1炼焦产业概述

　　焦炭(coke)是炼焦煤料经高温干馏得到的可燃固体产物，是质地坚硬、多孔、有裂纹、呈银灰色的块状炭质材料。在炼焦生产中，以粘结性煤为主的装炉煤，在室式炼焦炉中干馏至900～1050℃，煤料经过热解、缩聚、固化和收缩等结焦过程而成为焦炭(通常称为高温焦炭)。焦炭按用途可分为冶金焦、气化焦和电石用焦等。冶金焦是高炉用焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统称。冶金焦占中国目前焦炭用量的90%。而挥发分较高的烟煤和褐煤在干馏终点温度为700～500℃下的固体产物称为半焦(semicoke)，在一些地区又俗称为兰炭或干馏炭。由于半焦生产使用的原料煤性质、干馏设备和干馏工艺(内热式和外热式)以及干馏时间和温度等因素不同，半焦质量差异很大。半焦的外观呈黑色至暗黑色、无光泽、质软、脆，具有开放气孔，其强度比高温焦炭小、视密度和真密度也较高温焦炭低。半焦挥发分含量因干馏终点温度不同而异，一般为10%～20%。半焦以其优良低灰、低硫、高活性等品质在电石、铁合金、造气等产业中被广泛使用。

　　焦化行业是重要的煤资源加工利用的能源转换产业。进入21世纪，在钢铁等产业发展的强力拉动下，炼化行业发展有了质的飞跃，已基本形成了以“常规机焦炉生产高炉炼铁用冶金焦;以热回收焦炉生产机械铸造用铸造焦;以立式炉、回转炉、转底炉等中低温干馏炉加工低变质煤生产电石、铁合金、化肥与化工等用焦炭，构建了世界上最为完整、对煤资源开发利用最为广泛、煤炭的价值潜力挖掘最为充分，独具中国特色的焦化工业体系。”副产的炼焦煤气是优质的燃料和化工原料;煤焦油及焦化苯等是炼焦生产的独特化学品，为化学工业的发展提供了丰富的稀缺资源。巨大的需求拉动和科技进步的支撑，中国炼焦行业实现了由焦炭生产大国向炼焦技术强国的转变。焦炭产量占世界2/3以上、焦炭出口在世界焦炭贸易中占有重要地位。中国炼焦行业已成为世界最具影响力的产业之一。

　　2焦炭的种类与用途

　　焦炭按照煤料干馏的最终温度不同，可分为高温干馏焦炭及中低温干馏的半焦(俗称兰炭)。按其用途又分为冶金焦(包括高炉焦、铸造焦和铁合金焦)、气化焦、电石用焦及民用焦(未解决散烧煤烟尘污染而开发的低排放焦炭)。

　　2.1冶金焦

　　2.1.1高炉焦

　　高炉焦是专门用于高炉炼铁的焦炭。焦炭在高炉中的作用主要有以下几个方面：

　　(1)作燃料。提供矿石熔化、还原所需的热量。由于高炉采用喷煤及富氧等节焦措施不同，高炉每t生铁需要约300～500kg/t焦炭。占高炉炼铁供热量的70%～100%。高炉是巨大的竖炉结构，焦炭在炉腰风口燃烧，提供高炉所需的全部热量，要求焦炭具有良好的冷热强度、耐磨和块度。为获取更大热量，要求焦炭灰分尽可能低。

　　(2)作还原剂。提供铁矿石还原所需要的还原性气体CO。高炉中的矿石还原是通过直接和间接还原完成的。间接还原是上升炉气中的CO还原矿石。使氧化铁逐步从高价铁还原成低价铁，一直到金属铁，同时产生CO2。间接还原的温度在400℃即开始进行。

　　直接还原是指矿石中的铁氧化物直接与焦炭(C)发生反应，高价铁还原成金属铁。这一过程是在高炉的温度850℃以上区域进行的。研究认为，直接还原也是焦炭(C)燃烧生成CO2，CO2又立即与焦炭(C)反应生成CO，再对铁的氧化物进行还原，生产金属铁。从学术的角度认为，是焦炭(C)直接参与还原。

　　无论是间接还原还是直接还原，都可以看作是以CO为还原剂。为了不断地使焦炭转换CO2CO，需要焦炭具有一定的反应活性。

　　(3)高炉的骨架作用。焦炭坚硬的品质，且在整个炉料的运行下降过程始终保持块状，只在高炉的风口附近才被燃烧殆尽。支撑高炉炉气的顺畅上升。由此可见，焦炭在高炉中起到了炉料的骨架作用。因焦炭的堆密度高炉炉料中最小，具有很大的空隙度，焦炭体积约占炉料总体积的35%～50%左右，在炉体中起到疏松作用，使得高炉中气体流动均匀顺畅，成为高炉生产顺行的必要条件。因此高炉焦要有一定的块(粒度)和强度等指标。

