催化燃燒設備貴金屬催化劑的特點--貴金屬催化劑廠家
- 字號 + -
多相催化劑是目前工業(yè)中使用比例最高的催化劑，一般由活性組分、助劑和載體組成。貴金屬催化劑的催化活性組分主要以鈀（Pd）、鉑（Pt）、釕（Ru）、銠（Rh）、銥（Ir）、金（Au）等為主。貴金屬催化劑以產品活性、選擇性、穩(wěn)定性、使用壽命為關鍵評價指標，相比非貴金屬材料催化劑，其具有不可替代的催化活性、良好的選擇性、使用安全性、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等綜合優(yōu)良特性，且廢舊催化劑中所含貴金屬可循環(huán)回收加工，是目前有機合成領域最重要的一類催化材料。
催化反應是許多化學反應特別是有機化學反應中的重要環(huán)節(jié)，而催化劑是催化反應的“心臟”和基礎。催化劑對化學工業(yè)及社會的發(fā)展起到舉足輕重的作用，據不完全統(tǒng)計，全球至少有 4.2 萬種原料和化學中間體是通過催化劑直接和間接合成的。從精細化工（醫(yī)藥、化工新材料、農藥、染料及顏料等）、基礎化工、環(huán)保、新能源等行業(yè)的發(fā)展來看，催化劑都發(fā)揮著重要且必不可少的作用，每一次催化劑的更新?lián)Q代都會推動行業(yè)的變革和高速發(fā)展。
貴金屬催化劑的上游主要涉及貴金屬礦產、載體等。貴金屬在全球屬于稀缺資源，貴金屬催化劑的主要原材料是鉑、鈀等貴金屬原料，而我國在鉑族金屬資源上屬于極度匱乏的國家，其價格受全球和下游行業(yè)經濟周期的影響變化快、波動大，且鉑族金屬價格昂貴，通常占產品生產成本的 90%以上。
因此，貴金屬價格的波動對企業(yè)成本影響較大。國內鉑族金屬需求量較大，目前主要依賴進口，對外依存度較高。據《2022 莊信萬豐鉑族金屬市場報告》顯示，2021 年中國鉑金需求量為 73.9 噸，鈀金需求量為 84.2 噸。我國鉑金屬進口來源主要是南非和俄羅斯，占總進口量的 60%以上。2017 年至 2021 年，國內鉑金屬進口量上升趨勢明顯，尤其在 2020 和 2021 年，鉑進口量增速連續(xù)兩年超過 20%。
貴金屬催化劑用載體種類繁多，以無機鹽、金屬氧化物、炭等載體為主。貴金屬催化劑下游應用十分廣泛，涉及精細化工（醫(yī)藥、化工新材料、農藥、染料及顏料）、基礎化工、環(huán)保、新能源等各領域。
2、行業(yè)發(fā)展情況及發(fā)展態(tài)勢
近年來我國催化材料的研究和工業(yè)生產發(fā)展迅速，高端催化材料大部分仍然依賴進口，國產化需求依然很迫切。根據的測算，預計 2030 年全球催化劑市場規(guī)模將達到 575 億美元。
貴金屬催化劑的應用幾乎涉及到各行各業(yè)，是國民經濟發(fā)展的重要基礎。在石油、化學、醫(yī)藥等工業(yè)中的氫化還原、氧化脫氫、催化重整、氫化裂解、加氫脫硫、還原胺化、調聚、偶聯(lián)、歧化、擴環(huán)、環(huán)化、羰基化、甲酰化、脫氯以及不對稱合成等反應中，貴金屬均是優(yōu)良的催化劑；在環(huán)保領域，貴金屬催化劑被廣泛應用于有機廢氣催化燃燒、工業(yè)廢水催化氧化等；在新能源方面，貴金屬催化劑是氫燃料電池、電解水制氫裝備的關鍵核心材料。
（1）精細化工領域
精細化工一般包括化學藥品原料藥及中間體，農藥，涂料、油墨、染料、顏料及類似品，專用化學產品，化工新材料等幾大類。精細化工是傳統(tǒng)化工產業(yè)結構升級的重點發(fā)展戰(zhàn)略之一。精細化工產品覆蓋了社會經濟生活的各方各面，其產品種類多、附加值高、用途廣、產業(yè)關聯(lián)度大，直接服務于國民經濟的諸多行業(yè)和高新技術產業(yè)的各個領域，從醫(yī)藥、電子材料、染料、油墨、食品添加劑、化妝品等，到航空航天、汽車、機械、建筑新材料、電池用材料等高新技術領域都具有廣泛應用。
