分子筛行业市场研究
分子筛是工业炼油、炼气、炼液的基础原料,在很多领域应用广泛,可以从以下方面认识分子筛行业
一、分子筛简介
分 子 筛 是 一 类 无 机 非 金 属 多 孔 晶 体 材 料 , 其 化 学 通 式 为M2/nO·Al2O3·xSiO2·yH2O,其中 M 代表金属阳离子,如 Li+、K+、Na+、Ca2+、Ba2+、Ce3+等,n 为阳离子的价态,x 为硅铝比(SiO2 和 Al2O3 的分子比),y 为水分子数。
1、分子筛的结构
分子筛的结构特征可分为以下几个层次:
①分子筛最基本的结构单元是硅氧四面体(SiO4)和铝氧四面体(AlO4),相邻的四面体通过共享氧原子按不同方式连接组成多元氧环,按成环的氧原子数划分,有四元氧环、六元氧环、八元氧环、十元氧环、十二元氧环等次级结构单元,氧环通过氧桥相互联结,进而形成各种各样构形的三维多面体;
②三维多面体是中空的笼状,故又称为“笼”,根据形状的不同,笼可以分为 α、β、γ、六方柱、八面沸石等类型的笼结构,如:α 笼是由 12 个四元环、8个六元环和 6 个八元环组成的二十六面体;
③各种形式的笼以不同方式进行联结,从而形成各种微观骨架结构的分子筛,根据国际分子筛协会(International Zeolite Association,IZA)的统一分类命名,按微观骨架结构分子筛可分为 LTA 型、FAU 型等,目前全球大约有 253 种分子筛结构类型。
分子筛结构示意图
2、分子筛的分类
除了根据结构类型进行分类外,分子筛还可以根据其他特征进行分类:
①分子筛按照硅铝比的不同,行业内一般分为 A 型(硅铝比 1.5~2.0)、X型(硅铝比 2.1~3.0)、Y 型(硅铝比 3.1~6.0)、丝光沸石(M 型,硅铝比 9~11)、和高硅型沸石(硅铝比>10,如 ZSM-5)分子筛等。
A 型和 X 型是通常用作吸附分离材料的分子筛类型,从结构类型上,A 型分子筛属于 LTA 型,X 型分子筛属于 FAU 型。
分子筛骨架结构间构成了很多排列整齐的孔道和空腔,这些孔道和空腔具有不同的孔径,根据不同晶体结构分子筛孔径的大小,A 型和 X 型分子筛可以进一步细分如下:
②根据离子交换类型角度,可以分为钾分子筛、钠分子筛、钙分子筛、锂分子筛或多元阳离子分子筛等。
分子筛由硅氧四面体(SiO4)和铝氧四面体(AlO4)构成的晶格中存在阳离子(如 K、Na、Ca、Li 等),以平衡四面体中多余的负电荷。根据这些阳离子的类型,分子筛可以分类为钾分子筛、钠分子筛、钙分子筛、锂分子筛等,通过调节阳离子的类型及比例,可改变分子筛的孔径、极性、酸性等特征。
例如, 13X 型分子筛中的阳离子一般为钠离子,可以利用锂盐进行改性,将钠离子替换成锂离子,从而制成锂-X 型分子筛,也就是锂分子筛。
③分子筛按照骨架元素组成,可分为硅铝类分子筛(也就是通常所说的沸石分子筛)、磷铝类分子筛、钛硅类分子筛和其它杂原子类分子筛。
分子筛的研究最初开始于硅铝酸盐,骨架元素主要为硅、铝,随着研究与应用的深入,研究者发现分子筛的骨架元素也可以由磷、钛、硼等元素取代,从而形成不同类型的分子筛族系。
3、分子筛的主要性能和作用
分子筛具有比表面积大、规整的孔道结构,其功能单元的孔径、极性、酸性等特征可进行调控,能有效分离和选择活化直径尺寸不同的分子、极性不同的分子、沸点不同的分子及饱和度不同的有机烃类分子,并拥有优异的酸催化活性,以及良好的热稳定性和水热稳定性。分子筛能进行“筛分分子”和“择形催化”,具有吸附分离、离子交换以及催化三大功能。
