我国催化剂产业如何高效“催化”？

    炼油化工领域的催化剂种类有很多，每种催化剂都有着独特的应用领域和性能特点。

催化裂化催化剂 催化裂化催化剂是炼油领域用量最大的催化剂，主要作用是将高分子烃分解成低分子烃，从而生产汽油、烯烃、液化气等高价值产品。目前主要采用分子筛类催化剂，其规则的晶格结构和均匀的孔径保证了高选择性和稳定性，提高汽油产率和辛烷值，尤其Y型分子筛具有优异的裂化性能，广泛用于催化裂化过程。全球主要催化裂化催化剂生产商格雷斯、巴斯夫、中国石化等持续优化分子筛及助剂结构与配方，开发高轻油收率、多产低碳烯烃、提高汽油辛烷值、降低稀土含量、汽油深度脱烯烃等系列催化剂，提高催化性能，降低生产成本。中国石化配套开发了DCC（深度催化裂化），CPP（催化热裂解），MIP（多产异构烷烃的催化裂化）等催化裂化新工艺，得到广泛应用。

加氢催化剂 炼油过程中加氢催化剂主要用于脱除燃料油中硫、氮、重金属等污染物，通过加氢催化剂，对汽油和柴油进行深度脱硫，在不降低烯烃饱和度的情况下实现高辛烷值/十六烷值清洁燃料油的生产，保障车辆尾气达标排放。加氢催化剂还可用于加氢裂化过程，重质油发生催化裂化反应的同时伴有烃类加氢、异构化等反应，从而转化成质量较好的汽油、煤油和柴油等轻质油。加氢催化剂主要由过渡金属（铂、钯、镍等）或其氧化物，以及载体（氧化铝、活性炭等）组成，近年来开发了多种金属-分子筛双功能催化剂，兼具汽、柴油的加氢与改质性能，具有高效、低成本的优势。

重整催化剂 重整催化剂主要用于将低辛烷值（RON 40-60）石脑油转化为高辛烷值（RON 90-100）汽油调和组分，或者将直链烷烃转化为芳烃，并副产氢气。重整催化剂通常由铂族金属、氧化物和载体组成，近年来采取调整载体结构、酸性和引入第三金属等方式以提高催化剂选择性，增加碳五+收率和氢气产率，降低催化剂积炭速率和提高装置处理量。全球连续重整催化剂主要供应商有霍尼韦尔 UOP、阿克森斯和中国石化。

异构化催化剂 异构化催化剂主要是将直馏汽油或重整抽余油中的直链烷烃转化为支链烷烃，从而提高汽油辛烷值。异构化催化剂通常由含有铂族金属的物质组成，以氧化铝或分子筛为载体，具有较高的异构化活性和选择性。全球异构化催化剂主要供应商有霍尼韦尔UOP、阿克森斯和中国石化。

合成氨催化剂 传统H-B法合成氨过程以美国凯洛格公司工艺为代表，包括氢气与氮气制备、气体净化、氨合成等单元。氨合成过程主要采用铁基催化剂。由于氮气分子较难活化，合成氨通常需要高温、高压反应条件，造成能耗和碳排放较高。近年来人们积极开发低温低压合成氨工艺，其中高活性催化剂是关键，不仅需要高效活化氮气分子，而且要有利于中间物种及产物的进一步转化或脱附。目前研究进展较快的是铁钌接力催化剂及过渡金属-氢化锂双活性中心催化剂体系等，已经接近商业化应用水平。

甲醇合成催化剂 工业上应用较广的中低压甲醇合成工艺，主要采用铜基或锌基催化剂。甲醇装置的大型化发展，对甲醇合成催化剂提出新的要求，不仅要具有较高的转化率和选择性，而且要具有良好的导热性。西南化工研究设计院研发的XNC-98-5催化剂已在大型甲醇装置上成功应用，实现了国内技术突破。随着绿色甲醇迎来发展新阶段，绿氢与二氧化碳进行加氢合成甲醇工艺成为催化剂研究的重点领域，可采用铜系氧化物、其他金属氧化物或硫化物等作为催化剂。丹麦托普索、德国鲁奇、英国庄信万丰等已掌握较为成熟的二氧化碳加氢催化剂技术，全球市场占有率约70%；国内相关催化剂研究总体处于小试或中试阶段。