當前，我國經濟已由高速增長階段轉向高質量發(fā)展階段，正處在轉變發(fā)展方式、優(yōu)化經濟結構、轉換增長動能的攻關期，精細化工在這場變化中將會扮演重要角色。中國化工學會《2017-2025 年精細化工行業(yè)發(fā)展的設想與對策》中指出，美國、歐盟及日本精細化工率接近或超過 60%，我國計劃到 2025年將精細化工率提高到 55%。貴金屬催化劑在精細化工領域應用非常廣泛，是精細化工行業(yè)發(fā)展的物質基礎和核心支撐，精細化工產業(yè)的快速發(fā)展必將直接推動貴金屬催化劑行業(yè)的需求增長。
1）醫(yī)藥化工
化學原料藥和中間體的合成是精細化工中貴金屬催化劑最大的應用領域，而國內原料藥行業(yè)具備長期增長動力。
① 全球原料藥市場持續(xù)增長，我國原料藥出口規(guī)模擴張
原料藥處于醫(yī)藥產業(yè)鏈的上游，隨著人口老齡化程度加劇、民眾健康意識增強、各國醫(yī)療保障體制日益完善，全球藥品市場的不斷擴大直接帶動原料藥市場規(guī)模的穩(wěn)步上升。根據 Mordor Intelligence 和 Chemical Pharmaceutical GenericAssociation 數據，2021 年全球原料藥市場規(guī)模達到 1,771 億美元，預計到 2027年全球原料藥市場規(guī)模達到 2,586 億美元。
20 世紀 90 年代以前，美國和歐洲地區(qū)是全球主要的化學原料藥生產地，生產規(guī)模大且技術水平先進。20 世紀 90 年代開始，由于環(huán)保、成本等原因，全球化學原料藥的生產重心逐步轉移至中國、印度等發(fā)展中國家。隨著中國、印度等發(fā)展中國家的原料藥廠商不斷增加研發(fā)投入、優(yōu)化生產工藝、提高技術水平，其在原料藥行業(yè)的競爭地位不斷提升。未來隨著中國工藝水平、質控體系、國際注冊申報水平的逐步提高，有望在原料藥產能持續(xù)轉移過程中承接更多訂單，尤其是特色原料藥、專利原料藥等高技術含量產品訂單，鞏固在原料藥領域的全球地位。
②國內原料藥內需剛性增加，環(huán)保助力原料藥產業(yè)優(yōu)化升級
由于我國45-60歲人口高占比的人口結構，未來老齡化人口比例將迅速攀升，據世界銀行預計，2050 年我國 65 歲及以上人口比例將達到 26%，大人口基數+人口老齡化加劇提升醫(yī)療衛(wèi)生需求。此外，隨著醫(yī)保目錄覆蓋品種數量增加、調整常態(tài)化及藥品集采的推進，用藥負擔整體減小，藥品可及性增加，用藥需求逐步被滿足。國內“4+7”帶量采購、藥品關聯(lián)審評和一致性評價政策的實施，使得更多療效確切品種實現(xiàn)迅速放量，從而拉動原料藥放量。因此，我國原料藥市場內需剛性增加。
作為全球主要的化學原料藥生產地之一，2015 年至 2017 年我國原料藥市場保持穩(wěn)步發(fā)展，產量和收入穩(wěn)步增長。2018 年至 2019 年受環(huán)保政策、產能過剩等因素影響，原料藥行業(yè)產量有所下滑，2020 年開始恢復了增長趨勢。根據中國化學制藥工業(yè)協(xié)會數據，2021 年中國化學原料藥行業(yè)營業(yè)收入總額達到 4,265億元，同比增長 8.11%；2021 年中國化學藥品原料藥產量為 308.6 萬噸，同比增長 12.87%。
隨著行業(yè)中小產能的逐步淘汰、大中型原料藥生產企業(yè)相繼完成環(huán)保措施整改，國內原料藥產量逐步回升，原料藥產業(yè)結構更加合理，采用綠色催化工藝生產的原料藥比重進一步提高，高端特色原料藥市場份額顯著提升。貴金屬催化劑具有綠色環(huán)保、安全高效的特點，原料藥產業(yè)綠色化升級改造也必然帶動貴金屬催化劑使用量的增加。
預計未來我國原料藥及醫(yī)藥中間體的生產和出口規(guī)模將繼續(xù)擴容和增長，良好的發(fā)展前景還將直接傳到上游原料行業(yè)，刺激貴金屬催化劑市場的需求。抗生素（培南類、莫西沙星、氨曲南等），抗病毒藥物（治療丙肝、HIV、非典、流感、新冠肺炎等），新一代靶向腫瘤治療藥物，維生素，降血脂、降血壓等心血管類藥物，治療風濕病、皮膚病等甾體類激素類藥物等的生產都需要大量使用貴金屬催化劑。
