ｌＮＳＩＧＨＴｆ ｌ匿蛋圈 稀土催化材料及其应用 ■文／崔梅生 张娜 北京有色金属研究总院有研稀土新材料股份有限公司 稀土催化材料是促进高丰度轻 为不可或缺的重要组分，已形成石油 化催化剂和机动车尾气净化催化剂２ 大领域（见表１）。 稀土元素镧（Ｌａ）、铈（Ｃｅ）、镨（Ｐｒ）、钕 （Ｎｄ）等大量应用，有效缓解并解决我 催化裂化催化剂、机动车尾气净化催 化剂、柴油清洁添加剂、有机废气净化 国稀土消费失衡，并提升能源与环境 技术，促进民生，改善人类生存环境的 高科技材料。由于稀土元素具有独特 的４ｆ电子层结构，稀土在化学反应中 具有良好的助催化性能，目前在石化、 催化剂、天然气催化燃烧材料、固体氧 化物燃料电池（ＳＯＦＣ）等催化材料、 合成橡胶稀土催化剂以及新能源稀土 催化材料。从２００５年开始，全球稀土 催化材料成为稀土应用需求最大的领 域，其最大的应用市场是石油催化裂 一 稀土催化 内外发展慨况 １．石油催化裂化催化剂 大分子量原油必需经过稀土Ｙ分 子筛催化剂催化裂化后，变成小分子 量、短链的烃类。稀土作为助催化材料， 在催化裂化催化剂中有重要作用，可增 环境、能源、化工等催化应用领域已成 新材料产业ＮＯ．５ ２０１３■ｌ疆 ｊ Ｉ ＩＮＳＩＧＨＴ 表１稀土元素在功能材料中的应用 需求和增长推动力 注：１黑体表示每个领域用到的最主要稀土元素 ２．数据来源于ＢＣＣ ｒｏ￣ｅ＆ｒｃｈ 强沸石催化剂的滑ｌ生、选择性和热稳定 性；稀土对分子筛结构和化学性能有良 好稳定作用，可使轻质油（汽油）收率提 高４０／０’使催化剂寿命延长２倍，炼油成本 降低２ ，并使裂化装置生产能力提高 ３０％－５ 。稀土用ｆｌｗ型沸石催化剂， 严格的欧洲ＶＩ号排放标准。２００７年开 始，我国对于城市机动车尾气排放执 行国家第３阶段（相当于欧洲ＩＩＩ号）标 产商主要有无锡威孚力达催化净化器 有限公司、昆明贵研催化剂有限责任 公司和重庆海特环保有限公司等。其 中，四川中自尾气净化有限公司占据 准，２０１１年执行国家第４阶段（相当于 欧ＮＩＶ号标准）排放标准，在２０１５年 左右将执行国家第５阶段排放标准。 了大部分摩托车尾气催化剂的国内市 场。机动车尾气净化稀土催化材料研 发方面，四川大学、北京工业大学、华 东理工大学、石油大学、北京有色金属 研究总院有研稀土新材料股份有限公 司等有良好的研发工作基础。 以镧的催化活性最强，是镧最大应用领 域。在中国，石油化工仍是富镧轻稀土的 机动车尾气催化剂未来发展趋势，是 针对更加苛刻的排放标准，采用更加 主要消费领域。 合理、科学的催化排放技术与方案，主 要解决高污染物排放的冷启动问题。 如采用紧密耦合催化剂＋主催化剂技 术，这意味着汽车尾气催化剂耐受更 ２．机动车尾气净化催化剂 机动车尾气净化及三效催化剂 产业是高附加值、高技术含量的稀土 催化材料应用市场。机动车尾气净化 催化剂所用的稀土主要是氧化铈、氧 化镧、氧化钕和氧化镨等，其中氧化 铈是关键成分，由于铈的可变价特性 ３．其他稀土催化材料 （１）天然气催化燃烧催化材料 高温度（１ ０００℃）的恶劣环境，需要更 商陛能、耐热稳定性的稀土涂层材料和 催化材料；还可采用碳氢化合物（Ｈ Ｃ） 吸附捕获技术，进一步解决冷启动Ｈ Ｃ 催化燃烧是一项高效、环保、节 能、运行安全的能源优质利用高新技 术。与普通火焰燃烧相比，催化燃烧具 有燃烧效率高、燃烧稳定、污染物［一 氧化碳（ＣＯ）、氮氧化物（ＮＯ ）和Ｈｃ］ 等超低排放等优点。中国天然气资源 丰富，我国陆上和近海１１５个盆地的 天然气远景资源量为５６万亿ＩＹＬ ，天然 气可采资源量为２２万亿ｍ 左右，主要 分布在西北、西南和近海地区。天然气 （Ｃｅ —Ｃｅ４＋），使得氧化铈具有储放 氧功能，可提高尾气净化催化剂的催 排放；为提高燃油经济性，开发商陛能 贫况燃烧发动机，需要高性能稀薄燃烧 ＤｅＮＯ 催化材料与技术等。 化性能。稀土作为稳定剂、促进剂应用 于活性涂层中，催化剂引入稀土并可 大幅降低贵金属用量，降低催化剂的 制造成本。 