​本系列致力於提供黑色產業研究中的乾貨，讀懂品種，瞭解產業。本文將系統介紹黑色產業上游重要的原材料之一——煤焦，力爭以平實的語言將煤焦研究中所關心的重要知識一一說明。

採掘生產

1、品類分佈

煤是一種可燃的黑色或棕黑色沉積岩，含碳量一般為46～97%，具有暗淡至金屬光澤。通常在被稱為煤床或煤層的岩石地層中或礦脈中形成。根據煤化程度的不同，煤可分為泥炭、褐煤、煙煤（冶焦的主要原料）和無煙煤四類。煤礦是人類在富含煤炭的礦區開採煤炭資源的區域，一般分為井工煤礦和露天煤礦。當煤層離地表遠時，一般選擇向地下開掘巷道採掘煤炭，稱為井工煤礦。當煤層距地表的距離很近時，一般選擇直接剝離地表土層挖掘煤炭，稱為露天煤礦。我國絕大部分煤礦屬於井工煤礦。煤礦範圍包括地上地下以及相關設施的很大區域。煤礦是人類在開掘富含有煤炭的地質層時所挖掘的合理空間，通常包括

泥炭，又稱草炭、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狀態。經一定條件下，可以轉化為褐煤、煙煤和無煙煤。其主要用途是作為有機肥料和育苗及花卉培植的土基，另外還可用於工業，作為燃料發電、化工（從中提取原料）、釀酒、醫藥、製陶以及建築材料等。

褐煤，又名柴煤，是煤化程度最低的礦產煤。一種介於泥炭與瀝青煤之間的棕黑色、無光澤的低級煤。化學反應性強，在空氣中容易風化，不易儲存和運輸，燃燒時對空氣汙染嚴重。由於優質煤幾乎被採空，褐煤已成為我國主要使用的煤，但需經過洗煤處理和提煉，否則大量使用劣勢褐煤會導致我國霧霾問題日益嚴重。

煙煤，是煤進一步變質的產物，煤化程度中等。黑色，染手，緻密而脆，條痕呈黑色，燃燒時冒濃煙，故稱為煙煤。是重要的鍋爐燃料和煉焦原料，也可用來乾餾石油和製造煤氣。

無煙煤，俗稱白煤或紅煤。是煤化程度最大的煤。無煙煤固定碳含量高，揮發分產率低，密度大，硬度大，燃點高，燃燒時不冒煙。黑色堅硬，有金屬光澤。無煙煤塊煤主要應用是化肥（氮肥、合成氨）、陶瓷、製造鍛造等行業；無煙粉煤主要應用在冶金行業用於高爐噴吹（高爐噴吹煤主要包括無煙煤、貧煤、瘦煤和氣煤）。

為了更好的理解煤的分類，接下去的部分會有些枯燥，我們儘量以平實的語言，把需要關注的重點進行說明。煤中元素主要為碳、氫、氧、氮、硫，其中各元素的含量多少，將會影響煤的用途與價值。

注：daf指乾燥無灰基，下文將會詳細說明

在煤的工業分析中，設定了多個測定指標對不同品種煤進行評判，其中比較重要的有四個，分別是水分、灰分、揮發分和固定碳的含量。

煤中水分按其存在的形態可分為三種：1、外在水分；2、內在水分；3、結晶水。

1：指在一定條件下煤樣與周圍空氣溼度達到平衡時所含有的水分。

2：指在一定條件下煤樣達到空氣乾燥狀態時所保持的水分。

1+2=稱為全水分。

3：與礦物結合的水分，一般200℃以上才能除去。

煤的灰分是指煤樣在規定條件下完全燃燒後所得的殘渣。該殘渣的質量佔測定煤樣質量的百分數成為灰分率，簡稱灰分。灰分含量越高，煤的總髮熱量就越低。

同樣反應條件下，灰分含量每增加1%，氧耗增加0.7%~0.8%，煤耗增加1.3%~1.5%。

煤灰的情況(單位：% 質量分數)

