​本系列致力于提供黑色产业研究中的干货，读懂品种，了解产业。本文将系统介绍黑色产业上游重要的原材料之一——煤焦，力争以平实的语言将煤焦研究中所关心的重要知识一一说明。

采掘生产

1、品类分布

煤是一种可燃的黑色或棕黑色沉积岩，含碳量一般为46～97%，具有暗淡至金属光泽。通常在被称为煤床或煤层的岩石地层中或矿脉中形成。根据煤化程度的不同，煤可分为泥炭、褐煤、烟煤（冶焦的主要原料）和无烟煤四类。煤矿是人类在富含煤炭的矿区开采煤炭资源的区域，一般分为井工煤矿和露天煤矿。当煤层离地表远时，一般选择向地下开掘巷道采掘煤炭，称为井工煤矿。当煤层距地表的距离很近时，一般选择直接剥离地表土层挖掘煤炭，称为露天煤矿。我国绝大部分煤矿属于井工煤矿。煤矿范围包括地上地下以及相关设施的很大区域。煤矿是人类在开掘富含有煤炭的地质层时所挖掘的合理空间，通常包括

泥炭，又称草炭、泥炭土、黑土、泥煤，是煤化程度最低的煤，也是腐殖煤系列最原始的状态。经一定条件下，可以转化为褐煤、烟煤和无烟煤。其主要用途是作为有机肥料和育苗及花卉培植的土基，另外还可用于工业，作为燃料发电、化工（从中提取原料）、酿酒、医药、制陶以及建筑材料等。

褐煤，又名柴煤，是煤化程度最低的矿产煤。一种介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色、无光泽的低级煤。化学反应性强，在空气中容易风化，不易储存和运输，燃烧时对空气污染严重。由于优质煤几乎被采空，褐煤已成为我国主要使用的煤，但需经过洗煤处理和提炼，否则大量使用劣势褐煤会导致我国雾霾问题日益严重。

烟煤，是煤进一步变质的产物，煤化程度中等。黑色，染手，致密而脆，条痕呈黑色，燃烧时冒浓烟，故称为烟煤。是重要的锅炉燃料和炼焦原料，也可用来干馏石油和制造煤气。

无烟煤，俗称白煤或红煤。是煤化程度最大的煤。无烟煤固定碳含量高，挥发分产率低，密度大，硬度大，燃点高，燃烧时不冒烟。黑色坚硬，有金属光泽。无烟煤块煤主要应用是化肥（氮肥、合成氨）、陶瓷、制造锻造等行业；无烟粉煤主要应用在冶金行业用于高炉喷吹（高炉喷吹煤主要包括无烟煤、贫煤、瘦煤和气煤）。

为了更好的理解煤的分类，接下去的部分会有些枯燥，我们尽量以平实的语言，把需要关注的重点进行说明。煤中元素主要为碳、氢、氧、氮、硫，其中各元素的含量多少，将会影响煤的用途与价值。

注：daf指干燥无灰基，下文将会详细说明

在煤的工业分析中，设定了多个测定指标对不同品种煤进行评判，其中比较重要的有四个，分别是水分、灰分、挥发分和固定碳的含量。

煤中水分按其存在的形态可分为三种：1、外在水分；2、内在水分；3、结晶水。

1：指在一定条件下煤样与周围空气湿度达到平衡时所含有的水分。

2：指在一定条件下煤样达到空气干燥状态时所保持的水分。

1+2=称为全水分。

3：与矿物结合的水分，一般200℃以上才能除去。

煤的灰分是指煤样在规定条件下完全燃烧后所得的残渣。该残渣的质量占测定煤样质量的百分数成为灰分率，简称灰分。灰分含量越高，煤的总发热量就越低。

同样反应条件下，灰分含量每增加1%，氧耗增加0.7%~0.8%，煤耗增加1.3%~1.5%。

煤灰的情况(单位：% 质量分数)

工业分析测定的挥发分，不是煤中原来固有的挥发性物质，而是煤样在高温条件（900℃）下隔绝空气加热，煤中的有机物质受热分解出一部分分子量较小的气态物质，该挥发物占煤样质量的百分数叫煤的挥发分。挥发分主要由热解水、氢、碳的氧化物和碳氢化合物组成，但煤中物理吸附水和矿物质CO2不属于挥发分之列。

测定挥发分时，以固体形式残留下来的有机质占煤样质量的百分数叫固定碳。

注：符号右下角的ad指的是空气干燥基，下文将会具体说明

简而言之，一块煤根据工艺流程处理，可以大致看作四部分组成，第一是水分，它包含了物理附着的水，也包含了经过化学反应“附着”的结晶水；第二是灰分，它是煤经过完全燃烧后的“灰”；第三是控制外来物质的进入，单纯隔绝空气加热，将能气化的物质气化逸出，逸出的部分就是挥发分；第四是隔绝空气加热，气体逸出后，剩下的固体，就是固定碳的部分，它是冶金焦炭的主要成分（后文讲到焦化工艺时将会更加清晰）。

