摘要：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作用,因此被用作優(yōu)良的添加劑和助催化劑。在工業(yè)應用中主要有分子篩稀土催化材料、稀土鈣鈦礦催化材料和鈰鋯固溶體催化材料等三類材料，用于石油裂變催化和環(huán)保催化等。受全球經(jīng)濟環(huán)境影響，國內(nèi)稀土催化材料發(fā)展升級，由質(zhì)量增長逐步轉型為質(zhì)量提升。

稀土催化材料是添加鑭、鈰和鐠等輕稀土的化合物，通過深加工作為助劑和添加劑，常用方法有機械混合法、共沉淀法、溶膠-凝膠法、微乳液法等。下游應用領域包括石化、環(huán)保、材料合成、新能源和燃燒催化等領域，目前主要應用在石油催化裂化（FCC）和機動車尾氣處理領域，如圖1所示。2018年國內(nèi)石油裂化催化劑產(chǎn)量20萬噸，機動車尾氣凈化催化劑產(chǎn)量5600萬升。

　　圖1 稀土催化劑產(chǎn)業(yè)鏈

　　（資料來源：公開資料，五度易鏈行業(yè)研究中心）

稀土助劑意義在于提高催化劑活性，降低成本

稀土在現(xiàn)代工業(yè)中很少用作主體催化劑，主要以助劑或催化劑的一種活性組分承擔其催化功能。稀土助催化劑從結構和成分上分為三類，分子篩稀土催化劑、鈣鈦礦催化材料和鈰鋯固氧體催化材料，如圖2所示。分子篩催化劑在摻入輕稀土材料鑭和鈰之后可以大幅提高其活性，國內(nèi)主要應用于石油裂化催化領域，在實際使用中，稀土分子篩材料將原油轉化率由35%～40%提高到70～80%，汽油產(chǎn)率會提高7～13%，同時能加工大量的劣質(zhì)渣油。鈣鈦礦催化材料和鈰鋯固氧體催化材料主要應用于環(huán)保領域中的機動車尾氣催化領域。傳統(tǒng)的貴金屬（鉑、鈀、銠）催化劑在低溫環(huán)境下催化性能良好，但在高溫時易燒結，失活，抗中毒能力差（鉛、鎘 ）而且貴金屬產(chǎn)量有限，價格高昂，輕稀土作為助劑能夠有效解決此類問題。機動車尾氣主要處理的成分有CO，NOX和碳氫化合物，目前稀土催化劑在CO和碳氫化合物催化效果良好，但在NOX方面差距較大，目前在機動車尾氣領域，貴金屬仍承擔主催化劑。與產(chǎn)量有限，價格高昂的貴金屬相比，輕稀土物美價廉。從2018年至2019年7月中旬氧化鑭、氧化鈰價格保持在12200-14200元/噸，并呈下降趨勢。

　　圖2 稀土催化材料在主要工業(yè)應用領域概況圖

　　（資料來源：公開資料，五度易鏈行業(yè)研究中心）

國內(nèi)稀土助劑應用比例小，機動車尾氣領域應用差距大

從全球范圍看，稀土功能性材料中催化領域占比最高19%，而我國稀土催化領域僅5%，如圖3所示，總體上比例仍然存在不小的差距（考慮到石化領域中一部分也是催化材料的應用，即使加上石化領域仍然有差距），主要原因除了我國磁材行業(yè)發(fā)達外，稀土催化領域尤其是機動車尾氣領域與國外差距較大。機動車尾氣催化器本質(zhì)是一系列化工材料的綜合體，由催化劑載體、涂層、催化劑助劑和活性成分四部分組成，稀土材料充當助劑和提高活性的組分。目前國內(nèi)機動車尾氣領域由三巨頭（德國巴斯夫占27%、比利時優(yōu)科美占19%、英國莊信萬豐占26%）把控72%的市場，此外美國格雷斯、日本NGK也占有一定市場份額，國內(nèi)汽車尾氣領域主要的企業(yè)貴研鉑業(yè)、中自催化、威孚力達等競爭力不足，背后原因主要是缺乏催化材料核心技術（助劑和活性成分）。隨著國Ⅵ標準的出臺，新標準在國V標準排放廢氣的基礎上加嚴30%，貴金屬、稀土助劑等材料需求量增長超過100%，催化材料的需求缺口將會更大。現(xiàn)我國已經(jīng)開發(fā)出滿足國Ⅵ標準的稀土催化集成技術，將會刺激更多的企業(yè)在汽車尾氣領域加大研發(fā)投入。

　　圖3 全球各國稀土消費對比和中國稀土消費結構

　　（資料來源：中國稀土業(yè)協(xié)會，五度易鏈行業(yè)研究中心）

中石化稀土專利申請獨居榜首，國內(nèi)外石油裂化領域差距小

從專利方面看，我國在稀土方面的專利申請較晚，但是隨著對專利的重視程度提升，國家對技術創(chuàng)新和專利保護力度的加強，國內(nèi)申請專利數(shù)量從1996年以后開始大量增加，如表1所示。截止到2019年7月31日，全球各大公司的稀土專利排行中，中國石化以2904件專利申請排行第1，并且集中在稀土催化領域。2015-2018年國內(nèi)每年石油裂化催化劑產(chǎn)量保持在20萬噸左右，并且催化效率在不斷提升，因此原油加工量也連續(xù)上升，2015原油加工量5.22億噸，2018年已達到6.03億噸，如圖4所示。目前中石化等公司的催化裂化技術已經(jīng)步入世界一流，國內(nèi)外石油裂化領域差距縮小。

　　表1 全球稀土專利數(shù)量排行

　　（資料來源：專利匯，五度易鏈行業(yè)研究中心）

　　圖4 2015-2018年國內(nèi)原油加工量與增長速度

　　（資料來源：工信部，五度易鏈行業(yè)研究中心）

結語

稀土催化材料在石油裂化，汽車尾氣領域應用廣泛，輕稀土鑭、鈰、鐠可以提高稀土催化劑的活性，耐溫性和抗中毒能力，并且能降低整體成本。近年來國內(nèi)以中石化為代表的的公司在稀土催化領域申請專利數(shù)量快速增加，國內(nèi)石油裂化技術工藝與國外差距逐漸縮小，但是由于缺乏核心催化材料技術，我國在機動車尾氣領域競爭力不足。