工業分析測定的揮發分，不是煤中原來固有的揮發性物質，而是煤樣在高溫條件（900℃）下隔絕空氣加熱，煤中的有機物質受熱分解出一部分分子量較小的氣態物質，該揮發物佔煤樣質量的百分數叫煤的揮發分。揮發分主要由熱解水、氫、碳的氧化物和碳氫化合物組成，但煤中物理吸附水和礦物質CO2不屬於揮發分之列。

測定揮發分時，以固體形式殘留下來的有機質佔煤樣質量的百分數叫固定碳。

注：符號右下角的ad指的是空氣乾燥基，下文將會具體說明

簡而言之，一塊煤根據工藝流程處理，可以大致看作四部分組成，第一是水分，它包含了物理附著的水，也包含了經過化學反應“附著”的結晶水；第二是灰分，它是煤經過完全燃燒後的“灰”；第三是控制外來物質的進入，單純隔絕空氣加熱，將能氣化的物質氣化逸出，逸出的部分就是揮發分；第四是隔絕空氣加熱，氣體逸出後，剩下的固體，就是固定碳的部分，它是冶金焦炭的主要成分（後文講到焦化工藝時將會更加清晰）。

講清楚上述四個重要指標後，還有另一個重要的知識點需要說明。就是指標的測定以什麼為基礎，比如剔不剔除水分、灰分等等。根據不同的場景需要與要求，將煤質分析的基準分為五類，具體如下表所示。

在煤質分析基準中，乾燥無灰基較為重要，因為交易所設置焦煤、焦炭交割品的品質標準時，是以乾燥無灰基為基準。

當然除了上述四個重要指標外，還有很多影響煤品質的因素。比如發熱量、熔融性、黏結性、結焦性等等。由此，根據眾多指標可以對煤進行細緻的劃分，但是為了突出重點，在此就不再贅述。下表僅給出焦化工藝中涉及較多的煙煤分類。

注：數碼個位數越大，表示黏結性越好；十位數代表揮發分；G：黏結指數；Y：膠質層最大厚度；B：奧亞膨脹度

鑑於煙煤良好的結焦性、發熱量以及黏結性等特點，成為了冶煉焦炭的主要原材料。由於煉焦煤的儲量相對較少，僅佔我國煤炭儲量的10%，其中優質焦煤的儲量更加稀少。因此，採取焦煤、氣煤、氣肥煤等混合配料的方式生產煉焦煤，不僅能夠改善其煉焦性質，也能夠充分利用我國煤炭資源，還能有效降低生產成本。

根據2018年最新數據，世界已探明煤炭儲量為1.05萬億噸，其中儲量主要集中於美國、俄羅斯、澳大利亞、中國以及印度等國。儲量前五的國家佔據世界煤炭儲量的75.7%。中國已探明儲量為1388億噸，佔比13%。中國煤炭資源從總量上看，儲量豐富，但人均佔有量較低。

中國煤炭資源的地理分佈極不平衡。中國煤炭資源北多南少，西多東少，煤炭資源的分佈與消費區分佈極不協調。山西、內蒙古兩省煤炭基礎儲量佔據中國的57%，而主要的消費地區華東、中南以及東北地區煤炭資源相對匱乏，這樣的先天條件決定了中國煤炭北煤南運、西煤東運的格局。因此，在分析煤化工產業生產成本與利潤時，

2、生產工藝與成本

煤焦化又稱煤炭高溫乾餾。以煉焦煤為原料，在隔絕空氣的條件下，加熱到950℃左右，經高溫乾餾生產焦炭，同時獲得煤氣、煤焦油並回收其他化工產品的一種煤轉化工藝。詳細的煤熱解過程如下圖所示。