①吸附分离性能
分子筛空腔内具有强大的库仑场,对 H2O、NH3、H2S、CO2 和有机聚合物等高极性分子和不饱和分子具有很强的亲和力,由于孔径均一,只有当分子动力学直径小于分子筛孔径时才能进入孔道内部而被吸附,所以分子筛对于气体和液体的分离犹如筛子一样,可根据分子大小来决定是否被吸附。分子筛优异的吸附性能表现在:低浓度或低分压吸附(分子浓度很低时也具有很强的吸附能力,浓度越低分子筛的优越性越明显)、高温吸附(高于 100°C 仍具有较强的吸附能力,是唯一可用的高温吸附材料)、吸附速率快。分子筛凭借优异的吸附、筛分功能,可广泛用于混合物质的分离。
分子筛的吸附是一种物理变化过程,不发生化学变化,吸附饱和后,只要将浓聚在分子筛空腔内的小分子移除,分子筛可以恢复吸附能力,这一过程是吸附的逆过程,称为解吸或再生。分子筛在寿命期内可以重复使用,不影响吸附性能。
分子筛作为吸附材料,主要应用于:工业气体制备(制氧、制氢、制一氧化碳等);医用/家用制氧;石油、化工、煤化工、天然气等行业中化学气体/液体的分离、净化与干燥(如正异构烷烃的分离、二甲苯异构体的分离,油品脱蜡、炼化重整脱氯,天然气、液化石油气、液态烃的干燥和脱硫,天然气、燃料乙醇、不饱和烃及石油裂解气的深度脱水与干燥等);药品、食品、电子元件、制冷剂、刹车系统等干燥;化学添加剂(用于油漆、涂料、橡胶、聚氨酯、中空玻璃胶条等);环境治理与节能环保(土壤修复、Vocs 净化)等。
分子筛作为吸附与分离材料,主要应用领域和下游相关行业如下:
②离子交换性能
分子筛由硅氧四面体(SiO4)和铝氧四面体(AlO4)构成的晶格中需要存在金属阳离子(如 K、Na、Ca 等),以平衡四面体中多余的负电荷,这些金属阳离子很容易与环境中的阳离子进行交换。分子筛的离子交换一般在水溶液中进行,分子筛可以实现对特定阳离子的选择性吸附,从而应用于核废水中放射性阳离子的高效去除。通过离子交换,还可以改变分子筛孔径的大小,调变分子筛内部的电场分布,进而调变分子筛的性能,因此,分子筛的离子交换性能也是制备和调节分子筛性能的重要手段,在许多分子筛的合成工艺中,需要用到这种离子交换的特性。
分子筛作为离子交换材料,主要应用于洗涤助剂、放射性废料与废液的处理。
③催化性能
分子筛具有独特而均一的孔道结构,较大的比表面积,较强的酸中心和氧化-还原活性中心,空腔内有能起极化作用的强大库仑场,因此分子筛是性能优异的催化剂;同时,分子筛具有的独特空腔结构,也是其他催化剂(如铂、钯等金属催化剂)的重要载体。因此,分子筛作为催化剂,具有择形催化的功能,并且还具有酸催化和金属催化双重功能的独特优势。
分子筛作为催化材料,主要应用于石油炼制、石油化工、煤化工与精细化工领域工业生产中的大量化学反应催化过程。
总体而言,分子筛的功能是与其结构特点密不可分的。例如,吸附分离性能取决于分子筛的孔道和孔体积的大小;离子交换性能取决于分子筛中阳离子的数目、位置及其孔道的可通行性;催化过程中表现出的择形性与分子筛的孔道尺寸、走向相关,而催化反应中的中间产物以及最后产品与分子筛的孔道维数或其笼结构相关。因此,分子筛的结构是研究分子筛材料的基本问题。
4、分子筛的生产技术
分子筛的大致生产过程如下图