讲清楚上述四个重要指标后，还有另一个重要的知识点需要说明。就是指标的测定以什么为基础，比如剔不剔除水分、灰分等等。根据不同的场景需要与要求，将煤质分析的基准分为五类，具体如下表所示。

在煤质分析基准中，干燥无灰基较为重要，因为交易所设置焦煤、焦炭交割品的品质标准时，是以干燥无灰基为基准。

当然除了上述四个重要指标外，还有很多影响煤品质的因素。比如发热量、熔融性、黏结性、结焦性等等。由此，根据众多指标可以对煤进行细致的划分，但是为了突出重点，在此就不再赘述。下表仅给出焦化工艺中涉及较多的烟煤分类。

注：数码个位数越大，表示黏结性越好；十位数代表挥发分；G：黏结指数；Y：胶质层最大厚度；B：奥亚膨胀度

鉴于烟煤良好的结焦性、发热量以及黏结性等特点，成为了冶炼焦炭的主要原材料。由于炼焦煤的储量相对较少，仅占我国煤炭储量的10%，其中优质焦煤的储量更加稀少。因此，采取焦煤、气煤、气肥煤等混合配料的方式生产炼焦煤，不仅能够改善其炼焦性质，也能够充分利用我国煤炭资源，还能有效降低生产成本。

根据2018年最新数据，世界已探明煤炭储量为1.05万亿吨，其中储量主要集中于美国、俄罗斯、澳大利亚、中国以及印度等国。储量前五的国家占据世界煤炭储量的75.7%。中国已探明储量为1388亿吨，占比13%。中国煤炭资源从总量上看，储量丰富，但人均占有量较低。

中国煤炭资源的地理分布极不平衡。中国煤炭资源北多南少，西多东少，煤炭资源的分布与消费区分布极不协调。山西、内蒙古两省煤炭基础储量占据中国的57%，而主要的消费地区华东、中南以及东北地区煤炭资源相对匮乏，这样的先天条件决定了中国煤炭北煤南运、西煤东运的格局。因此，在分析煤化工产业生产成本与利润时，

2、生产工艺与成本

煤焦化又称煤炭高温干馏。以炼焦煤为原料，在隔绝空气的条件下，加热到950℃左右，经高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油并回收其他化工产品的一种煤转化工艺。详细的煤热解过程如下图所示。

第一阶段（室温~300℃）

炼焦初级阶段，在该阶段一般没有什么变化，主要从煤中析出蓄存的气体和非化学结合水。脱水主要发生在120℃前，而脱气（CH4,CO2和N2）大致在200℃前后完成。

第二阶段（300~600℃）

该阶段解聚和分解反应为主，煤黏结成半焦。煤在300℃开始软化，强烈分解，析出煤气和焦油，在450℃前后焦油量最大，在450~600℃气体析出量最多。煤气成分除热解水、一氧化碳和二氧化碳外，主要是气态烃，故热值高。

第三阶段（600~1000℃）

半焦变成焦炭的阶段，以缩聚反应为主。焦油量极少，温度升高，促进了半焦脱气体挥发分，700℃后煤气成分主要是氢气。焦炭挥发分小于2%，芳香晶核增大，排列规则化，结构致密，坚硬并有银灰色金属光泽。

由上述煤热解过程可以看到，在生产焦炭的过程中，同时产生具有较高附加值的焦油与煤气等。它们都是下游化工产业中重要的原材料。因此，在分析焦炭品种的供需格局以及价格走势时，单纯考虑焦煤焦炭的转化过程，将会忽略较为重要的影响因素。

在实际研究过程中，我们希望能够准确的估测出焦煤焦炭的生产成本，从而将企业盈亏作为分析研判的重要工具。但是，炼焦过程中配煤工艺的存在使得我们对焦化企业的生产成本估测变得困难重重。因为每家企业根据其焦炉设备与经营策略的不同，带来配煤原料配比的不同，从而导致我们很难准确估算原材料成本。

为了简化问题，我们假设焦化企业使用一级焦冶炼焦煤配比，具体为主焦煤占比35%、1/3焦煤占比25%、气煤占比12%、肥煤18%、瘦煤10%。在此配比下，焦炭生产成本中，焦煤成本占到75~90%，制造成本占10~25%，其余为运输成本、期间费用等。而在焦炭生产过程中将产生一定量的副产品（焦油、煤气等），这部分占成本的10~30%。可以将制造费用、运输成本和期间费用等进行大致抵扣，剩余冶炼焦煤配煤成本大致为焦炭的生产成本。

按1吨焦炭需要1.34吨精煤计算，需要主焦煤0.47吨，1/3焦煤0.34吨，气煤0.16吨，肥煤0.24吨，瘦煤0.13吨。将各种成分煤的市价进行加权求和之后得到焦炭出厂成本的估测值。

3、竞争与格局

区域分布：产能集中于华北，山西省产能最高。2018年全国焦炭产量4.38亿吨，产量分布较为分散。从区域上来看，我国焦炭主要产量来自于华北（40%）、华东（19%）和西北（16%）三大区域。具体到省份，全国第一大产焦省份山西省占全国产量21.12%，其次是河北（10.83%）、山东（9.35%）、陕西（9.19%）、内蒙古（7.7%），基本都是煤炭或钢铁的主要产区。