聚烯烃催化剂 聚烯烃催化剂结构决定了聚烯烃的结构，包括分子量及分布、共聚单体含量及分布、聚合物的规整度等。目前工业上主要采用齐格勒-纳塔型催化剂，全球供应商主要有美国巴塞尔、格雷斯，中国石化等，此类催化剂以氯化镁、二氧化硅等无机物为载体，在乙烯或丙烯聚合中通常加入电子化合物，以提高催化剂活性和立体选择性。近年来，茂金属和非茂金属等单活性中心催化剂得到快速发展，尤其茂金属催化剂是聚烯烃弹性体（POE）、环烯烃共聚物（COC/COP）等高端聚烯烃制造工艺的核心，其制备技术难度大，原料甲基铝氧烷（MAO）壁垒高，主要供应商是陶氏化学、埃克森美孚、道达尔等国外公司，国内高端茂金属催化剂依赖进口。

聚酯催化剂 聚酯合成一般有酯化/缩聚和开环聚合（ROP）两种反应途径。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等芳香族或脂肪族聚酯合成通常采用酯化/缩聚工艺，以锑与钛系催化剂为主，尤其钛系催化剂具有常温不水解、不含重金属元素、活性高、添加量少等优点，是环境友好型聚酯催化剂；聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）等开环聚合过程最常用的是锡类催化剂，具有副反应少，合成的聚合物分子量高、分布窄，聚酯链结构易调控等优点。未来，聚酯催化体系将进一步减少锑、镍等重金属元素的使用，研究有机催化剂、离子液体等绿色催化剂的工业应用可能性，并结合聚酯合成工艺优化，开发高效、绿色的催化体系。

据统计，2023年全球炼油化工催化剂市场价值约261.83亿美元，比上年增长约1.2%。随着催化剂应用领域的拓展及下游产业规模的扩大，未来全球催化剂市场规模将呈持续扩大态势。预计2023~2028年全球炼油化工催化剂市场年均复合增长率为1.2%，2028年将达274.59亿美元。

从地区分布看，我国和北美是全球炼油化工产业规模最大、发展增速最快的国家和地区，因此炼油化工催化剂市场规模较大，合计价值占比超过50%。在2021年前后，我国炼油和乙烯产能均已超过美国，成为世界第一石化大国，炼油化工催化剂市场规模位居第一。

从应用领域看，炼油催化剂占24%、化学工艺催化剂占35%、聚合催化剂占41%。其中，流化催化裂化（FCC）催化剂需求量最大，占比约81%；加氢裂化、加氢处理、加氢脱蜡等加氢催化剂占13%；石脑油重整和异构化催化剂占4%；其他占2%。随着全球清洁燃料需求增长，汽柴油产品向降烯烃、低硫化方向发展，未来炼厂加氢处理催化剂需求量将进一步增长。在新的催化剂配方和工艺取得突破的前提下，轻质石脑油异构化逐渐成为提高汽油辛烷值的重要途径之一，促进了异构化催化剂的消费。此外，“油转化”进程加快，用于多产轻质烯烃和芳烃的炼油催化剂（如深度催化裂化催化剂和重整催化剂）用量增速也将有所提升。

据统计，我国炼油化工催化剂产能超过65万吨/年，年产量44.6万吨，其中化学工艺催化剂市场规模增速最快。

全球炼油化工催化剂主要供应商大致分为五类：第一类是拥有基础原材料专属或受控来源的公司，例如英国庄信万丰，是南非勒斯滕堡铂金矿的唯一市场经销商，也是全球最主要的贵金属分销商之一，在贵金属催化剂领域具有明显优势；第二类是自身有大量催化剂需求的公司，例如日本触媒（马来酸酐和环氧乙烷的氧化催化剂）、巴斯夫（各种石化催化剂）、中国石化（多种炼油和石化生产催化剂）；第三类是拥有核心生产技术的公司，例如美国格雷斯（拥有先进的二氧化硅合成与改性技术）和科莱恩（拥有成熟的分子筛技术）；第四类是选择催化剂作为核心业务领域并拥有专门制造厂的化工公司，例如赢创（用于精细化学品选择加氢的金属催化剂）、雅宝等；第五类是配套专有技术、为技术许可方供应催化剂的技术公司和工程公司，例如霍尼韦尔UOP（MTO催化剂、连续重整以及甲苯歧化与烷基转移催化剂）、阿克森斯（连续重整、选择加氢与异构化催化剂）和日本日挥触媒化成等。

