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我国精细化工用 贵金属催化剂成长加速
2019年22期 发行日期:2019-11-14作者:■ 本刊编辑部

精细化工是当今世界化学工业发展的战略重点,也是发展最快的经济领域之一。在医药、农药、食品添加剂等精细化工领域中,各有机化学反应中如氢化、氧化脱氢、催化裂解、加氢脱硫、还原胺化、调聚、偶联、歧化、扩环、环化、羰基化、甲酰化、脱氯以及不对称合成等反应中,贵金属均是优良的催化剂。特别是新产品的开发,基本上都要依赖于贵金属催化剂。因此,在我国向精细化工强国迈进的阶段,贵金属催化剂产业也将获得成长加速度。

国际巨头垄断全球市场
   
    催化技术是当今重要的高新技术和绿色环保技术之一,也是带来巨大经济效益和社会效益的技术。贵金属催化剂凭借较高的催化活性和选择性,以及耐高温、抗氧化、耐腐蚀等综合优良特性,在石油化工、精细化工、环保、能源、电子等领域占有极其重要的地位,成为最重要的催化剂材料之一,其中铂、钯、钌、铑等是最常用的贵金属催化剂品种。
    贵金属催化剂主要用于加氢合成有机产品,在新产品开发中许多工艺都要使用加氢技术。当前,贵金属催化剂主要由国外生产,国际巨头几乎垄断了全球贵金属催化剂市场。
    在美国、西欧等国家的石油产品中,加氢产品数量已占总量的70%~80%,而我国约占30%;在中国专利局已公布的催化剂类授权专利中,国外专利占了70%。因此,加快我国加氢催化剂及其工艺的开发,为炼厂、化工等行业提供催化性能优、价格低的产品,既是满足国内石油、化工产品市场的发展需要,又是参与国际市场竞争的需要。

我国贵金属催化剂快速成长
 
    我国是贵金属催化剂应用大国,但也是研究和生产小国,催化剂研究和生产与实际应用严重不符。我国贵金属催化剂生产企业起步普遍较晚,但随着持续的研发投入,以及下游精细化工、石油化工、医药、环保工业、燃料电池等领域的需求增加,国内贵金属催化剂行业迎来了快速成长,产品产能及产量都有了显著的提升,企业整体实力不断增强。
    近年来,我国涌现出了一些在特定应用领域具有一定技术优势的企业,如西安凯立、杭州康纳、陕西瑞科、杭州凯大、浙江冶金院、陕西开达、上海讯凯等企业。
    其中,大部分企业目前规模还较小,产品相对单一。如江苏欣诺科、浙江冶金院、杭州凯大在均相催化剂方面研究生产较多,特别是杭州凯大在铑派克催化剂市场份额较高;而陕西瑞科、杭州康纳则以炭载催化剂为主,尤其是杭州康纳在废水处理方面走在其他企业前列;陕西瑞科通过和优美科的合作,在积极拓展均相催化剂市场。
    西安凯立新材料股份有限公司依托西北有色金属研究院和新型贵金属催化剂研发技术国家地方联合工程研究中心等平台,承担了多项国家、省、市科研项目,是目前国内综合实力最强、体量最大的贵金属催化剂研究生产企业。该公司  依托长达30多年的技术积累和国内成熟的技术平台,已研究、开发出了活性炭负载、氧化物负载、有机物负载贵金属催化剂,均相催化剂,手性催化剂,专用催化剂等上百种催化剂,以及100多种催化合成/反应工艺技术。能为客户提供钯系、铂系、铑系、钌系、铱系等丰富的贵金属催化剂产品。同时,在连续催化、环保催化等方面也广泛涉猎,引领了我国精细化工贵金属催化剂的发展。


贵金属催化剂支撑  
  精细化工产业快速发展

   
    贵金属催化剂在精细化工领域应用非常广泛,也成为精细化工行业发展的物质基础和核心支撑。我国精细化工领域贵金属催化剂年用量大约在1000吨左右,其中一半由使用厂家自己生产;而独立的催化剂生产企业中,西安凯立的市场占有率领先,达到20%以上。
    精细化工行业中,化学原料药和中间体是贵金属催化剂最大的应用领域。2017年,全球原料药市场总产值为1550亿美元,预计到2021年将达到2250亿美元,增长势头稳定。目前,我国已经是全球原料药主要生产国与出口国。2011—2016年,我国化学药品原料药制造行业年复合增长率达10.54%,2017年行业实现销售收入5735亿元。其中,抗生素(培南类,莫西沙星,氨曲南等),抗病毒药物(治疗丙肝、HIV、非典、流感等),新一代靶向肿瘤治疗药物,维生素,降血脂、降血压等心血管类药物,治疗风湿病、皮肤病等甾体类激素类药物等的生产都需要大量使用贵金属催化剂。
    1.培南类抗菌药物
    培南类抗菌药是目前抗菌谱最广、抗菌活性很强的一类新型抗菌药物,被誉为“人类抵抗细菌感染的最后一道屏障”。近2年来,我国培南类抗生素药物的年销售增长率高达32.4%,高居国内各抗感染药之首。2010—2017年我国美罗培南产量变化趋势见图1。