　　⑷铁中碳元素提供者。生铁中的碳全部由焦炭提供，高炉生铁中碳含量约为4%。

　　由于焦炭质量対高炉操作有很重要的影响，高炉大型化及节能高效等综合因素对焦炭质量要求越来越高。世界上许多国家和企业对高炉焦的质量制定了标准。

　　2.1.2铸造焦

　　铸造焦是专门融化铁炉熔铁的焦炭，是化铁炉融化铸造铁的主要燃料。其作用是熔化炉料并使铁水过热达到铸造要求，支撑料柱保持其良好的透气性。因此铸造焦应具有块度大、反应性低、气孔率小、具有足够的抗冲击破碎强度，还应具有低灰、低硫、影响铸件质量的有害杂质少等特点。中国和世界上一些国家都制订了铸造焦的质量标准。中国铸造焦标准为GB872988。

　　2.1.3铁合金焦

　　铁合金焦是适用于矿热炉冶炼铁合金的焦炭。铁合金焦在矿热炉中作为固态还原剂参与还原反应。反应主要在炉子中下部的高温区进行。而焦炭中的灰分成分对不同种类的铁合金质量影响应多加注意。铁合金焦炭的质量要求是，固定碳含量高、灰分低、灰分中的AI2O3和P2O5等含量要少，焦炭反应性好，焦炭电阻率，特别是高温电阻率要大，挥发分要低、有适当的强度和粒度、水分少而稳定。中国铁合金焦炭的标准是YB/T03492《铁合金专用焦炭质量标准》。

　　2.2气化焦

　　气化焦是专门用于生产煤气的焦炭。主要运用于固态排渣的气化炉。气化的煤气用途各有不同，如化工合成气或加热燃料气等。因为焦炭气化所获取的主要有效成分CO和H2等的反应过程均为吸热反应，其所需热量由焦炭的氧化、燃烧提供，因此气化焦也是气化过程的热源。气化焦要求灰分低、灰熔点高、块度适当和均匀。还应注意焦炭气化反应性。目前还没有统一的气化焦标准。

　　2.3电石用焦

　　电石用焦是在生产电石的电弧炉中作导电体和发热体的焦炭。焦炭在电弧热和电阻热的高温(1800～2200℃)作用下，和石灰石发生复杂的反应，生成熔融状态的炭化钙(电石)。因此电石焦炭应具有灰分低、反应性高、电阻大和粒度适中等特性。还应尽量除去粉末和降低水分。一般对电石焦的成分(质量分数)要求有：固定碳84%、灰分14%、挥发分2.0%、硫1.5%、磷0.04%，水分1.0%。粒度根据生产电石的电弧炉容量确定。

　　2.4民用焦

　　用于减少散烧煤造成大气污染新近开发的一种适于家庭生活与取暖、中小型锅炉燃烧的焦炭。山西太原市为解决散煤对大气的污染，制订了《民用洁净焦炭质量指标》。详细内容见表1。

　　2.5型焦

　　型焦是预先制成一定形状，经过干馏炭化处理而制成的焦炭，具有均匀良好的几何形态。按照使用原料可分为褐煤(低阶煤)型焦和无烟煤(粉焦半焦)型焦;按照制备工艺可分为冷压型焦和热压型焦;按照用途又可分为高炉型焦和铸造型焦。值得注意的是，型焦可作为民用无烟燃料，在一些工业发达国家得到很好应用。近来陕西榆林地区为京津冀地区开发的半焦清洁炭就属于此类。由于型焦的种类差异很大，用途不同，还没形成统一标准。

　　2.6.半焦

　　半焦俗称兰炭或干馏炭。目前中国主要的半焦产品以低灰低硫的长焰煤、不黏煤等低阶煤生产，主要用途有以下几种。

　　2.6.1电石、铁合金用焦

　　我国的半焦具有固定炭高、比电阻高、化学活性高、含灰分低、铝低、硫低、磷低的特性。可代替冶金焦、无烟块煤和木炭，而广泛运用于电石、金属硅、铁合金、硅铁、铬铁、硅锰、碳化硅等产品的生产中。

　　2.6.2民用及工业燃料

　　半焦块度适中(或压制成炭块)、容易点燃、燃烧时无烟，已在欧洲广泛作为民用燃料使用。近年来，陕北榆林地区与有关单位做了大量研究与调查，为解决京津冀地区的民用散煤污染问题，开发了适用于民用的半焦型煤，获得满意效果。粉状和挥发分20%的半焦适合作锅炉燃料。