1)分子筛原粉,是将硅源、铝源、碱源等原材料通过一定的配比进行凝胶制备、成核、晶化、离子交换等工艺流程所制成的一种中间产品,是进一步制造分子筛活化粉和成型分子筛的原料。
(2)分子筛活化粉和成型分子筛,是分子筛的两种不同物理形态。
分子筛活化粉,是由分子筛原粉经过干燥、高温焙烧活化等工艺流程所制成,主要用作油漆、涂料、橡胶、聚氨酯、中空玻璃胶条等的添加剂,以吸收和减少水分。
成型分子筛,是将分子筛原粉、粘结剂(通常为高岭土或棒土)、添加剂等组份通过一定比例混合、成型,经过离子交换、活化等工艺流程所制成,具有规则的外观形状和一定的抗压强度,可广泛应用于吸附分离、离子交换、催化等领域。
分子筛通常就是指成型分子筛。由于工业应用中,要求分子筛具有一定的堆积率、抗压强度等指标要求,因此,必须经过成型工艺才能应用。在分子筛的应用中,成型分子筛占90%以上,分子筛活化粉不到10%。
大致生产流程图见下图:
二、行业发展概况
分子筛发展起源于天然硅铝酸盐矿石——沸石,其内部具有丰富的孔道,这些细微的孔道对于分子具有选择通过的特性,可用于气体分离。由于天然沸石存在杂质含量大、结晶度低、内部孔径不均匀等诸多缺陷,无法进行工业化应用,自 20 世纪 50 年代以来,科研和产业界开始进行人工合成沸石(即硅铝类分子筛)的研究和应用。随着研究的深入,研究者发现分子筛的骨架元素也可以由磷、钛、硼等元素取代,从而形成磷铝类分子筛、钛硅类分子筛和其它杂原子类分子筛等不同类型的分子筛族系。至今,随着各种新型结构的分子筛产品相继被开发问世,进行产业化推广并不断拓展其应用领域,分子筛在吸附、催化、分离、生物传感、微电子等领域得到广泛的运用,在国民经济发展中发挥着重要作用。
国际领先的分子筛厂商凭借在分子筛研发、生产和应用技术的先发优势以及资金优势、品牌优势,通过兼并重组,逐渐形成了分子筛行业的头部化,主导着全球分子筛的市场。目前,美国 UOP(霍尼韦尔全资子公司)、法国阿科玛(CECA)、瑞士 Zeochem、日本东曹(Tosoh)、美国格雷斯(Grace)等前五大分子筛厂商占据了全球 50%左右的市场份额,特别高端产品领域基本被这些跨国企业垄断。
国内分子筛厂商近年在分子筛研发、生产和应用技术呈现快速追赶国际领先企业的势头,但目前国内年产万吨级以上的成型分子筛企业仍较少。
三、行业特点和发展趋势
1、分子筛技术门槛高,下游行业进入壁垒高
分子筛的研发与合成涉及化学、物理学、材料学、工程学等多学科,截至目前,分子筛合成中的晶化过程涉及到复杂的化学反应和变化,且成核和晶体生长又多在非均相体系中进行,整个过程复杂而又多变,科学界和工业界对晶体的生长机制和详细过程尚无非常明确定论,找到合成过程中的影响因素与分子筛的结构与性能之间的联系非常困难。因此,分子筛的合成是一项极具挑战性的技术,需要长期的实践积累。
分子筛的主要应用领域如空分、石化、化工、天然气等行业的客户,均为大型成套装备的连续化生产,很多客户的生产过程涉及高温、高压或剧烈的化学反应,分子筛质量对下游客户的生产装备运行安全、生产效率、产品质量至关重要,下游客户对分子筛供应商的选择很谨慎,需经过试用、小规模应用等多个阶段才有可能被客户正式应用,进入其供应体系,因此,这些下游行业的进入壁垒很高。
2、分子筛从研究开发到成熟的产业化应用周期很长,需要上下游的共同推动