从产品种类、生产规模、综合竞争力水平看，全球炼油化工催化剂主要供应商有美国格雷斯、陶氏化学、埃克森美孚、霍尼韦尔UOP，德国巴斯夫，英国庄信万丰，丹麦托普索，日本日挥触媒化成，法国阿克森斯等。

国内最大的催化剂供应商是中国石化催化剂公司，拥有炼油化工催化剂生产装置37套，产品涵盖炼油、聚烯烃、有机原料、煤化工用催化剂、吸附剂及助剂六大类近300个品种，产能达到24万吨/年，占我国炼油化工催化剂产能比例超过1/3，其母公司中国石化是我国最大的催化剂消费企业。中国石化多种催化剂产品还远销欧洲、美洲、东南亚、非洲等国际市场。此外，我国还有中触媒、抚顺新瑞、淄博齐茂、凯达科技、北京高新利华等多家民营催化剂公司。

总体上看，国外催化剂生产已有上百年历史，全球炼油化工催化剂主要供应商的产品种类繁多且性能优良，具有较强的市场竞争力，占据了中高端催化剂市场的大部分份额。随着国内炼油化工产业的发展，催化剂的国产化替代工作取得积极进展，但关键性指标及产品迭代速度与全球炼油化工催化剂主要供应商相比仍存在一定差距，贵金属催化剂、专用化学品生产用催化剂等高端产品主要依赖进口，国内催化剂企业仍需加快提升催化剂研发能力，开发先进制备工艺，提高催化剂质量与技术含量。

在当前“双碳”工作稳步开展和生态文明建设纵深推进的背景下，我国炼油化工行业加快绿色低碳、提质高效发展转型，催化材料与应用技术将发挥关键核心作用。随着国内经济稳中有进和科技创新加速突破，催化剂产业驶入高速增长的快车道，专业化、规模化的技术型企业不断涌现，已具备与国际公司同台竞技的条件，优势企业的产品质量已超过同类国外产品，甚至走向国际市场。在以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局下，国产化替代是大势所趋，炼油化工催化剂产业将迎来发展新机遇。

未来催化剂发展趋势是进一步通过科技创新，在提高催化剂性能、拓展应用领域的同时，减少催化剂本身及催化反应对环境、安全和健康的不良影响。重点包括五个方面：

一是开发化石资源高效转化用新型催化剂及催化技术，如单原子催化、靶向催化、接力催化、等级催化等，耦合等离子体、超重力、微化工等过程强化技术，大幅提高反应的原子经济性，实现高度专一性的化学反应。

二是开发环境友好型催化剂替代对环境有害的催化剂，如固体酸碱催化剂替代无机酸、无机碱，并改进催化剂制备技术，例如不采用有机模板剂或采用低毒模板剂替代传统有机模板剂，以及无溶剂的方法制备分子筛，减少催化剂生产中有机废水和含氮废气的产生。

三是围绕烷烃脱氢、二氧化碳化学转化、废弃高分子材料循环利用等新工艺，以及生物化工、电化学、不对称化学合成等新反应，开发相应的新型催化剂，加快形成技术突破与工业应用。

四是利用先进的组合化学和高通量筛选技术，加快催化剂的筛选与开发，构建催化新材料，以及催化材料基因库。未来更先进、更复杂的人工智能系统和技术也将应用于催化材料的研制与生产，转变传统经验指导、试错研究的研发模式，推动催化新材料更加高效、快速开发。

五是开展废催化剂回收利用，包括开发废弃金属与废弃金属氧化物催化剂的回收技术，以及湿法提磷+水热制备A型分子筛的甲醇制烯烃（MTO）废弃催化剂回收技术等，并针对市场需求开发小型废催化剂处理橇装设备，实现废弃催化剂资源化利用向绿色化、高效化发展。

LC-01二氧化硫低温氧化催化剂

——实现国内首次工业化应用

LC-01二氧化硫低温氧化催化剂是以煤基活性炭作为载体原料，采用特殊方法制备的烷基化废酸再生尾气处理催化剂，具有良好的活性稳定性和可再生性，能够满足烷基化废酸再生尾气处理的使用要求。今年7月，齐鲁石化自主研发的二氧化硫低温氧化催化剂在该公司胜利炼油厂3.5万吨/年烷基化废酸装置实现首次工业化应用，装置开车后运行平稳，尾气二氧化硫含量持续小于1毫克/立方米，远优于50毫克/立方米的指标要求，成功实现催化剂的国产化替代，大幅降低了采购成本。