　　2.6.3气化原料

　　半焦的高活性适于生产化工合成气，取代无烟煤等作为合成氨企业的造气原料。

　　2.6.4做高温焦炭的配煤添加剂(瘦化剂)

　　适当配入半焦提高高温焦炭的块度、降低焦炭中的硫灰等有害成分。半焦还是良好的高炉喷吹料、烧结燃料与冶金白灰生产的燃料。在钢铁生产中得到认可及很好的应用。

　　2.6.5其它

　　可做生产磷、铜时的还原剂;挥发分在8%～20%的半焦，经过粉碎、煅烧后可作为电极原料，还可做电极生产的焙烧料;低灰半焦经过活性处理后，可用于活性炭、活性焦的生产等。

　　3焦炭生产与状况

　　3.1世界

　　进入21世纪以来，世界钢铁生产的增长促进了世界焦炭总体的需求的增加.主要表现在中国与印度等金砖国家经济发展和基础设施建设的拉动。在经历了2008年9月世界性金融危机的冲击后，世界钢铁等下游产品产量大幅波动，焦炭产量有所降低，但从总体上看，焦炭产量仍呈现平稳增长的态势。2010年-2015年世界主要国家与地区焦炭产量列于表2。

　　在世界焦炭生产中，中国焦炭产量不但占据产量近70%的比率，也是世界焦炭增产主要贡献者,2015年与2010年焦炭产量相比较，世界焦炭增产5857万t。中国增产6372万t;而同期印度增产445万t、巴西增产97万t、韩国增产466万t、德国增产65万t;俄罗斯基本维持2800万t的水平;乌克兰减产幅度最大，焦炭产量642万t、日本减产450万t。

　　3.2中国

　　在中国钢铁等下游产业发展的拉动下，也由于从2008年起半焦(俗称兰炭)作为重要的煤炭中低温干馏技术纳入到国家规范管理，形成了独具中国特色的煤炭分质利用的产业结构。焦炭产量出现稳步增产的态势，尤其是陕西、宁夏及新疆等低阶煤储量丰富地区，发展较快。炼焦生产是对资源要求较高能源转换产业，煤料费用占加工成本的比率达到70%以上，加上物流成本的持续升高，所占全流程费用比重的加大，区域生产和销售范围的缩小，促使炼焦生产向中西部富煤地区和钢铁生产发达省区转移。20012015年中国焦炭产量超过1000万t省市区情况变化见表3。

　　由表3可见，全国28个生产焦炭的省(市、区)中，2015年焦炭产量超过1000万t省市区有11个，超过2000万t的省(市、区)达到8个，分别为山西、河北、山东、陕西、内蒙古、河南、江苏、辽宁等富煤或钢铁生产发达地区;除山西省焦炭产量持续占有独特的地位外，陕西、内蒙古、新疆和宁夏等地富煤地区焦炭产量增长尤为迅速。而焦炭产量曾经达到1094万t的黑龙江省，由于市场极度萎缩，炼焦煤资源也不占优势，而退出焦炭年产量千万吨级序列。

　　4焦炭市场与需求

　　目前世界上消费焦炭的主要产业是钢铁长流程生产。高炉炼铁消费的焦炭在发达的工业化国家约占90%～95%(含铁合金用焦)，还有一部分铸造焦用于机械制造的铸造工序。而中国，除钢铁生产之外，化学工业、电石、氯碱、机械加工和有色金属生产也消费大量焦炭。在世界统计有焦炭生产41个国家和地区中，由于世界优质炼焦煤资源的布局差异和相对短缺，钢铁生产结构、经济发展水平尤其是基础设施(对建设用钢材的需求)建设等因素的对焦炭贸易影响很大。尤其是近年来中国、印度、巴西、南非等国家地区经济发展和基础设施的建设，保持较为稳定的贸易交易量。

　　4.1世界焦炭贸易量

　　世界焦炭贸易量随着钢铁生产与结构变化、世界经济发展等因素的多重作用，同时也受优质主焦煤的供应等影响，基本稳定在2500~3000万t，尤其是工业化程度很高的欧洲、北美、大洋洲及日韩等国家地区，贸易量相对稳定。从IEA及OECD对焦炭贸易量的统计可见这一趋势。

　　由表4可见，在国际能源署之间或世界经合组织之间，近年来焦炭的贸易量基本在1500~2000万t左右。而这些组织以外的世界其他国家焦炭年进口量在百吨上下，如印度、巴西、南非、俄罗斯、乌克兰、是科斯塔、海湾国家及中国台湾地区等钢铁生产国家和地区，以中国大陆、哥伦比亚、埃及、及独联体等国家和地区焦炭出口为主，其中中国大陆为世界上最重要的焦炭出口大国，从近年的出口情况看，呈稳定上升趋势。表5为近年中国焦炭出口目的地。

