催化剂产业链、反应机理、发展历程及生产技术难点有哪些？

催化剂乃化学工业之母，国产替代正当时。

1.六十年代诺奖成果，齐格勒-纳塔催化剂推动聚烯烃产业壮大

催化剂是指改变反应物化学反应速率（提高或降低）而不改变化学平衡，且本身的质量 和化学性质在化学反应前后都没有改变的物质。90%以上的工业过程需要催化剂，下游 包括了化工、石化、环保、生化等。例如，在石油炼制过程中，用高效催化剂生产汽油、 煤油等；在汽车尾气处理、催化剂促进有害气体的转化；酿造工业和制药工业都要用酶 作催化剂，某些酶制剂还是宝贵的药物，催化剂应用场景十分丰富。

催化剂领域上市公司包括中触媒、万润股份、建龙微纳和凯立新材等。对比上述公司， 鼎际得主要聚焦于聚烯烃催化剂。聚烯烃（polyolefins）通常指乙烯、丙烯或高级烯烃的 聚合物，主要包括聚乙烯、聚丙烯，而催化剂为烯烃单体聚合时进行催化的核心材料。 塑料是聚烯烃主要的下游应用，通用塑料质轻、强度高，一般密度在 0.9-2.3g/mm3，是 钢铁的 1/8-1/4，铝的 1/2、相较于木材、金属、水泥存在，易于成型，比强度比金属大， 比重较轻，因此受益于轻量化趋势行业持续成长，从而拉动庞大的聚烯烃产业持续增长。

催化剂是聚烯烃行业发展之母，齐格勒-纳塔催化剂的发明造就了聚烯烃产业的蓬勃发 展。聚烯烃主要由烯烃分子聚合而成。在没有催化剂的初期，聚烯烃的生产是需要高温、 高压反应条件下进行聚合反应，这样的生产工艺不仅反应速度慢，并且反应过程中存在 大量有害的链式转移反应，从而生成很多无用的高分子产物。同时，高温、高压的反应 条件对设备要求也很高，增加了生产成本，产品质量也受到影响。因此，早期要得到高 质量的聚丙烯产品难度很高。在聚烯烃发展初期，产量低，产品一致性不好，仅仅用于 潜艇通信设备或雷达的电缆绝缘等战争军工方面。为解决这些问题，研究人员发现在生 产过程中加入催化剂可以改善分子的聚合环境，加快聚合。

上世纪 50 年代，德国化学家 卡尔齐格勒和意大利化学家居里奥纳塔发明了用于烯烃聚合的催化剂，即齐格勒纳塔催 化剂（Z-N 催化剂），并开拓了定向聚合的新领域，使得合成高规整度的聚烯烃成为可能， 并且不需要高压，减少生产成本，并且可以控制产物结构与性质进行控制，从此使高分 子聚烯烃材料生产进入了快速发展的轨道，大大促进聚烯烃产业的发展。由于齐格勒和 纳塔对于烯烃聚合的突出贡献，两人分享了 1963 年的诺贝尔化学奖。催化剂的发展推 动了聚烯烃行业的繁荣。

齐格勒-纳塔催化剂烯烃配位聚合原理：主要是由Ⅳ~Ⅷ族元素（如 Ti、Co、Ni 的卤化物） 与Ⅰ~Ⅲ族金属（Al、Be、Li）的烷基化合物或烷基卤化物组成，目前得到公认的乙烯聚 合机理为乙烯先在空位上配位，生成Π-络合物，再经过移位插入，留下的空位又可给第 二个乙烯配位，如此重复进行链增长。增长链可以通过自发的分子内氢转移反应而终止， 也可以发生向烷基铝、单体、外加氢气的链转移而生成聚乙烯的反应。

经过 70 年以来的发展，齐格勒纳塔催化剂经历了从第一代到第四代的发展，催化效率呈 数量级提高，推动了聚烯烃工业生产规模的扩大和产品的性能提升。第三代催化剂生产 于 20 世纪 70 年代末，催化剂体系得到巨大的革新和进步，使催化剂的开发不再以增加 催化剂活性为主要目的，从此开始以催化剂结构、形态、性能及其烯烃聚合物结构控制 的开发为主。

第四代催化剂于 20 世纪 80 年代中期出现，其突破在于控制载体本身的物 理化学性能，并能控制活性中心在载体上的分布；具有颗粒反应器性能催化效率大大提 高，催化效率高达数十万至数百万克聚乙烯；氢调敏感，能生产不同分子质量和分子质 量分布的聚烯烃；具有优良的乙烯与α-烯烃共聚性能，可以获得不同相对密度的聚烯烃 树脂；具有球形或类球形的颗粒形态，可以制备形态好的，堆密度高的聚烯烃产品，这 使得人们期盼已久的无造粒工艺成为可能。催化反应效率比第三代至少提高一倍，等规 指数也达到更高，目前全球聚丙烯装置中，第四代催化剂使用率仍然最高，而公司主要 产品就属于第四代催化剂。

第五代催化剂于 80 年代后期出现，Montell 公司发现了一种新的给电子体，具有极高活 性和立构规整性的催化剂，可以不加入任何外给电子体的情况下得到同样的效果，公司 类球形聚丙烯催化剂DJD-B就属于第五代。第六代是茂金属化合物用甲基铝氧烷（MAO） 作助催剂，具有极高的聚合活性和高立构规整度或间规。

