第一节 焦炭定义及性质
一、焦炭定义
焦炭是在高温炼焦过程中，烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终形成的主要固体产物，主要成分是炭，是具有裂纹和不规则的孔孢结构体（或孔孢多孔体）。
二、焦炭的性质
焦炭的物理性质包括焦炭筛分组成、焦炭散密度、焦炭真相对密度、焦炭视相对密度、焦炭气孔率、焦炭比热容、焦炭热导率、焦炭热应力、焦炭着火温度、焦炭热膨胀系数、焦炭收缩率、焦炭电阻率和焦炭透气性等。焦炭的物理性质与其常温机械强度和热强度及化学性质密切相关。焦炭的主要物理性质如下：
真密度为1.8-1.95g/cm3；视密度为0.88-1.08g/cm3；气孔率为35-55%；散密度为400-500kg/m3；平均比热容为0.808kj/（kgk）（100℃），1.465kj/（kgk）（1000℃）；热导率为2.64kj/（mhk）（常温），6.91kg/（mhk）（900℃）；着火温度（空气中）为450-650℃；干燥无灰基低热值为30-32KJ/g；比表面积为0.6-0.8m2/g。
焦炭在高炉炼铁、铸造化铁和固定床气化过程中，都要与二氧化碳、氧和水蒸气发生化学反应。焦炭的反应性是指其与二氧化碳、氧和水蒸气等进行化学反应的能力。焦炭反应后强度是指反应后的焦炭再机械力和热应力作用下抵抗碎裂和磨损的能力。通常焦炭的反应性CRI及反应后强度CSR的重复性r不得超过下列数值：CRIr≤2.4%；CSR：≤3.2%。
三、焦炭分类
高温炼焦产生的焦炭主要用于高炉炼铁和用于铜、铅、锌、钛、锑、汞等有色金属的鼓风炉冶炼，起还原剂、发热剂和料柱骨架作用。因此根据用途的不同，可以将焦炭分为三类即冶金焦、铸造焦、半焦（兰炭）。
冶金焦是高炉焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统称，孔率要求在40～45%。由于90%以上的冶金焦均用于高炉炼铁，因此往往把高炉焦称为冶金焦。
铸造焦是专用与化铁炉熔铁的焦炭，气孔率要求为35～40%。铸造焦是化铁炉熔铁的主要燃料，其作用是熔化炉料并使铁水过热，支撑料柱保持其良好的透气性。因此，铸造焦应具备块度大、反应性低、气孔率小、具有足够的抗冲击破碎强度、灰分和硫分低等特点。
半焦（兰炭）是利用神府煤田盛产的优质侏罗精煤块烧制而成的一种新型的炭素材料，结构为块状，粒度一般在3mm以上，颜色呈浅黑色，主要有两种规格：一是土炼兰炭，二是机制兰炭。具有固定炭高、比电阻高、化学活性高、含灰份低、铝低、硫低、磷低的特性,正逐步取代冶金焦而广泛运用于电石、铁合金、硅铁.碳化硅等产品的生产。
第二节 焦炭发展历程
中国是使用煤最早的国家之一，早在公元前就用煤冶炼铜矿石、烧陶瓷，至明代已用焦炭冶铁。但煤作为化学工业的原料加以利用并逐步形成工业体系，则是在近代工业革命之后。煤中有机质的基本结构单元，是以芳香族稠环为核心，周围连有杂环及各种官能团的大分子（见煤化学）。这种特定的分子结构使它在隔绝空气的条件下，通过热加工和催化加工,能获得固体产品,如焦炭或半焦。同时，还可得到大量的煤气(包括合成气)，以及具有经济价值的化学品和液体燃料（如烃类、醇类、氨、苯、甲苯、二甲苯、萘、酚、吡啶、蒽、菲、咔唑等）。因此，煤化工的发展包含着能源和化学品生产两个重要方面，两者相辅相成，促进煤炭综合利用技术的发展。