2）化工新材料
化工新材料是指現(xiàn)階段發(fā)展的具有傳統(tǒng)化工材料不具備的優(yōu)異性能或某種特殊功能的新型化工材料。與傳統(tǒng)材料相比，化工新材料具有質量輕、性能優(yōu)異、功能性強、技術含量高、附加值高等特點。按照工業(yè)類別進行劃分，化工新材料主要包括三大類：一是新領域的高端化工產品，二是傳統(tǒng)化工材料的高端品種，三是通過二次加工生產的化工新材料。主要包括工程塑料、功能高分子材料、有機硅、有機氟、特種纖維、復合材料、電子化工材料、納米化工材料、特種橡膠、聚氨酯、高性能聚烯烴、特種涂料、特種膠黏劑、特種助劑等十多個大類品種。
受益于全球各國對新材料行業(yè)的鼓勵與下游電子、醫(yī)藥、新能源等相關新興產業(yè)的發(fā)展，全球新材料行業(yè)較快發(fā)展。根據中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會預計，到 2025 年全球化工新材料市場規(guī)模將達到 4,800 億美元，2019-2025 年復合增速達 4.4%。此外，在全球“碳中和”的大背景下，節(jié)能、環(huán)保、可循環(huán)、低碳等材料綠色化也已經成為了共識，未來新材料也將呈現(xiàn)綠色化方向發(fā)展的態(tài)勢。
經過多年的發(fā)展，我國化工新材料產業(yè)形成了較為完整的研發(fā)、設計、生產、應用體系，開發(fā)出十幾個門類的數千種產品，建成多套示范裝置，培育出一批龍頭企業(yè)。產業(yè)規(guī)模不斷壯大，其中，先進儲能材料、光伏材料、有機硅、有機氟、生物基化工新材料等產能居世界前列。2021 年我國化工新材料產業(yè)規(guī)模達到9,616 億元，市場總消費規(guī)模約為 1.2 萬億元，化工新材料進口額約 500 億美元，占化工產品總進口額的 15%。
從 2016 年至2021 年，中國化工新材料產量從 1,536萬噸增長到 2,653 萬噸，年均復合增速 11.55%；中國化工新材料消費量從 2,627 萬噸增長到 3,935 萬噸，年均復合增速 8.42%。
化工新材料產業(yè)發(fā)展離不開市場的引領作用，新能源汽車、生物、高端裝備、新能源、環(huán)保節(jié)能、軌道交通等產業(yè)的發(fā)展迫切需要品種眾多的功能性化工新材料支撐，我國新材料產業(yè)前景廣闊。根據前瞻產業(yè)研究院數據，2016 至 2020 年，中國化工新材料行業(yè)自給率不斷提升，從2016年的58.5%提升至2020年的70.1%。
但是整體看，我國新材料行業(yè)的自給率仍有提升空間，尤其細分到半導體材料等技術壁壘相對較高的賽道，國內企業(yè)的市占率仍然相對較低，仍有較大的提升空間。2021 年年初，中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會發(fā)布《石油和化學工業(yè)“十四五”發(fā)展指南》，其中特別強調要加快化工新材料的發(fā)展，提出“十四五”末化工新材料的自給率要達到 75%，占化工行業(yè)整體比重超過 10%。
化工新材料產業(yè)的創(chuàng)新與高質量發(fā)展，不僅是石化強國的關鍵內容，也是制造強國的關鍵所在。貴金屬催化劑是化工新材料發(fā)展的基礎，作為我國重點發(fā)展的七大戰(zhàn)略性新興產業(yè)之一，化工新材料的快速發(fā)展將為貴金屬催化劑帶來新的市場。氟材料、硅材料、高端纖維、液晶和 OLED、生物降解材料、膜材料等化工新材料的快速發(fā)展必將有力助推貴金屬催化劑的需求增長。
3）農藥