STRONG沸腾床渣油加氢技术催化剂

——有效填补国内同类催化剂空白由大连院开发、催化剂公司生产的STRONG沸腾床渣油加氢和煤基油加氢系列催化剂，以特定的氧化铝为载体，优化分布活性组元和助剂，兼顾强度、耐磨性能和反应性能。微球形沸腾床系列催化剂制备工艺成熟，粒度大小及分布容易控制和调整，产品收率高，耐磨损性能好，微球加氢催化剂高效连续化制备为国内外首次，可满足渣油加氢和煤液化油、煤焦油加氢装置生产需要，有效填补了国内同类催化剂空白。

2020年，榆能集团某企业50万吨/年煤焦油加氢装置采用STRONG沸腾床技术FEC-10催化剂，装置运行平稳、产品质量优良，为企业带来经济效益。工业装置运行和标定结果表明，催化剂各项技术性能达到国际先进水平。

此外，山东某企业200万吨/年渣油加氢装置采用STRONG沸腾床渣油加氢技术进行设计，2025年中交。该装置建成投产后，可实现STRONG沸腾床加氢技术在渣油领域首次百万吨级工业应用，对沸腾床渣油加氢技术和催化剂应用具有里程碑意义。

移动床丙烷脱氢PST-100催化剂

——刷新连续运行时间世界纪录

移动床丙烷脱氢 PST-100 催化剂适用于移动床丙烷脱氢工艺，该催化剂以特定的氧化铝小球为载体，活性组元和助剂优化分布，具有活性和选择性高、积炭速率低、强度高、粉尘量少、持氯能力强、用途多样的特点。

石科院丙烷脱氢催化剂研发团队基于数十年的连续重整催化剂及移动床工艺的研发和应用基础，于2016年成功开发出第一代拥有自主知识产权的移动床丙烷脱氢PST-100催化剂，2017年在催化剂长岭分公司实现工业生产。截至目前，石科院移动床丙烷脱氢催化剂已在9套装置上实现工业应用。2018年，PST-100催化剂在国内某45万吨/年移动床丙烷脱氢装置实现首次整装工业应用，装置一次开车成功。连续运行3年后，技术审查组对PST-100催化剂给予综合性能达到国际领先水平的高度评价。PST-100丙烷脱氢催化剂持续保障该装置长周期连续稳定运转超过65个月，为国内外同类催化剂之最，刷新了世界纪录。

2023年7月，PST-200催化剂在某企业60万吨/年移动床丙烷脱氢装置实现首次工业应用，并一次开车成功，装置的标定结果表明，新一代PST-200催化剂反应性能优异，丙烯选择性高，待生催化剂碳含量大幅降低。

丙烯氨氧化制丙烯腈催化剂

——综合性能达到国际领先水平

丙烯腈催化剂适用于流化床丙烯氨氧化制丙烯腈工艺，该催化剂是由特定的氧化硅为载体，由铁、镍、铋、钼等多种元素组成的多元复合金属氧化物，活性组分分布均匀，具有丙烯腈收率高、耐压强、低温活性高、稳定性优异、清洁性好的特点，特别是最新牌号的SANC-11+催化剂。

截至目前，丙烯氨氧化制丙烯腈催化剂已在国内外多套装置上实现工业应用。2020年，SANC-11+催化剂在国内某13万吨/年流化床丙烯氨氧化装置实现首次整装工业应用，并一次开车成功。连续稳定运行一年后，技术鉴定组专家对SANC-11+丙烯腈催化剂给予高度评价：“丙烯腈单收率为81.5%，制备1吨丙烯腈消耗1011.6千克丙烯、493.4千克氨。工业试验期内，装置运行平稳，产品质量及装置外排污水未发生异常，产品合格且均为优级品，四效外排污水合格。SANC-11+催化剂具有丙烯腈收率高、耐压性强、低温活性高、稳定性优异等特点，综合性能达到国际领先水平。”

一审一校：黄杨

二审二校：何玲

三审三校：雷振友