初创时期主要为冶金用焦和煤气的生产。18世纪中叶由于工业革命的进展，英国对炼铁用焦炭的需要量大幅度地增加，炼焦炉应运而生。1763年发展了将煤用于炼焦的蜂窝式炼焦炉，它是由耐火砖砌成圆拱形的空室，顶部及侧壁分别开有煤料和空气进口。点火后，煤料分解放出的挥发性组分，与由侧门进入的空气在拱形室内燃烧，产生的热量由拱顶辐射到煤层提供干馏所需的热源，一般经过48～72h，即可得到合格的焦炭。
18世纪末，煤用于生产民用煤气。1792年，苏格兰人W.默多克用铁甑干馏烟煤，并将所得煤气用于家庭照明。1812年，这种干馏煤气首先用于伦敦街道照明，随后世界一些主要城市也相继采用。1816年，美国巴尔的摩市建立了煤干馏工厂生产煤气。从此，铁甑干馏煤的工业就逐步得到发展。1840年，法国用焦炭制取发生炉煤气，用于炼铁。1875年，美国生产增热水煤气用作城市煤气。1850～1860年，法国及欧洲其他国家相继建立了炼焦厂。这时的炼焦炉已开始采用由耐火材料砌成的长方形双侧加热的干馏室。室的每端有封闭铁门，在推焦时可以开启，这种炉就是现代炼焦炉（图2）的雏形。焦炭虽是炼焦的主要目的产物，炼焦化学品的回收，也引起人们的重视。19世纪70年代德国成功地建成了有化学品回收装置的焦炉，由煤焦油中提取了大量的芳烃，作为医药、农药、染料等工业的原料。
第一次世界大战期间，钢铁工业高速发展，同时作为火炸药原料的氨、苯及甲苯也很急需，这促使炼焦工业进一步发展，并形成炼焦副产化学品的回收和利用工业。1925年，中国在石家庄建成了第一座焦化厂，满足了汉冶萍炼铁厂对焦炭的需要。
1920～1930年间，煤低温干馏的 研究 得到重视并较快发展，所得半焦可作民用无烟燃料，低温干馏焦油则进一步加工成液体燃料。1934年，在中国上海建成拥有直立式干馏炉和增热水煤气炉的煤气厂，生产城市煤气。
全面发展时期第二次世界大战前夕及大战期间，煤化工取得了全面而迅速的发展。纳粹德国为了发动和维持战争,大规模开展由煤制取液体燃料的 研究 工作,加速发展液体燃料的工业生产。1923年发明的由一氧化碳加氢合成液体燃料的费托合成法，1933年开始工业生产，1938年产量已达590kt。1931年,F.柏吉斯由于成功地将煤直接液化制取液体燃料，而获得诺贝尔化学奖金。这种由煤高压加氢液化制取液体燃料的方法，1939年已达到1.10Mt的年生产能力。在此期间，德国还建立了大型的低温干馏工厂，以褐煤为主加入少量烟煤的压型煤砖作为原料,开发了克虏伯-鲁奇外热式干馏炉及鲁奇－斯皮尔盖斯内热式干馏炉。所得半焦用于造气,经费托合成制取液体燃料;低温干馏焦油经简单处理后作海军船用燃料，或经高压加氢制取汽油和柴油。1944年低温干馏焦油年生产能力已达到945kt。第二次世界大战末期，德国用加氢液化方法由煤及煤焦油年生产的液体燃料达4Mt,由煤生产液体燃料总量已达每年4.8Mt。与此同时,工业上还从煤焦油中提取各种芳烃及杂环有机产品,作为染料、炸药等的原料。此外,由煤直接化学加工制取磺化煤、腐植酸和褐煤蜡的小型工业，及以煤为原料制取碳化钙，进而生产乙炔从而以乙炔为原料的化学工业也获得发展。
萧条时期第二次世界大战后，由于大量廉价石油和天然气的开采，除炼焦工业随钢铁工业的发展而不断发展外，工业上大规模由煤制取液体燃料的生产暂时中止，不少工业化国家用天然气代替了民用煤气。以石油和天然气为原料的石油化工飞速发展，致使以煤为基础的乙炔化学工业的地位大大降低。值得提出的是南非由于其所处的特殊地理和政治环境以及资源条件，以煤为原料合成液体燃料的工业一直在发展。1955年SASOL-Ⅰ费托合成法工业装置建成。1977年，又开发了大型流化床反应器，并先后开发SASOL-Ⅱ、SASOL-Ⅲ，1982年相继建成两座规模为年产1.6Mt的人造石油生产工厂。