欧洲２００５年开始对汽油车和柴 机动车催化净化器国外供应商有 德国巴斯夫公司（ＢＡＳＦ）、英国江森 公司（Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｍａｔｔｈｅｙ）、比利时优 美科公司（Ｕｍｉｃｏｒｅ）等外国公司，并 占据世界机动车尾气催化剂９０％以上 的市场份额。国内汽车尾气催化剂生 在国家能源结构中所占比例逐年增 加。发展与开发国际先进的高温稀土 催化燃烧材料与技术，提高天然气能 油车实施欧洲ＩＶ号标准，２００９年执行 欧洲Ｖ号排放标准，２０１４年将执行更 圜Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｌＩＮＳＩＧＨＴ 化剂占市场份额的９０％以上。 石油裂化催化剂主要是世界上 足欧Ⅳ、欧Ｖ及以上的高端铈锆储氧 材料产品的需求将十分旺盛。 用，取得了良好的经济效益和环境 效益。 几大催化剂公司在生产，如美国格雷 斯催化剂公司（ＧＲＡＣＥ ＤＡＩＳＯＮ）、 美国雅宝公司（ＡＬＢＥＭＡＲＬＥ）、德 国ＢＡＳＦ、中国石化总公司等。目前石 油裂化催化剂发展方向是高耐劣、高 ３．其他稀土催化材料 （１）天然气催化燃烧材料美囤 四。结语 随着世界能源消耗不断增长和环 境标准更加严格，开发节能、环保、高 Ｃａｔａｌｙｔｉｃａ公司和通用电气、日 本田中等公司合作，在常规条件及多 段天然气燃烧催化反应器中，实现了 效的新型能源材料和尾气处理材料是 未来的发展方向。在稀土催化领域，石 油催化裂化催化剂和机动车尾气净化 催化剂仍是未来几年稀土主要消费应 性能、高清洁性等，以满足渣油／重油 原料和生产低硫清洁燃油需要。 ＮＯ 、ＣＯ、未燃烃（ｃ Ｈ ）排放量降低 至ｌＯｐｐｍ以下，且燃烧温度可自行调 节。天然气催化燃烧材料国外主要研究 ２．机动车尾气净化催化剂 ２０１０年全球汽车尾气催化器产 量１．４２亿套，稀土用量近６０００ｔ，预 计２０１５年全球汽车尾气净化催化器 产量将突破１．７０４Ｌ套，稀土用量突破 ７ ２００ｔ。２０１０年柴油清洁添加剂方面， 稀土用量大约为１ ６００ｔ。２００９年我国 单位为美国Ｃａｔａｌｙｔｉｃａ、Ｎｅｗ Ｅｎｇ【ａｎｄ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．、Ｃａｔａｌｙｔｉｃ 用领域。随着这些行业不断增长以及 新领域的不断拓展，稀土催化材料必 将今后呈现出持续上升的发展趋势。 北京作为首善之都，环境和能源 Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｌｔｄ．、日本田中 公司等。国内主要研究单位为华东理工 大学、北京工业大学、四川大学、中国科 学院生态环境研究中心、北京有色金属 问题较为突出，２０ｌ２ｌｇ北京机动车 保有量突破５２０万辆，汽车尾气污染 治理任重而道远。能源方面，天然气 生产汽车１ ３６４万辆，预计２０１５年，我 国汽车产量可以达到２ ０００万辆。据中 国汽车工业协会数据，中国２００９年汽 车保有量为７ ３００万辆，２０１５年将超过 １．４亿辆，２０２０年将达到２．０亿辆。另 外，铈锆储氧材料是汽车尾气净化催 化剂的关键核心材料，目前随着国内 研究总院有研稀土新材料股份有限公 司等。 （２）有机废气净化催化材料 作为北京主要供给能源，其能源利 用率需要进一步提升。因此，北京地 有机废气催化材料在中国也已 初步取得较好的产业化应用，中国 人民防化研究院研制成功的 区应更加关注稀土催化材料，特别 是汽车尾气净化催化剂及净化器产 业和天然气催化燃烧材料及燃烧器 大风量、低浓度有机废气净化装置， 已经在国内外４０多个厂家获得应 产业，以改善环境、促进民生。墨蛐 １０．３９６９／ｊ．ｉｓ ．１００８－－８９２ｘ．２０１３．０５．１１０５ 外机动车尾气排放标准的提高，对满 致谢：感谢“十二五”国家科技支撑￣ｔ２０１２ＢＡＥ０１Ｂ０２，国寐稀土专项“高性能稀土基汽车尾气催化器研发及ａＶ催 化器产业化”项目的支持！ 圜Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ
