中國稀土催化材料發展前景分析

輕稀土鑭、鈰和鐠等元素具有獨特的4f電子層結構,在化學反應中具有良好的助催化性能,因此被用作優良的催化材料。目前已進入工業生產的稀土催化材料包括分子篩稀土催化材料、稀土鈣鈦礦催化材料、以及鈰鋯固溶體催化材料等,主要應用於石油催化裂化(FCC催化劑)、機動車尾氣淨化、工業有機廢氣淨化、催化燃燒和固體氧化物燃料電池等方面。2011年中國稀土催化材料產量29,200噸,消費稀土4380噸(中國稀土協會估算)。我們預計隨著中國政府加強環境治理,特別是對城市廢氣的治理,2013-2015年稀土催化材料的市場規模有望保持20%的年均複合增速。

2013年以來北上廣深等中國東部主要城市遭遇持續霧霾天氣,機動車尾氣排放量的增加是重要的因素。2002年中國私人汽車擁有量968.98萬輛,2012年擁有量達到8838.6萬輛,10年間複合增速25%。私人汽車保有量的快速增長使得尾氣成為城市中最主要的大氣汙染源。

2013年9月中國政府頒發《大氣汙染防治行動計劃》,提到強化移動汙染防治,加強機動車環保管理:環保等部門聯合加強新生產車輛環保監管,嚴厲打擊生產、銷售環保不達標車輛違法行為;加強在用機動車年度檢驗,對不達標車輛不得發放環保合格標志,不得上路行駛;鼓勵出租車每年更換尾氣淨化裝置。美國、日本和歐洲發達國家通過執行嚴格的汽車尾氣排放標准來控制尾氣汙染。中國在2000年開始也對汽車尾氣排放進行控制(實施國I標准),2011年開始執行國IV標准(相當於歐IV)。環保部計劃在2014年底前柴油車也實施國IV標准,京津冀、長三角和珠三角汽柴油車提升為國V標准,到2017年推廣至全國。

汽車尾氣排放的主要有害成分包括一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)和氮氧化合物(NOx)等,尾氣淨化主要原理就是通過氧化和還原反應將這些汙染物轉化為二氧化碳、水和氮等無害物質。催化劑是尾氣淨化效果的關鍵因素。目前世界上最廣泛應用的汽車尾氣淨化催化劑為三元催化劑(TWC),其結構由活性組分、載體、塗層和助劑構成,其中貴金屬鉑(Pt)、銠(Rh)和鈀(Pd)是最重要的催化活性組分,稀土(主要為鈰、鑭和鐠)則在催化過程中起一系列作用:替代部分貴金屬作為活性組分以提高CO和HC的催化轉化活性;機動車尾氣中Pb和S易致催化劑中毒從而失效,加入稀土後能提高催化劑的抗中毒能力;用於塗層材料以防止載體中γ-Al2O3轉化為α-Al2O3而導致表面積降低;氧化鈰在氧化/還原反應中通過變價釋放和儲存氧,更好的控制空燃比(A/F)和改善催化效果。

根據對中國國產催化劑市場規模的匡算,中國汽車市場的快速發展、國產汽車尾氣催化劑市場份額的迅速提升,以及失效催化劑的更新等將推動需求繼續快速增長。

預計2014/2015年中國乘用車產量有望分別增長12%和10%,重卡商務車分別增長0%和5%。而根據萬得統計,中國乘用車的平均排量為1.74升,汽車尾氣催化劑裝載量與發動機排量的經驗比為0.9:1(貴研鉑業2013年配股募集說明書),則平均每輛乘用車需1.57升催化劑。假設商務車排量平均為5升,即每輛車需4.5升催化劑。預計2013-2015年國產催化劑的市場份額將從20%逐步提高到30%(此前中國汽車尾氣淨化催化劑的市場份額基本由優美科、莊信萬豐和巴斯夫國際三大巨頭占有)。由此得到新增汽車2014年和2015年淨化催化劑的市場規模分別將達到1289.6萬升和1672.7萬升。

另外,隨著中國汽車保有量的增長,更新需求也將增加汽車尾氣淨化催化劑需求。《大氣汙染防治行動計劃》中強調汽車年檢中加強環保檢驗,鼓勵出租車每年更換高效尾氣淨化裝置。假設2014年和2015年分別有1.5%和2%的汽車催化劑失效後進行更新,由此測算出國產汽車淨化催化劑的更新需求分別為133.6萬升和246.8萬升。總體來說,中國2014年和2015年國產汽車催化劑的需求將達到1423.1萬升和1919.5萬升,分別同比增長39%和35%。

城市廢氣的另一個主要來源是工業生產(石化、油漆和塗料等)排放的有毒有害廢氣,特別是揮發性有機廢氣(VOC)。根據“中國稀土”報道(稀土淨化催化領域的應用-2009/01/16),稀土催化材料因為獨特的催化氧化性質,能在中高濃度環境下對有機廢氣進行淨化。另外,稀土較好的能級結構和光譜特性,可在與納米TiO2混合時有效提高光催化效率,在室溫下催化消除CO、O3等有害氣體。中國目前在工業廢氣中稀土的應用仍較少,但美國1997年市場規模已達到10億美元。預計隨著中國政府對工業廢氣排放要求的逐步嚴格,將推動稀土在該領域的需求增長。

稀土在石油化工催化材料(FCC催化劑)中的應用是當前稀土在催化材料中使用最多的領域,全球每年約消耗3-4萬噸的氧化鑭和氧化鈰。中國規模化的FCC催化劑企業包括中石化催化劑分公司、中石油蘭州催化公司、樂山潤和稀土催化劑公司(盛和資源的子公司)等。根據公司在建生產線規模,FCC催化劑產能將在2015年超過5萬噸/年,因此認為FCC產能的增長有望推動稀土需求繼續增長。


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