Abstrakt:Der Autor analysiert die Produktions- und Verbrauchssituation von Nadelkoks in unserem Land, die Perspektiven seiner Anwendung in der Graphitelektroden- und Negativelektrodenmaterialindustrie, um die Herausforderungen der Entwicklung von Ölnadelkoks zu untersuchen, einschließlich der knappen Rohstoffressourcen, der geringen Qualität, der langen Zyklen und der Überkapazitätsbewertung, der verstärkten Produktsegmentierungsforschung, der Anwendungs- und Leistungskennzahlen sowie Assoziationsstudien zur Entwicklung eines High-End-Marktes.
Je nach Rohstoffquelle wird Nadelkoks in Öl- und Kohlenadelkoks unterteilt. Ölnadelkoks wird hauptsächlich aus FCC-Suspension durch Raffination, Hydrodesulfurierung, verzögerte Verkokung und Kalzinierung hergestellt. Das Verfahren ist relativ komplex und technisch anspruchsvoll. Nadelkoks zeichnet sich durch einen hohen Kohlenstoffgehalt, einen niedrigen Schwefel-, Stickstoff- und Aschegehalt aus und weist nach der Graphitisierung hervorragende elektrochemische und mechanische Eigenschaften auf. Er ist ein anisotropes, hochwertiges Kohlenstoffmaterial mit guter Graphitierbarkeit.
Nadelkoks wird hauptsächlich für Hochleistungsgraphitelektroden und Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Im Zuge der strategischen Ziele „Kohlenstoffpeak“ und „Klimaneutralität“ treiben Länder die Transformation und Modernisierung der Eisen-, Stahl- und Automobilindustrie sowie die Anpassung ihrer Industriestruktur voran und fördern den Einsatz energiesparender, kohlenstoffarmer und umweltfreundlicher Technologien. Dies trägt zur Förderung der Elektrolichtbogen-Stahlherstellung und der rasanten Entwicklung von Elektrofahrzeugen bei. Der Bedarf an Rohnadelkoks steigt daher rapide. Auch zukünftig wird die nachgelagerte Industrie der Nadelkoksindustrie ein starkes Wachstumspotenzial aufweisen. Dieser Beitrag analysiert den aktuellen Stand und die Perspektiven der Anwendung von Nadelkoks in Graphitelektroden und Anodenmaterialien und erörtert Herausforderungen und Gegenmaßnahmen für eine gesunde Entwicklung der Nadelkoksindustrie.
1. Analyse der Produktion und Fließrichtung von Nadelkoks
1.1 Herstellung von Nadelkoks
Die Produktion von Nadelkoks konzentriert sich hauptsächlich auf wenige Länder wie China, die USA, Großbritannien, Südkorea und Japan. 2011 lag die weltweite Produktionskapazität für Nadelkoks bei etwa 1200 kt/a, wovon 250 kt/a auf China entfielen. Damals gab es lediglich vier chinesische Nadelkokshersteller. Laut Statistiken von Sinfern Information wird die weltweite Produktionskapazität bis 2021 auf etwa 3250 kt/a steigen, die chinesische Produktionskapazität auf etwa 2240 kt/a, was 68,9 % der weltweiten Produktionskapazität entspricht. Gleichzeitig wird die Anzahl der chinesischen Nadelkokshersteller auf 21 ansteigen.
Tabelle 1 zeigt die Produktionskapazität der zehn größten Nadelkokshersteller weltweit mit einer Gesamtkapazität von 2130 kt/a, was 65,5 % der globalen Produktionskapazität entspricht. Betrachtet man die globale Produktionskapazität von Nadelkoksunternehmen, so sind die Hersteller von Nadelkoks für Erdölprodukte im Allgemeinen relativ groß. Die durchschnittliche Produktionskapazität eines einzelnen Werks liegt bei 100 bis 200 kt/a, während die Produktionskapazität von Nadelkoks für Kohleprodukte nur etwa 50 kt/a beträgt.
