有两个命题，一是自身如何转型升级，更加绿色低碳；二是如何支撑其他行业实现绿色低碳。
针状焦行业作为符合“双碳”目标的新兴产业，理应实现可持续的高质量发展，不能走低水平盲目发展的老路。在“双碳”目标背景下，如何实现绿色低碳可持续的高质量发展，应当成为行业内着重思考的方向性问题。结合我国针状焦行业发展现状，本文尝试提出以下几点思考。
（一）制定政策鼓励支持有条件的石化企业由石油加工向油品-针状焦联产转型
我国针状焦装置很多属于炼油企业的下游产业，在制定炼油行业节能降碳行动计划时，应当认识到针状焦产业对下游钢铁和电池产业的重要作用，充分考虑针状焦生产和应用对全社会节能降碳的实际贡献，因此对有针状焦产能或规划新建针状焦项目的炼油企业能耗和排放指标应适当放宽，鼓励有条件的炼油企业新建、改扩建针状焦项目，产业结构由单纯的石油加工向油品-针状焦联产转型，不仅能够降低炼油企业的能耗排放，而且为下游行业节能降碳供给了重要的原材料。
（二）碳达峰碳中和目标下实现由燃油到材料的转型升级
2021年3月，十三届全国人大四次会议通过的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中，明确提出“十四五”发展目标：“单位国内生产总值能源消耗和二氧化碳排放分别降低13.5%、18%”“完善能源消费总量和强度双控制度，重点控制化石能源消费”。
工业和交通是“十四五”发展目标中明确提出的低碳转型领域。为实现碳达峰碳中和目标，重点就是化石能源的节能减排。传统石油炼化和煤焦油加工的目标是提高油品质量和收率，但这已经不符合“双碳”目标下的国家能源战略。只有减少燃油产率，提高非燃料材料在产业结构中的比例，才能真正实现石油炼化和煤焦油加工企业的节能减排。
（三）形成由原料-针状焦-下游产品的全产业整合
针状焦的生产原料和消费市场都集中在中国，而且整个产业链下游产品对上游产品都存在严格标准和定制化要求，产业链上每个产品的生产效率都有待提升，因此应该对产业链进行整合，形成石油炼制/煤焦油加工-针状焦-石墨电极/锂离子电池负极的全产业生产企业，消除上下游之间的行业壁垒，进一步提升整体效率和效益。
（四）重视科技创新，优化产业结构，强化企业创新主体地位
党的十八届三中全会《决定》明确指出：“建立产学研协同创新机制，强化企业在技术创新中的主体地位，发挥大型企业创新骨干作用，激发中小企业创新活力，推进应用型技术研发机构市场化、企业化改革，建设国家创新体系。”应该通过奖励补贴、税收优惠、人才引进、校企合作等政策，扶持有创新能力的针状焦企业更好地发展，鼓励针状焦企业开展高端产品和新产品的研发，逐步培养企业的科技创新意识和能力，建立企业自己的创新团队和科研平台，真正发挥企业的创新主体地位。
（五） 努力实现生产过程的绿色低碳环保
2019年6月，生态环境部印发了《重点行业挥发性有机物综合治理方案》，其中提到“有效实施催化剂再生废气、氧化尾气VOCs治理，加强酸性水罐、延迟焦化、合成橡胶、合成树脂、合成纤维等工艺过程尾气VOCs治理”“推进重点区域延迟焦化装置实施密闭除焦（含冷焦水和切焦水密闭）改造”为避免诸如“先排放后减排”“大排放小减排”等非议，针状焦行业应该对生产过程中的污染排放和能耗问题予以重视，特别是针对过去开放式出焦、粉尘排放、加热炉燃气CO燃烧不充分、间歇操作用电量突增等问题，应当着手开展密闭式除焦、全流程排放远程检测、粉末负压收集与多级除尘、加热炉燃气CO含量在线分析、间歇操作错峰用电等技术改造升级。
五、结语
（一）未来几年，为实现 “双碳”目标，中国将在钢铁、交通等重点领域制定严格的减排计划，大力发展电炉炼钢、电动汽车等绿色环保的技术和产业，这将极大促进国内针状焦产业的发展，同时也实现了石油炼化、煤焦油加工等相关产业的节能减排和产业升级。预测到2025年，中国电炉炼钢石墨电极和锂离子电池负极对针状焦需求量将分别超过60万吨和80万吨。
（二）要实现中国针状焦产业的健康发展，必须制定更为积极的政策支持炼油企业新建扩建高端针状焦产能，重视科技创新，突出确立企业的创新主体地位，整合原料产品上下游产业链，消除上下游之间的行业壁垒，形成石油炼制/煤焦油加工-针状焦-石墨电极/锂离子电池负极的全产业生产企业。
（三）中国针状焦技术已实现自主化，并将逐步实现进口产品替代和全球市场供应。在产业发展的过程中，应该重视生产过程中的污染排放和能耗问题，尽快着手开展密闭式除焦、全流程排放检测、粉末收集、错峰用电等技术改造升级。
（本文作者：王磊，黄涛，赵亮富）