　　中国是世界上最重要的焦炭出口国家，日本、印度、巴西等国家是中国主要的出口目的地。中国焦炭出口量再加上OECD的贸易量，可见世界的焦炭贸易量大约在2500～3000万t，而中国和波兰占据主导地位。

　　4.2中国焦炭的需求与贸易

　　中国焦炭消费目前还是以钢铁消耗焦炭为主，大约占全部消耗的85%以上。

　　中国焦炭2015年消费统计分类：钢铁行业消费37394万t，占85.4%;化工行业消费3937万t，占9.0%;机械行业消费874万t，占2.0%;有色行业消费657万t，占1.5%;其他行业消费及损耗932万t，占2.1%。

　　中国焦炭的流向是由山西、陕西、内蒙古、河南等西中部和西南云南、贵州、四川等省区向河北、江苏、山东、湖南等钢铁产业发达及炼焦煤资源缺少的社区转移。其中，山西每年出省的焦炭数量在5500～6500万t。

　　4.32015年中国炼焦行业经济形势

　　2015年受钢铁、煤炭两大产业的双重压力及国际石油价格下滑的影响，炼焦行业主产品焦炭价格一路下降，行业经营遇到前所未有的困难，全行业处于市场乏力、开工不足和企业亏损增加。国家统计局数据显示，2015年110月，炼焦行业亏损企业336家，亏损额198.06亿元，全行业全年亏损可达120亿元以上。2011年以来炼焦行业经营状况见表6。

　　资金是保证亏损企业维持简单再生产重要条件，有的企业资金链断裂被迫停炉，如唐山地区炼焦大企业佳华就是因资金链问题于2015年10月停炉。当前炼焦行业确保企业运行的基本资金，建立新的产需平衡，适应钢铁煤炭产业结构调整是炼焦行业运行的工作重心。

　　5焦炭市场预测

　　5.1世界焦炭产量预测

　　中国是世界最重要的钢铁、焦炭生产大国。对世界具有绝对的影响作用。见表7。

　　中国粗钢产量占世界50%、生铁产量占世界60%，而焦炭产量近70%。中国的钢铁焦炭的生产变化将决定世界钢铁焦炭生产的走向。从中长期看，随着全球经济逐步摆脱危机影响，复苏范围不断扩大，将逐步拉动钢材消费需求增长，特别是东南亚、南亚和非洲等国家和地区在工业化、城镇化作用带动下，会出现一定幅度增长，对冲中国钢材消费下降带来的影响。预计2020年和2030年钢材需求分别为15.22亿t和15.36亿t。焦炭贸易量也将保持在2500万t的水平上。印度、越南(台塑和静钢铁项目)以及一些国家地区的焦炉建设，将会使焦炭年产量维持在目前6.5亿t的水平上。

　　从分地区来看，随着中国钢材消费量的大幅下降，尽管以印度为代表的亚洲其他新兴国家钢材消费量增长，但整个地区的消费量仍呈下降趋势，2020年亚洲钢材消费量为9.4亿t，比2015年下降4000万t，世界焦炭需求也将维持在2015年的6.5亿t水平。

　　5.2中国焦炭生产与市场预测

　　2016年中国按照对钢铁煤炭产业结构调整的政策、压缩产能的进程表，钢铁产能将压缩1.5亿t/a，2016年焦炭产量预计在4.2亿t，出口量维持在1000万t左右的水平。2016年16月的运行情况看，粗钢产量39956万t、与上年同期比减产1.05%，生铁产量34533万t、与上年同期比减产2.5%，焦炭产量21577万t、与上年同期比减产4.38%。焦炭出口475万t，与上年持平。全年焦炭产量将维持在4.2亿t。

　　对2020年的预测，根据该中国钢铁规划院对钢材需求的预测：采用下游行业分析预测法和GDP消费强度法两种方法。对20202030年中国钢材需求进行预测，到2020年中国钢材实际需求量5.95亿t，2025年5.52亿t，2030年4.92亿t。焦炭需求量在4.0～3.6亿t，预计在2025年前后由于中国粗钢的生产累积量由2015年的94亿t，达到150亿t，废钢集聚量的增加对粗钢生产结构产生质的变化，钢铁产业对焦炭的需求发生结构性变化。

　　在中国还要密切关注十三五期间的煤分质利用及民用清洁燃料对半焦、焦炭的新需求变化，特别是随着用大量清洁民用焦炭、半焦型煤等在北方地区尤其是京津冀的民用煤散烧煤的政策扶持与发展，这将有近上亿t的市场，焦炭产量(包括半焦等中低温干馏产品)还将增长。

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