2.壁垒高行业技术封闭，竞争格局集中

催化剂是烯烃配位聚合的核心技术，从结构性能的关系来说，催化剂结构决定了聚烯烃 的结构（包括相对分子质量、相对分子质量分布、共聚单体含量和分布以及聚合物的规 整性等），聚烯烃的微结构又决定了它的宏观性能，从而影响了它的加工性能和应用领域。 齐格勒-纳塔催化剂基础原料易得。齐格勒-纳塔的原材料主要是活性组分四氯化钛、载 体氯化镁醇合物、给电子体，负载后用己烷、甲苯洗涤，各种有机物、盐、酸、碱等基 础化工原材料。相关材料全国供应商众多，供给稳定、充足。

生产技术壁垒较高，生产区域性特征明显。工业上制备齐格勒纳塔催化剂最常见的方法 是：镁化合物的溶液或悬浮液与过量 TiCl4 反应生成活性 MgCl2 载体，再与 TiCl4 及内 给电子体等络合，然后压滤出母液得到固体催化剂，最后进行钛处理和洗涤等步骤。生 产过程中主要技术难点：

大量废液废气含有有害物质，环保处理较难。该工艺会产生可观的废液，平均生产 1 吨催化剂，可生产水解废液量在 10~20 吨，单吨处理成本约为 3000~5000 元， 内含大量未反应的 TiCl4、有机溶剂（如烷烃/卤代烷烃或芳烃/卤代芳烃），以及一定 量的高沸物（包括较多的烷氧基氯化钛，少量的内给电子体，如芳族或脂肪族二酯、 二醚等，其他用于镁化合物溶解、分散、析出的助剂，以及这些物质相互反应形成 的酯交换产物或酯钛络合物，另外还存在微量的催化剂细粉）。原料大部分为易燃易 爆的低闪点和有毒、有腐蚀性物质，含 TiCl4 的废液与空气中的水接触易产生腐蚀 性 HCl 气体，当前聚烯烃催化剂生产厂家正在加紧开发相关处理技术，一方面回收 TiCl4 和有机溶剂，另一方面保证余料具有较低的（委外）处理费用且转移方便、安 全；

反应需要条件苛刻，对地理位置要求较高。聚丙烯催化剂生产技术需要在氮封、隔 氧、隔水的条件下进行，载体和催化剂反应过程中需要在高温和低温中成形和负载， 并且温度控制是决定催化剂产品质量的关键因素。生产过程中对各种原料中的水含 量，原料中水的含量要小于 5ppm，氮气中的水和氧的含量均有很严格的要求，水和 氧的含量影响反应过程，以及最后所得催化剂的质量。所以在整个生产过程中必须 采用无水、无氧操作。北方气候较为干燥，适合齐格勒纳塔催化剂的反应，目前国 内具备聚丙烯催化剂生产知名企业有营口市向阳科化、中石化北京奥达分公司和鼎 际得公司，均是北方企业，地理优势明显；

需要高效搅拌和提高溶剂洗涤效率。在载体成形和催化剂负载反应过程中，除对载体成形乳化状态的要求很高外，既能满足颗粒粒径要求且分散均匀、又不使颗粒破 碎，对搅拌形式和搅拌速度的要求同样很高。载体成形和催化剂负载制备过程中需 要使用溶剂进行洗涤、干燥，溶剂的选择、洗涤次数及停留时间、过滤干燥时间都 是影响载体和催化剂性能的重要因素。

外资占据主要份额，国产替代正当时。聚烯烃催化剂产品为下游产业烯烃聚合技术的核 心，具有较高的技术壁垒。全球来看，巴塞尔和 GRACE（格雷斯）是全球龙头，市占率 分别达到 28%和 27%，中国石化排名全球第三市占率约 9%，日本两家企业东邦钛和三 井分别市占率达 6%和 5%。经过近三十年的发展，目前国内市场形成了以国产化产品为 主、供应商相对集中的竞争格局。具备独立催化剂生产技术的国内知名企业有中国石化 （北京奥达分公司+上海立得分公司）、营口市向阳催化剂有限责任公司、和鼎际得催化 剂有限公司。近年来，聚烯烃产能快速扩张，新建产能工艺要求变高，随着企业逐步技 术成熟和工艺稳定，未来将逐步实现进口替代。

3.深耕近二十载，国产替代最强音

催化剂需要与终端客户装置匹配，存在定制化生产研发需求。不同装置的聚合时间不同， 随着聚合时间延长，催化剂活性逐渐提高。温度也是区分同样技术下不同装置的重要因 素，过高和过低的温度会影响催化剂反应的活性和产品的等规度。在不一样氢气压力下， 产品的等规度、熔融指数等都会受到影响，从而使得产品规格不达标。催化剂产品需要 和下游装置完全匹配，在客户装置特定的工艺参数和进料的杂质含量下，调整催化剂的 用量和种类。一般情况下，新催化剂送检之后，可能需要三到六个月的时间去下游企业 合作调试和测试才能获得认可。

公司品类齐全，客户覆盖主流聚烯烃厂商。公司深耕催化剂领域将近二十年，掌握产品 设计、工艺改进和产品研发等核心技术研发能力，客户为行业内知名央企或上市公司， 覆盖中石油、中石化、中海油、中国中化、国家能源集团、延长石油、中煤集团、恒力 石化、浙江石化、万华化学、宝丰能源等大型国企或上市公司。公司现有二十四种催化 剂产品，可适用于 SPG/HYPOL、UNIPOL、INNOVENE、间歇本体聚合、NOVOLEN、 SPERHPOL 均聚、SPERHPOL 共聚和 SPERIZONE 等主流工艺的聚烯烃生产，公司销售采 取直销模式，聚烯烃新扩产能的企业大部分是公司客户，公司募投新增产能有望充分享 受下游扩张带来的红利。