第一階段（室溫~300℃）

煉焦初級階段，在該階段一般沒有什麼變化，主要從煤中析出蓄存的氣體和非化學結合水。脫水主要發生在120℃前，而脫氣（CH4,CO2和N2）大致在200℃前後完成。

第二階段（300~600℃）

該階段解聚和分解反應為主，煤黏結成半焦。煤在300℃開始軟化，強烈分解，析出煤氣和焦油，在450℃前後焦油量最大，在450~600℃氣體析出量最多。煤氣成分除熱解水、一氧化碳和二氧化碳外，主要是氣態烴，故熱值高。

第三階段（600~1000℃）

半焦變成焦炭的階段，以縮聚反應為主。焦油量極少，溫度升高，促進了半焦脫氣體揮發分，700℃後煤氣成分主要是氫氣。焦炭揮發分小於2%，芳香晶核增大，排列規則化，結構緻密，堅硬並有銀灰色金屬光澤。

由上述煤熱解過程可以看到，在生產焦炭的過程中，同時產生具有較高附加值的焦油與煤氣等。它們都是下游化工產業中重要的原材料。因此，在分析焦炭品種的供需格局以及價格走勢時，單純考慮焦煤焦炭的轉化過程，將會忽略較為重要的影響因素。

在實際研究過程中，我們希望能夠準確的估測出焦煤焦炭的生產成本，從而將企業盈虧作為分析研判的重要工具。但是，煉焦過程中配煤工藝的存在使得我們對焦化企業的生產成本估測變得困難重重。因為每家企業根據其焦爐設備與經營策略的不同，帶來配煤原料配比的不同，從而導致我們很難準確估算原材料成本。

為了簡化問題，我們假設焦化企業使用一級焦冶煉焦煤配比，具體為主焦煤佔比35%、1/3焦煤佔比25%、氣煤佔比12%、肥煤18%、瘦煤10%。在此配比下，焦炭生產成本中，焦煤成本佔到75~90%，製造成本佔10~25%，其餘為運輸成本、期間費用等。而在焦炭生產過程中將產生一定量的副產品（焦油、煤氣等），這部分佔成本的10~30%。可以將製造費用、運輸成本和期間費用等進行大致抵扣，剩餘冶煉焦煤配煤成本大致為焦炭的生產成本。

按1噸焦炭需要1.34噸精煤計算，需要主焦煤0.47噸，1/3焦煤0.34噸，氣煤0.16噸，肥煤0.24噸，瘦煤0.13噸。將各種成分煤的市價進行加權求和之後得到焦炭出廠成本的估測值。

3、競爭與格局

區域分佈：產能集中於華北，山西省產能最高。2018年全國焦炭產量4.38億噸，產量分佈較為分散。從區域上來看，我國焦炭主要產量來自於華北（40%）、華東（19%）和西北（16%）三大區域。具體到省份，全國第一大產焦省份山西省佔全國產量21.12%，其次是河北（10.83%）、山東（9.35%）、陝西（9.19%）、內蒙古（7.7%），基本都是煤炭或鋼鐵的主要產區。

我國焦化廠結構：獨立焦化廠為主，鋼企配套焦化廠為輔。鋼企自身配套的焦化廠產量佔比26%。根據中國鋼鐵工業協會統計數據，2017年我國鋼鐵聯合企業焦化廠焦炭產量為1.13億噸，佔全國產量比例為26.11%。配套焦化廠產焦的目的是直接為鍊鐵提供焦炭。生產過程中產生的副產品通常不進行深加工，如焦爐煤氣、煤焦油等用於發電和燃料居多。但由於大型鋼鐵企業往往佈局在大城市，受到環保等因素的約束明顯，故自身配套焦化廠的焦炭通常難以自給自足，需要從獨立焦化廠購買焦炭。獨立焦化廠產量佔比74%。2017年我國獨立焦化企業的焦炭產量為 3.19億噸，佔比73.89%。獨立焦化企業除了銷售給鋼鐵企業外，通常還會充分利用生產過程中的副產品，比如用焦爐煤氣生產甲醇、對煤焦油進行深加工等。相較於直接生產焦炭，副產品的深加工存在一定的規模效應。

焦化行業技術門檻和資金門檻均較低。焦化行業屬於傳統的煤化工領域，技術已經非常成熟，在不考慮化工配套和相關環保設備的情況下，炭化室規格4.3米的焦化項目平均噸焦投資額在493元左右；5.5米規格平均噸焦投資額900元左右，其中大多數項目噸焦投資額超過1000元；6米及以上規格項目噸焦投資額均價為1742元，其中僅有不到1/3的項目噸焦投資額超過2000元。相比噸鋼投資額普遍超過4000元鋼鐵行業，焦化行業目前資金門檻比較低，這也決定了其行業內部比較混亂，存在大量產能規模較小的企業，競爭較為激烈。

國內焦炭產量基本實現自給自足，略有盈餘。我國煤炭資源儲備豐富，優質焦煤資源雖相對較少，但從絕對量上來說基本可以滿足國內生產需要。2018年我國焦炭產量4.38億噸，淨出口數量僅為965萬噸。從近五年數據來看，焦炭產量保持穩定，年均產量4.4億噸左右，淨出口雖有所上漲，但基本維持在900萬噸，這部分量比較小，對產業供需影響不大。

結合上述行業格局特點，導致焦化行業形成了三個重要特點。第一，行業競爭充分，行業集中度CR10為13%。產業鏈地位較低，帶來焦化行業議價能力不足；第二，焦化行業受環保政策影響較大。產能淘汰與新增收到國家環保政策的嚴格限制，政策敏感性較強；第三，國內產量基本自給自足，產量保持平穩，除環保政策影響外，煤焦的供需矛盾主要集中在需求端。焦炭中的冶金焦是鍊鐵的主要原料，其用量約佔所有焦炭的90%。因此，下游鋼鐵行業的生產情況對焦炭價格走勢有著至關重要的影響。

下游需求情況

1、焦煤需求構成

對於焦煤來說，其下游需求情況較為清晰，生產焦炭佔據了焦煤絕大部分的消費量。這一點我們可以通過煤焦的產量數據進行驗證。計算2009-2018年煤焦產量比值，大致為1.35。基本符合上述焦化工藝中提到的生產1噸焦炭所需的焦煤量。

2、焦炭需求構成

對於焦炭來說，其下游需求較為複雜，主要包括兩個大類，分別是冶金用焦以及化工用焦。具體而言，可以將需求劃分為三個部分，生鐵冶煉、鐵合金冶煉以及電石生產。在研究過程中，需求的估測從來都是一件困難的事，但也是分析不可或缺的部分。因此，我們有必要將上述三個主要焦炭用途進行仔細的梳理。

注：焦比指生產1噸成品所需焦炭量

在給出上述焦比數據之後，還需要對其進行驗證，才能夠認可這種估測焦炭需求的方法是合理且有效的。鑑於數據的可得性，我們採用2017年的相關數據進行驗證。2017年官方統計焦炭消費量為4.37億噸，供給4.31億噸，供需基本平衡。但數據頻率為年，難以滿足更高頻率的分析要求。

根據焦比與產量數據加權，可以大致確定鐵合金的焦比在0.75左右

根據生鐵、電石、鐵合金三大類相應的產量數據，可以得到2017年焦炭用量的估測值。再加上2017年出口809萬噸焦炭，可以得到焦炭需求量的估算值大致在4.03億噸。與統計數據仍有3000萬噸的缺口，但考慮到我們利用該估算方式可在月頻率上進行分析研判，其誤差水平仍處於可接受範圍。

寫在最後

作為一個普通的期貨研究人員，我始終在想如何做好的、有價值的研究。在過去的學習過程中也走了不少彎路，總是起到事倍功半的效果。總結出上文內容，不僅是對自己過去一段時間的總結，也是希望能夠為新入行或者對黑色產業感興趣的人提供一些幫助。精雕於細節時，將自己設定為產業人，對生產工藝刨根問底；統攬全局時，不拘泥於片面，以一個投資者的角度審視行業格局、產品價值。

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