近年來我國農藥工業(yè)行業(yè)格局優(yōu)化，技術不斷升級，農藥開發(fā)向高效、低毒、低殘留、高生物活性和高選擇性方向發(fā)展，形成了較為完整的農藥工業(yè)體系，農藥新藥供給逐步增加。在農藥原料和中間體生產中需要廣泛使用貴金屬催化劑，尤其是近幾年研發(fā)的新藥大量使用貴金屬催化劑，而且種類多樣。如康寬、茚蟲威、麥草畏、呋蟲胺、氟胺草酯、唑啉草酯、啶酰菌胺、聯(lián)苯菊酯等的生產過程中均需要使用貴金屬催化劑，市場需求量大。
4）染料、顏料、涂料
我國是世界最大的染料生產大國，根據國家統(tǒng)計局數據，2021 年全國 1,584家規(guī)模以上印染企業(yè)實現(xiàn)營業(yè)收入 2,949.87 億元，同比增長 15.06%。中國染料工業(yè)協(xié)會的數據顯示，2021 年中國染料年產量 83.50 萬噸。用于生產有機染料和顏料的三大酸，C 酸（6-氯間-甲苯胺-4-磺酸），D 酸（4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸）和 H 酸（1-氨基-8-萘酚-3,6-二磺酸），均為萬噸級別染料顏料中間體，目前生產工藝環(huán)境污染較大，隨著行業(yè)的發(fā)展和國家環(huán)保政策的要求，染料行業(yè)陸續(xù)采用環(huán)保安全的貴金屬催化劑替代現(xiàn)有的催化劑，前景非常明朗。另外，諸如克利西丁、5-氨基苯并咪唑酮、鄰氯苯胺、對氯苯胺、2,5-二氯苯胺，3,4-二氯苯胺、2,5-二甲氧基-4-氯-苯胺、DCB、二硝基萘等染料、顏料中間體的生產均需使用貴金屬催化劑。
根據中國涂料工業(yè)協(xié)會發(fā)布的《中國涂料行業(yè)“十四五”規(guī)劃》，從 2015年至 2020 年，涂料年產量從 1,717.6 萬噸增至 2,459.1 萬噸，增長 0.43 倍，平均年增長率 7.44％。預計“十四五”期間，全行業(yè)經濟總量保持穩(wěn)步增長，總產值年均增長 4％左右。到 2025 年，涂料行業(yè)總產值預計增長到 3,700 億元左右；產量按年均4％增長計算，到2025年，涂料行業(yè)總產量預計增長到3,000萬噸左右。并提出“十四五”目標：到 2025 年，環(huán)境友好的涂料品種占涂料總產量的 70％。因此，用于環(huán)保涂料方面的催化劑，需求巨大。
（2）基礎化工領域
化工產品生產過程中，85%以上的反應是在催化劑作用下進行的。貴金屬催化劑因具有無可替代的催化活性和選擇性，在煉油、石油化工中占有極其重要的地位。例如，石油精煉中的催化重整，烷烴、芳烴的異構化反應和脫氫反應，烯烴生產中的選擇性加氫反應，環(huán)氧乙烷、乙醛、醋酸乙烯等有機化工原料的生產均離不開貴金屬催化劑。
催化技術是綠色環(huán)保的生產技術，在環(huán)保政策日益嚴格的情況下，綠色催化技術也將催生新的市場，如 PVC 生產用無汞催化劑。PVC 具有高耐受性、耐磨性、絕緣性、易加工和成本較低等特點，廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、國防、化學建材等重要領域。2022 年度，國內 PVC 總產能達到 2,810 萬噸，總產量 2,090 萬噸。
PVC 主流生產工藝為乙炔法（電石法），以氯化汞作為催化劑的活性組分，雖然成本低，但對生態(tài)環(huán)境污染較為嚴重。我國是《關于汞的水俁公約》的締約國，需要嚴格限制并減少使用汞或汞化合物的生產氯堿。目前，金基無汞催化劑被認為是最有望替代氯化汞催化劑應用于乙炔氫氯化的無汞催化劑。根據國內PVC 產能產量以及金基無汞催化劑效率等指標進行測算，預計金基無汞催化劑年需求量在 1 萬噸左右，市場前景較為廣闊。
（3）環(huán)保領域
環(huán)保領域已成為貴金屬催化材料重要的應用領域之一，如工廠有機廢氣凈化處理、水處理以及環(huán)境監(jiān)測等。
1）工業(yè)廢氣、廢水處理