技术开发时期1973年中东战争以及随之而来的石油大幅度涨价，使由煤生产液体燃料及化学品的方法又重新受到重视。欧美等国对此又进行了开发 研究 工作，并取得了进展。如在煤直接液化的方法中发展了氢煤法、供氢溶剂法(EDS)和溶剂精炼煤法(SRC)等；在煤间接液化法中发展了SASOL法，将煤气化制得合成气,再经合成制取发动机燃料；亦可将合成甲醇再转化生产优质汽油，或直接作为燃料甲醇使用。
第三节 世界焦炭 市场发展 及预测
一、世界焦炭产业发展现状
世界主要国家焦炭产量分布
我国是焦炭生产大国，产量位居世界第一，占到世界焦炭产量的59%，排名第二的日本占到11%的份额。
在主要焦炭出口国中，中国、波兰、俄罗斯、日本、美国五个国家焦炭出口量约占世界焦炭贸易量的78.8%。此外，哥伦比亚、法国、捷克、比利时、澳大利亚、波黑、乌克兰等国焦炭出口量在50万吨以上。
在主要焦炭进口国中，德国、印度、美国、日本、奥地利、法国六个国家焦炭进口量占世界焦炭贸易量的48.07%。此外，比利时、捷克、芬兰、意大利、罗马尼亚、塞尔维亚、英国、加拿大、韩国、马来西亚、中国台湾省等国家和地区进口焦炭量在50万吨以上。
2004-2008年世界钢铁、焦炭产量统计表
单位：万吨
按照资源型驱动、市场性拉动、资源驱动-市场拉动型进行大致划分，如日本、韩国等属于典型的市场拉动型，自身缺乏焦煤资源，通过大量进口焦煤进行生产；俄罗斯、乌克兰、印度、波兰等属于典型的资源驱动型，依托自身丰富的焦煤资源储量，保持巨大的焦炭生产规模，产品主要用于出口；美国、德国等属于典型的资源驱动—市场拉动型，既依托自身丰富的焦煤资源进行焦炭生产，实现一定程度的自给，又通过大量的进口满足自身需求。
二、世界焦炭产业发展态势预测
从总的趋势看，近几年世界钢铁产量在增加，焦炭产量在下降。世界钢、铁、焦炭的增长主要是中国，扣除中国的增长后，世界其它国家的钢铁产量在增长，但焦炭产量在下降。一些发达国家则由于重视保护环境和焦炉龄较高，从而减少了焦炭产量。
近几年,世界产钢铁大国，除了俄罗斯、乌克兰两个国家的焦炭有少量增加外，美、日、德、法、英等发达国家的焦炭产量都在逐年减产，他们的焦炭不够用，就大量进口。由于他们大量进口焦炭，造成了世界焦炭市场紧张。
世界焦炭产量下降的原因是：
（1）美、英、日、德等发达国家，为了保护本国的环境不受污染，在本国减少焦炭生产量。因为炼焦工业是污染环境较严重的 行业 之一，在发达国家建焦炉时，环保投资要占工程费用的1/3多，炼焦生产环保达不到要求还要罚款。所以，一些企业不愿意建设焦炉，影响了焦炭产量的增长。
（2）西方一些国家焦炉炉龄较长，焦炉处于中后期阶段，如日本16家焦化厂，焦炉炉龄30年以上的33座，能力1949万t，占45.8%。焦炉炉龄长，结焦时间要延长，减少了焦炭产量。
（3）炼焦 行业 生产经济效益低，焦化环保运行费用高，发达国家的企业不愿意建设焦化厂。工业用的焦炭不足，采取进口焦炭。
第四节 主要国家或地区焦炭产业发展状况
世界各国的焦炭主要用于钢铁工业。世界80%左右的焦炭用于炼铁，20%用于有色金属冶炼、化工等 行业 。