In den nächsten Jahren wird die weltweite Produktionskapazität für Nadelkoks weiter steigen, vor allem jedoch in China. Chinas geplante und im Bau befindliche Produktionskapazität für Nadelkoks liegt bei rund 430.000 Tonnen pro Jahr, wodurch sich die Überkapazität weiter verschärft. Außerhalb Chinas ist die Nadelkoks-Kapazität im Wesentlichen stabil; die russische Raffinerie OMSK plant den Bau einer Anlage mit einer Kapazität von 38.000 Tonnen pro Jahr im Jahr 2021.
Abbildung 1 zeigt die Nadelkoksproduktion in China der letzten fünf Jahre. Wie aus Abbildung 1 ersichtlich, hat die Nadelkoksproduktion in China ein explosionsartiges Wachstum erfahren, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 45 % über fünf Jahre. Im Jahr 2020 erreichte die Gesamtproduktion von Nadelkoks in China 517.000 Tonnen, davon 176.000 Tonnen aus Kohle und 341.000 Tonnen aus Erdöl.
1.2 Einfuhr von Nadelkoks
Abbildung 2 zeigt die Importsituation von Nadelkoks in China in den letzten fünf Jahren. Wie aus Abbildung 2 ersichtlich, stieg das Importvolumen von Nadelkoks in China vor dem Ausbruch von COVID-19 deutlich an und erreichte 2019 mit 270.000 Tonnen einen Rekordwert. Im Jahr 2020 belief sich Chinas Importvolumen aufgrund des hohen Preises für importierten Nadelkoks, der gesunkenen Wettbewerbsfähigkeit, der hohen Lagerbestände in den Häfen und der anhaltenden Epidemien in Europa und den Vereinigten Staaten auf lediglich 132.000 Tonnen, ein Rückgang von 51 % gegenüber dem Vorjahr. Laut Statistik betrug der Anteil von Ölnadelkoks an den 2020 importierten Nadelkoks 27.500 Tonnen, ein Rückgang von 82,93 % gegenüber dem Vorjahr. Die Menge an Nadelkoks aus Kohlenflözen betrug 104,1 kt, ein Plus von 18,26 % gegenüber dem Vorjahr. Hauptgrund hierfür ist, dass der Seetransport zwischen Japan und Südkorea weniger stark von der Epidemie betroffen ist. Zweitens sind die Preise für einige Produkte aus Japan und Südkorea niedriger als die vergleichbarer Produkte in China, und das Auftragsvolumen der nachgelagerten Abnehmer ist hoch.
1.3 Anwendungsrichtung des Nadelkoks
Nadelkoks ist ein hochwertiges Kohlenstoffmaterial, das hauptsächlich als Rohstoff für die Herstellung von Hochleistungsgraphitelektroden und künstlichen Graphitanoden verwendet wird. Zu den wichtigsten Anwendungsgebieten zählen die Stahlerzeugung in Elektrolichtbogenöfen und die Herstellung von Antriebsbatterien für Elektrofahrzeuge.
Abbildung 3 zeigt die Anwendungsentwicklung von Nadelkoks in China in den letzten fünf Jahren. Graphitelektroden stellen das größte Anwendungsgebiet dar, und die Nachfrage stagniert, während der Verbrauch von negativen Elektrodenmaterialien weiterhin rasant zunimmt. Im Jahr 2020 betrug der Gesamtverbrauch von Nadelkoks in China (einschließlich Lagerbestand) 740.000 Tonnen, davon entfielen 340.000 Tonnen auf negative Elektrodenmaterialien und 400.000 Tonnen Graphitelektroden, was 45 % des Verbrauchs negativer Elektrodenmaterialien entspricht.
2.1 Entwicklung der eAF-Stahlherstellung
Die Eisen- und Stahlindustrie ist in China ein Hauptverursacher von CO₂-Emissionen. Es gibt zwei Hauptproduktionsverfahren für Eisen und Stahl: Hochofen und Elektrolichtbogenofen. Die Stahlerzeugung im Elektrolichtbogenofen kann die CO₂-Emissionen um 60 % reduzieren, Stahlschrott recyceln und die Abhängigkeit von Eisenerzimporten verringern. Die Eisen- und Stahlindustrie strebt an, bis 2025 eine führende Rolle bei der Erreichung des Ziels der CO₂-Neutralität zu übernehmen. Gemäß der nationalen Politik für die Eisen- und Stahlindustrie werden zahlreiche Stahlwerke die Konverter- und Hochofenproduktion durch Elektrolichtbogenöfen ersetzen.
Chinas Rohstahlproduktion belief sich 2020 auf 1054,4 Mio. Tonnen, wovon rund 96 Mio. Tonnen auf Elektrolichtbogenofenstahl (eAF-Stahl) entfielen. Dies entspricht lediglich 9,1 % der gesamten Rohstahlproduktion. Im Vergleich dazu liegt der Anteil bei 18 % im weltweiten Durchschnitt, 67 % in den USA, 39 % in der EU und 22 % in Japan. Hier besteht also erhebliches Verbesserungspotenzial. Laut dem Entwurf der „Leitlinien zur Förderung einer qualitativ hochwertigen Entwicklung der Eisen- und Stahlindustrie“, der am 31. Dezember 2020 vom Ministerium für Industrie und Informationstechnologie veröffentlicht wurde, soll der Anteil der eAF-Stahlproduktion an der gesamten Rohstahlproduktion bis 2025 auf 15 % bis 20 % steigen. Die Steigerung der eAF-Stahlproduktion wird die Nachfrage nach Hochleistungsgraphitelektroden deutlich erhöhen. Der Entwicklungstrend der chinesischen Elektrolichtbogenöfen geht hin zu High-End- und Großanlagen, was einen höheren Bedarf an großformatigen und hochleistungsfähigen Graphitelektroden zur Folge hat.
2.2 Produktionsstatus der Graphitelektrode
Graphitelektroden sind ein unverzichtbarer Verbrauchsstoff für die Stahlerzeugung im Elektrolichtbogenofen (eAF). Abbildung 4 zeigt die Produktionskapazität und den Ausstoß von Graphitelektroden in China in den letzten fünf Jahren. Die Produktionskapazität stieg von 1050 kt/a im Jahr 2016 auf 2200 kt/a im Jahr 2020, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 15,94 % entspricht. Diese fünf Jahre waren geprägt von einem rasanten Wachstum der Produktionskapazität und gleichzeitig von einer schnellen Entwicklung der Graphitelektrodenindustrie. Vor 2017 war die Graphitelektrodenindustrie ein traditioneller, energieintensiver und umweltbelastender Produktionszweig. Große inländische Graphitelektrodenhersteller reduzierten ihre Produktion, kleine und mittlere Betriebe standen vor der Schließung, und selbst internationale Elektrodenhersteller mussten die Produktion einstellen, ihre Produkte weiterverkaufen oder sich vom Markt zurückziehen. Im Jahr 2017 stieg der Preis für Graphitelektroden in China, beeinflusst und angetrieben durch die staatliche Politik der obligatorischen Abschaffung von Stahl für die Herstellung von Bodenplatten, sprunghaft an. Angeregt durch übermäßige Gewinne, leitete der Markt für Graphitelektroden eine Welle der Kapazitätswiederaufnahme und -erweiterung ein.
Im Jahr 2019 erreichte die Produktion von Graphitelektroden in China mit 1189 kT einen neuen Höchststand der letzten Jahre. 2020 sank die Produktion aufgrund der durch die Pandemie bedingten Nachfrageschwäche auf 1020 kT. Insgesamt weist die chinesische Graphitelektrodenindustrie jedoch erhebliche Überkapazitäten auf, und die Auslastung fiel von 70 % im Jahr 2017 auf 46 % im Jahr 2020 – ein neuer Tiefststand.
2.3 Bedarfsanalyse von Nadelkoks in der Graphitelektrodenindustrie
Die Entwicklung von eAF-Stahl wird die Nachfrage nach Hochleistungsgraphitelektroden ankurbeln. Schätzungen zufolge wird der Bedarf an Graphitelektroden im Jahr 2025 bei etwa 1300 kt liegen, der an Rohnadelkoks bei etwa 450 kt. Da bei der Herstellung von großformatigen und Hochleistungsgraphitelektroden und -verbindungen ölbasierter Nadelkoks kohlebasierter Nadelkoks überlegen ist, wird der Anteil ölbasierter Nadelkoks an der Gesamtnachfrage nach Graphitelektroden weiter steigen und Marktanteile von kohlebasiertem Nadelkoks erobern.
Veröffentlichungsdatum: 23. März 2022