分子筛的结构及其意义,分子筛的吸附原理

首页 > 教育 > 作者:YD1662024-04-06 06:08:52

我国催化剂行业整体进口依赖度高,是全球分子筛催化剂市场最大的国家之一。催化剂产品的生产技术具有多学科、 相互渗透、交叉应用的特点,生产工艺复杂,技术难度高。由于我国催化剂产业相比国外企业存在较大差距,国际大 型化工企业拥有先进催化剂的知识产权与工业化生产能力,因此我国环保、能源化工及精细化工行业对于国外催化剂 的进口依赖较为严重。2020 年我国催化剂行业进出口总额 25.03 亿美元,其中出口总额 5.52 亿美元,贸易逆差达 到 13.99 亿美元。分子筛催化剂在北美地区和中国的消费量分别为 12.4 万吨和 10.2 万吨,全球占比分别为 38%、 32%,不同分子筛催化剂价格差异较大。

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分子筛催化剂国产替代将成为我国催化剂行业重要发展趋势。近年来,随着我国经济结构调整进程逐步深化和对关键 领域自主知识产权重视程度的提升,已经涌现出了一批具备较强科研与生产能力的催化剂研发制造企业,其产品已实 现进口替代并逐步得到市场认可,部分产品在国际市场上也具备较强的竞争力。在较长时间内,催化剂产品的国产替 代过程将成为我国催化剂行业发展的主要趋势。

国家政策鼓励和支持分子筛催化剂相关产品技术开发。由于分子筛催化剂行业主要被国外厂商垄断,故而国家对相关 技术存在支持政策,主要包括:《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》明确把石油化工、精细化工及 催化、分离材料列入优先发展主题中;《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2011 年度)》明确优先发展加 氢裂化催化剂和相关技术;《新材料产业”十二五”发展规划》把“石油裂化催化材料”作为重点项目之一;《产业结构调 整指导目录(2019 年本)》将环保催化剂和助剂列为鼓励类等。(报告来源:未来智库)

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2、传统行业市场需求空间大,国六领域需求增速快

分子筛催化剂传统市场以炼油和化工行业为主,尾气脱销等环保领域快速发展。分子筛作为一类无机非金属多孔晶体 材料,具有“筛分分子”和“择形催化”的作用,能有效分离和选择性活化不同的分子及有机烃类分子。能源化工及精细 化工行业可被细分为石油化工行业、炼油行业和煤化工三个行业;其中精细化工行业为石油化工的下游延伸,主要提 供附加值较高、与终端产品关联度较大的化工产品。由于分子筛的特性,工业上常被用作催化材料,吸附分离(多组 分气体分离与净化)材料以及分离交换材料中的主要活性成分,广泛应用于石油化工、煤化工、精细化工、冶金、建 材、环境保护(包括核废水、核废气处理)、土壤修复与治理等领域。

(1)ZSM-35 分子筛及催化剂主要应用于烯烃异构化反应。其主要作为异丁烯生产过程中的催化剂。异丁烯下游产 品包括多种农药、染料、香料、汽油添加剂、医药中间体、日化用品、有机玻璃等。烯烃异构化催化剂性将显著影响 异丁烯的收率与选择性,是异构化法生产异丁烯的关键。

(2)ZSM-5 分子筛为石油化工领域的重要分子筛之一。其在柴油临氢降凝、加氢裂化、催化裂化、择形催化、低烃 烷基化、异构化、芳构化、脱蜡降凝等领域均具备广阔的应用前景,主要作为吡啶及吡啶下游产品生产过程中的催化 剂。吡啶是目前用途开发最多的杂环化合物之一,用途广泛,深加工前景广阔。

(3)Y 型、β 分子筛及催化剂主要应用于石油化工行业中催化裂化、加氢裂化的反应环节。炼油工艺和设备的改进 速度落后于需求变化,使得炼油行业对于催化剂的更新迭代提出了更高要求,炼油行业中常用分子筛及催化剂如 Y 分 子筛、β 分子筛等催化剂产品的研发升级与质量改进则成为目前炼油行业的重要关注点。

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我国炼油催化剂处于世界先进水平,石油化工催化剂仍有提升空间。炼油催化剂一般可分为催化裂化催化剂、催化重 整催化剂、加氢精制催化剂与加氢裂化催化剂四类,催化剂技术为实现原油高效转化和清洁利用的关键核心技术;炼 油催化剂主要由基质和活性组分组成,其中的活性组分主要为分子筛。2017-2020 年全球炼油催化剂需求量年均增长 3.6%,其中催化裂化催化剂占全球炼油催化剂市场 40%。随着全球范围内原油的重质化、劣质化、高质量轻质油品 需求量的增加、环保法规的实施以及要求装置多产烯烃等化工品,催化剂在炼油过程中的地位越来越重要。目前巴斯 夫、美国格瑞斯公司已经开始研发多产丁烯助剂用于流化催化裂化催化剂,我国主要厂家催化剂产品已经具备与国际知名化工企业产品竞争的实力。石油化工行业中超过 90%的反应均需要催化剂参与,石油化工行业对催化剂的需求占 整个工业催化剂需求近 70%。我国石油化工领域催化剂在技术和规模方面与国外差距较大,大部分企业从事低端催化 剂生产。我国石油化工产业快速发展,催化剂是行业高质量发展的重要保证,未来市场规模将持续提升。

钛硅分子筛催化剂主要应用于烯烃环氧化与酮氨肟化两个过程,主要用于己内酰胺和环氧丙烷生产。以钛为活性中心 的分子筛具有优异的催化氧化性能,在以过氧化氢或烷基过氧化氢为氧化剂时,能够参与烯烃的环氧化、芳烃羟基化、 醛酮氨肟化、烷烃氧化等许多重要的反应,被普遍认为是环境友好的绿色催化剂。

(1)己内酰胺是尼龙-6 切片的重要原料,近几年国内尼龙 6 产业链持续扩产,我国己内酰胺制备方法主要为氨肟化 法(HAO 法)和硫酸羟胺法(HPO 法),其中氨肟化法更符合绿色化工的要求,对于原子的完全利用率更高,有着 更好的发展前景与技术优势。目前兰花科技、巴陵石化、山西潞宝等多数企业己内酰胺生产均采用氨肟化法。氨肟化 法使用钛硅分子筛作为催化剂,经过长期发展,目前已能够实现国产化供应。

(2)环氧丙烷是石油化工行业重要中间体,下游主要产品有聚醚多元醇、丙二醇及碳酸二甲酯、丙二醇醚等。国内 制备环氧丙烷生产工艺主要有氯醇法、共氧化法、直接氧化法(HPPO)等,其中氯醇法占比超过 50%,但由于存在 设备腐蚀严重、生产污水量大等问题,2015 年起禁止新建氯醇法装置,HPPO 法工艺需要使用钛硅分子筛催化剂。 2021 年我国环氧丙烷产能 539 万吨/年、产量 370 万吨,未来行业新建产能将以 HPPO 法为主。目前中触媒在环氧 丙烷生产工艺包,技术优势明显,将受益于钛硅分子筛催化剂需求增长。

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