我国焦化厂结构：独立焦化厂为主，钢企配套焦化厂为辅。钢企自身配套的焦化厂产量占比26%。根据中国钢铁工业协会统计数据，2017年我国钢铁联合企业焦化厂焦炭产量为1.13亿吨，占全国产量比例为26.11%。配套焦化厂产焦的目的是直接为炼铁提供焦炭。生产过程中产生的副产品通常不进行深加工，如焦炉煤气、煤焦油等用于发电和燃料居多。但由于大型钢铁企业往往布局在大城市，受到环保等因素的约束明显，故自身配套焦化厂的焦炭通常难以自给自足，需要从独立焦化厂购买焦炭。独立焦化厂产量占比74%。2017年我国独立焦化企业的焦炭产量为 3.19亿吨，占比73.89%。独立焦化企业除了销售给钢铁企业外，通常还会充分利用生产过程中的副产品，比如用焦炉煤气生产甲醇、对煤焦油进行深加工等。相较于直接生产焦炭，副产品的深加工存在一定的规模效应。

焦化行业技术门槛和资金门槛均较低。焦化行业属于传统的煤化工领域，技术已经非常成熟，在不考虑化工配套和相关环保设备的情况下，炭化室规格4.3米的焦化项目平均吨焦投资额在493元左右；5.5米规格平均吨焦投资额900元左右，其中大多数项目吨焦投资额超过1000元；6米及以上规格项目吨焦投资额均价为1742元，其中仅有不到1/3的项目吨焦投资额超过2000元。相比吨钢投资额普遍超过4000元钢铁行业，焦化行业目前资金门槛比较低，这也决定了其行业内部比较混乱，存在大量产能规模较小的企业，竞争较为激烈。

国内焦炭产量基本实现自给自足，略有盈余。我国煤炭资源储备丰富，优质焦煤资源虽相对较少，但从绝对量上来说基本可以满足国内生产需要。2018年我国焦炭产量4.38亿吨，净出口数量仅为965万吨。从近五年数据来看，焦炭产量保持稳定，年均产量4.4亿吨左右，净出口虽有所上涨，但基本维持在900万吨，这部分量比较小，对产业供需影响不大。

结合上述行业格局特点，导致焦化行业形成了三个重要特点。第一，行业竞争充分，行业集中度CR10为13%。产业链地位较低，带来焦化行业议价能力不足；第二，焦化行业受环保政策影响较大。产能淘汰与新增收到国家环保政策的严格限制，政策敏感性较强；第三，国内产量基本自给自足，产量保持平稳，除环保政策影响外，煤焦的供需矛盾主要集中在需求端。焦炭中的冶金焦是炼铁的主要原料，其用量约占所有焦炭的90%。因此，下游钢铁行业的生产情况对焦炭价格走势有着至关重要的影响。

下游需求情况

1、焦煤需求构成

对于焦煤来说，其下游需求情况较为清晰，生产焦炭占据了焦煤绝大部分的消费量。这一点我们可以通过煤焦的产量数据进行验证。计算2009-2018年煤焦产量比值，大致为1.35。基本符合上述焦化工艺中提到的生产1吨焦炭所需的焦煤量。

2、焦炭需求构成

对于焦炭来说，其下游需求较为复杂，主要包括两个大类，分别是冶金用焦以及化工用焦。具体而言，可以将需求划分为三个部分，生铁冶炼、铁合金冶炼以及电石生产。在研究过程中，需求的估测从来都是一件困难的事，但也是分析不可或缺的部分。因此，我们有必要将上述三个主要焦炭用途进行仔细的梳理。

注：焦比指生产1吨成品所需焦炭量

在给出上述焦比数据之后，还需要对其进行验证，才能够认可这种估测焦炭需求的方法是合理且有效的。鉴于数据的可得性，我们采用2017年的相关数据进行验证。2017年官方统计焦炭消费量为4.37亿吨，供给4.31亿吨，供需基本平衡。但数据频率为年，难以满足更高频率的分析要求。

根据焦比与产量数据加权，可以大致确定铁合金的焦比在0.75左右

根据生铁、电石、铁合金三大类相应的产量数据，可以得到2017年焦炭用量的估测值。再加上2017年出口809万吨焦炭，可以得到焦炭需求量的估算值大致在4.03亿吨。与统计数据仍有3000万吨的缺口，但考虑到我们利用该估算方式可在月频率上进行分析研判，其误差水平仍处于可接受范围。

写在最后

作为一个普通的期货研究人员，我始终在想如何做好的、有价值的研究。在过去的学习过程中也走了不少弯路，总是起到事倍功半的效果。总结出上文内容，不仅是对自己过去一段时间的总结，也是希望能够为新入行或者对黑色产业感兴趣的人提供一些帮助。精雕于细节时，将自己设定为产业人，对生产工艺刨根问底；统揽全局时，不拘泥于片面，以一个投资者的角度审视行业格局、产品价值。

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