工業(yè)廢水和廢氣處理為環(huán)保治理的重中之重。在工業(yè)廢水處理方面，催化濕式氧化技術特別適用于治理高濃度、難降解有機工業(yè)廢水，如染料廢水、農藥廢水、石化廢水、焦化廢水、造紙廢水等，市場空間巨大。在工業(yè)廢氣處理方面，催化燃燒可以在較低溫度下通過催化劑將幾乎所有的有機廢氣氧化成二氧化碳和水，如 PTA（對苯二甲酸）廢氣、MMA（甲基丙烯酸甲酯）廢氣、丙烯酸廢氣等催化燃燒處理，具有很好的發(fā)展前景。
2）甲醛凈化處理
近年來，關于甲醛對人類影響的報道越來越多，人們越來越關注生活環(huán)境，對甲醛的治理研究也引起社會及研究學者的重視。催化氧化技術處理甲醛是比較環(huán)保、高效、徹底的處理技術，其核心是催化劑。
（4）新能源領域
國家近年來重點支持氫燃料電池汽車，推動產業(yè)化發(fā)展。氫能利用也將由最初的燃料電池汽車逐漸向其他交通領域擴展，燃料電池船舶、燃料電池無人機也成為發(fā)展重點，德國、美國、日本、韓國等國家均較為重視氫能在交通領域的產業(yè)化進程。燃料電池電堆是整個燃料電池產業(yè)鏈的核心，主要由雙極板、催化劑、膜電極、質子交換膜等構成，其中催化劑和雙極板的成本占比較高。燃料電池是鉑金屬催化劑重要的潛在消費市場。
隨著各國政府對氫燃料電池汽車產業(yè)的扶持及關鍵技術的突破，未來燃料電池汽車產業(yè)將迎來爆發(fā)式增長。根據中國汽車工程學會發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖》，2030 年至 2035 年，中國燃料電池汽車保有量將達到 100 萬輛左右。中國氫能聯(lián)盟編制的《中國氫能源及燃料電池產業(yè)白皮書》預測，到 2035年，燃料電池系統(tǒng)產能為 150 萬臺套/年，預計將會帶來大量的鉑金屬催化劑需求。
催化燃燒設備中，貴金屬催化劑以其卓越的化學穩(wěn)定性和超凡的催化活性，傲然屹立于VOCs（揮發(fā)性有機化合物）治理技術的巔峰，成為催化燃燒工藝中的首選瑰寶。這些貴金屬元素，如同自然界的稀世珍寶，以其獨特的電子排布，賦予了催化劑表面無與倫比的反應活性位點，能夠高效促進VOCs分子與氧氣的親密接觸，加速其氧化分解的進程，將污染轉化為無害的二氧化碳和水蒸氣，守護著環(huán)境的清新與純凈。
在應對含C、H、O元素的復雜VOCs家族時，貴金屬催化劑展現(xiàn)出了極高的適應性，無論是“溫文爾雅”的烷烴、“活潑好動”的烯烴，還是“芳香四溢”的芳烴，乃至醇、酮、有機酸、酯等各式成員，均能在其催化作用下，溫順地步入氧化分解的殿堂。這一過程，猶如一位技藝高超的樂師，指揮著各類VOCs分子和諧共舞，最終奏響清潔空氣的樂章。
然而，正如世間萬物皆有其兩面，貴金屬催化劑亦非完美無缺。其脆弱的本性在面對高溫燒結或有毒物質侵襲時，易顯露出脆弱的一面，導致催化活性的驟減乃至完全喪失，猶如璀璨星辰因塵埃遮蔽而黯淡無光。此外，其對特定環(huán)境的選擇性偏好，尤其是在氯化物存在時的不穩(wěn)定表現(xiàn)，更需我們在應用過程中精心呵護，避免“明珠暗投”，確保催化燃燒系統(tǒng)持續(xù)高效、穩(wěn)定運行。
貴金屬催化劑是催化劑大家族里面的一種，可定義為含貴金屬(金、銀、鉑、釕、銥、鋨、鈀、銠等)的催化劑材料
貴金屬催化劑與金屬催化劑與金屬催化劑相比：
1）不易發(fā)生化學反應，性質相對來說非常穩(wěn)定，容易儲存；
2）擁有更高的性能(催化活性和選擇性)；
3）提高反應的選擇性和催化劑的壽命，降低催化劑的成本；
4）合成條件溫和、合成方法簡單。
應用：以鉑為催化劑的接觸法制造硫酸、鉑網催化劑用于氨氧化制硝酸、Ag／Al2O3催化劑用于乙烯氧化制環(huán)氧乙烷、Pt／Al2O3催化劑用于石油重整生產高品質汽油、汽車排氣凈化用貴金屬催化劑等。
貴金屬催化劑由于其無可替代的催化活性和選擇性,在石油、化工、醫(yī)藥、農藥、食品、環(huán)保、能源、電子等領域中有著廣泛的應用。