    我国培南生产用Pd/C催化剂主要来自于西安凯立和陕西瑞科等催化剂生产企业,其中,西安凯立占有60%以上的市场份额,也是培南均相催化剂的主要供应商。  
    2.抗病毒药
   IMS Health数据显示,2015年全球抗感染类药物年销售额达1084亿美元,2021年将增至1832亿美元,复合增长率达7.7%。这类药的原料药生产中几乎都要用到贵金属催化剂。
    在抗病毒药生产用催化剂方面,西安凯立涉足较多,无论在多相还是均相催化剂方面都有较大的领先优势。其中,盐酸伐昔洛韦Pd/C催化剂主要生产企业是西安凯立和陕西瑞科,陕西瑞科市场份额相对较大。
    3.普利类药物
    普利类药物(血管紧张素转化酶抑制剂)是三大降压药之一。几乎所有普利类原料药的生产都要使用贵金属催化剂,年消耗量在30吨左右。该类药的催化剂市场主要被国外企业占据。
    4.维生素
    目前,我国已发展成为维生素产品生产和出口大国,在国际市场上具有举足轻重的地位,维生素C、维生素E(VE)、维生素B2、维生素D3、维生素H等产品的生产技术及市场占有率均处于世界领先水平。在生物素、天然VE用催化剂中,陕西瑞科市场占有率较高。合成VE用催化剂均为VE生产企业自己生产。2010—2016年国内维生素产量变化见图2。


    5.农药
    我国是农药和农药原料药生产大国,许多农药原料和中间体都占据世界前列,2016年我国化学农药原药(折有效成分100%)产量为377.8万吨。
    在农药原料和中间体生产中也需要广泛使用贵金属催化剂,尤其是近几年研发的新药大量使用贵金属催化剂,而且种类多样。如若康宽、茚虫威、麦草畏、呋虫胺、包卫、氟胺草酯、唑啉草酯、啶酰菌胺、联苯菊酯等。
    在农药领域,西安凯立、杭州康纳、陕西瑞科的贵金属催化剂表现亮眼,其中西安凯立在多个农药新药中占有率较高。
    6.染料、颜料
    我国是世界最大的染料生产大国,2016年全国染料总产能为133万吨,同比增长5.6%。预计到2021年,染料行业销售收入将达到1246亿元,年均增速为6%~8%。在颜料中间体生产用催化剂中,西安凯立和杭州康纳表现比较突出,特别是黄色颜料中间体DCB催化剂国内只有西安凯立和杭州康纳可以生产。
    7.香精香料
    香精香料是精油、天然提取物和芳香化合物原料或其混合物,广泛应用于食品、制药、烟草、纺织等领域。香精香料及其中间体的合成主要涉及选择性加氢还原,尤其是α,′β-不饱和醛酮的选择性加氢,其中贵金属催化剂具有良好的选择性加氢性能,在香精香料工业生产中得到广泛的应用。其市场主要被国外产品占领。
    8.其他
    在松香生产中,催化剂来源主要包括国外进口、西安凯立、杭州康纳,其中西安凯立占据较高的市场份额。而强力霉素生产所需催化剂均为企业自己生产。
    莫西沙星Pd/C催化剂主要生产企业有西安凯立和陕西瑞科等,其中西安凯立占有较大的市场份额。
    近年来,靶向药物——替尼类小分子抑制剂全球市场规模年复合增长率为10%。西安凯立紧跟替尼类小分子的进展,在小分子抗肿瘤药生产催化剂方面优势明显。  

市场广阔  未来改进与提升聚焦四大方向
    
    由中国化工学会牵头完成的《2017—2025年精细化工行业发展的设想与对策》课题中指出:2016年我国精细化工率只有48%,而美国、欧盟及日本化工精细化工率接近或超过60%。该课题对精细化工行业的升级路线提出了详尽规划:“2017—2020年是精细化工2.0时期;2021—2025年将进入3.0时代, 2025年精细化工率要提高到55%;2025—2030年则将转入精细化工4.0,目标是成为精细化工强国。”贵金属催化剂的应用几乎遍及精细化工各个行业,精细化工的快速发展必将为贵金属催化剂提供广阔的市场空间。
    尤其是随着国家对环境和节能要求的日益严格,精细化工产品生产工艺必将向绿色环保的催化工艺发展。如农药、颜料染料行业大量运用铁粉、硫化碱等进行还原反应,须使用汞盐作为催化剂,流程长、浪费多,且操作环境恶劣;而采用催化加氢技术可以有效减少浪费,简化流程,且污染小、效率高、产品质量好,这为贵金属催化剂的应用带来了更多的增长空间。而精细化工领域废水和废气处理也为贵金属催化剂提供了新的应用需求。
    此外,作为我国重点发展的七大战略性新兴产业之一,化工新材料的快速发展将为贵金属催化剂带来新的市场。氟材料、硅材料、高端纤维、液晶和OLED、生物降解材料等化工新材料的快速发展必将有力助推贵金属催化剂的需求增长。
    据统计,当前我国精细化工领域进口贵金属催化剂使用量还比较高,每年约在100吨左右,特别是一些高端催化剂我国还没有企业能够稳定量产,国产贵金属催化剂发展任重道远。  
    随着精细化工领域技术的不断发展与提升,涉及的合成反应对催化剂的性能要求也越来越高,因此对于国产贵金属催化剂而言,还需要在以下几个方面进行改进与提高:
    一是专用化。进一步提高催化剂使用性能,降低成本,提高精细化学品质量。
    二是长寿命。提高催化剂的使用寿命或套用次数,进一步降低催化剂使用成本,增加精细化学品的附加值。
    三是复合化。通过增加其他元素强化贵金属催化剂性能,同时减少催化剂中贵金属负载量。
    四是连续化。开发连续催化生产技术,提高生产效率,降低成本和安全风险。 

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