美国钢铁、焦炭工业100年多来的发展大体可分3个阶段，美国1951年焦炭产量上升到最高峰7930万吨时，钢产量为9542万吨，焦钢比为0.83(焦炭产量比钢产量)。之后，焦炭产量开始下降。到1973年，美国钢产量上升到最高峰13678万吨时，焦炭产量下降为6340万吨，焦钢比降为0.47，比1951年下降0.36。之后，钢产量开始下降。到1988年，美国钢的积累量近60亿吨时，钢产量下降到9063万吨，走向比较平稳的正常生产量，能源、交通、港口、城市基础设施、房地产等建设比较完善，当年焦炭产量下降到2890万吨，焦钢比下降为0.31。
美国的焦炭产量由1951年最高峰7930万吨，下降到2008年的1424万吨，焦炭产量减少82%，其主要原因包括：一是炼铁焦比下降；二是1973年以后钢产量逐步减少；三是铁钢比大幅度降低，到2008年底钢积累量为78亿吨，社会返回大量的废钢用于炼钢生产，废钢代替生铁减少了消费大量焦炭，铁钢比为0.36。
日本1948年的钢产量为171万吨，到1973年钢产量上升到11932万吨，之后，钢产量一直在11000万吨左右波动，焦炭产量逐年减少；1984年钢产量10558万吨，焦炭产量为5145万吨，焦钢比为0.49；到2008年，钢产量为11874万吨，焦炭产量下降为3856万吨，焦钢比下降为0.32，在这24年间，钢产量变化不大，焦炭产量减少25%。
在世界各地区焦炭产量比例中亚洲、欧洲和独联体仍然是世界焦炭的主产区，其焦炭产量总和占世界焦炭产量的比重达89.54%,但欧洲比重有所下降,而亚洲比重明显上升，亚洲市场新增产能几乎全部在中国。印度也有新增产能，但受高成本冶金煤影响，所以新增产能实现不了成本效益。2007-2008年，塔塔在西孟加拉新增160万吨/年产能。此外，日本和韩国也有新增产能。中国焦炭出口量占世界贸易量的45%以上。而欧洲是最重要的焦炭进口地区，占全球焦炭贸易的40%，目前最大的欧洲市场是德国(大于400万吨)、然后是塞乐维亚、澳大利亚、法国和意大利。这决定了中国焦炭出口量的变动会对欧美国家焦炭价格造成巨大的影响。我国是世界最大的焦炭供应国，2008年焦炭产量达到3.36亿吨，占世界总产量的60%。近十年来，世界焦炭产能的增长主要在中国，世界焦炭市场的供应也主要来自中国。
2000-2009年除中国外的其他国家和地区焦炭产量由21818万吨增长到23641万吨，增长了8.36%；而同期生铁产量由45290万吨增长到50246万吨，增长了10.94%，增长幅度高于焦炭。世界上很多国家，尤其是发达国家由于生铁产量下降、高炉焦比降低、焦炉老化以及日趋严格的环保法规等原因，焦炭产量增幅缓慢甚至逐渐减少。这就迫使这些国家谋求在其它环保条例较宽松、生产成本较低的国家寻求建立焦炭生产基地或焦炭货源的供应厂商。因此，世界焦化产业之间的联系程度愈加紧密。
目前世界一些国家在建焦炉能力700多万吨。近期世界一些产钢铁的国家，为了钢铁生产少进口一些焦炭，在筹建焦炉，能力约700万吨。如，日本新日铁、三菱公司筹建6米焦炉，能力100万吨；美国太阳公司在建焦炉，能力55万吨；巴西建焦炉能力120万吨；印度建的焦炉能力约200万吨；土耳其建6米焦炉，能力55万吨；伊朗建焦炉能力30万吨；墨西哥建4.3米焦炉,能力30万吨等；波兰、俄罗斯也在修复旧焦炉和建设焦炉，增加焦炉能力等。
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