分子筛从基础理论—实验室研发—工业规模化生产—市场应用,是一个长期的过程,需要经受时间的考验。原创型的分子筛产品从实验室阶段到产业应用,需要对分子筛的工艺配比、合成、离子交换等工业条件进行复杂的实验,开发周期长、研发投入大。
3、分子筛产品种类繁多、应用领域广泛,各主要分子筛厂商聚焦的领域各有所侧重,形成一定的差异化竞争
分子筛的种类繁多,应用领域广泛,在每一个应用领域甚至细分的应用场景,都是十分专业化的市场,即使国际领先的大型分子筛厂商产品系列较为丰富,也无法覆盖全部产品,因此,各主要分子筛厂商根据自身情况进行聚焦,打造具有自身竞争优势的产品系列,从而形成一定的差异化竞争。
4、最近几年,国内企业不断实现技术突破、打破垄断,加速推进国产替代
分子筛行业集中度很高,长期以来,全球市场被少数几家国际大型分子筛厂商主导,国际前五大分子筛厂商占据了全球 50%左右的市场份额,特别高端产品领域基本被这些跨国企业垄断。最近几年,国内技术领先的一些企业不断实现技术突破,逐步在分子筛吸附剂、分子筛催化剂的一些中高端应用领域打破国际厂商的垄断,推进了国产替代进程。
四、行业面临的机遇和挑战
1、面临的机遇
分子筛作为下游应用行业不可替代的耗材,随着下游应用领域行业的发展,需求量也持续攀升,为分子筛企业带来良好的发展机遇。此外,随着产业政策的出台,分子筛产业结构不断升级,行业内的竞争已经从价格竞争转变为品牌、技术、服务、产品和资金等要素的综合竞争,有利于行业健康稳定发展。
2、面临的挑战
环保整治力度进一步加大,导致企业在保证生产质量的同时,还要加大环保投入,提高了生产成本。此外,国内分子筛厂商在高端分子筛领域的技术水平与国际领先分子筛厂商仍存在一定差距,仍需追赶这些公司的优势地位,需要国内分子筛企业继续加大研发投入,提升技术水平。
五、分子筛行业市场需求状况
根据《中国分子筛产业发展前景展望报告》研究统计,2021 年全球分子筛市场规模为 128 亿美元,预计到 2026 年将达到 157 亿美元,从 2021 年到 2026年的复合年增长率为 4.17%。根据 IHS Markit 的研究统计,2021 年全球分子筛消费量超 170 万吨,高价值消费领域主要在催化剂及吸附/干燥剂,其中分子筛吸附和干燥剂消费量为 31 万吨,按照公司 2021 年分子筛销量统计,占分子筛吸附和干燥剂消费量比例为 4.02%。
分子筛吸附剂下游应用主要包括炼油、空气分离、石化、天然气开采生产、制冷剂干燥等,其中:炼油为分子筛吸附剂主要应用领域,占比 29%;其次是空气分离领域,占比 16%。
分子筛应用领域十分广泛,各主要分子筛厂商所聚焦的领域有所不同,是一个差异化竞争的市场。分子筛吸附剂的主要应用领域市场发展情况如下:
1、工业气体制备
以氧气为代表的工业气体是“工业的血液”,工业气体制备的本质是将氧气、氮气、氢气等目标气体进行分离提纯。
工业制氧主要依靠空分设备,分子筛是其不可缺少的核心基础耗材,对其运行安全和生产效率至关重要,其吸附分离性能直接决定着气体纯度和生产能耗。
工业制氧分子筛存量及增量市场空间很大。2021 年中国空分设备市场规模达 272.48 亿元,同比增长 24.4%;2021 年中国空分设备(折合制氧总容量)销量达 483.8 万 m3/h,空分设备销量 350 套,同比增长 19.86%,随着空分设备销量持续增长,将带动分子筛吸附剂市场需求持续增长。
根据中国通用机械工业协会气体分离设备分会的市场调研数据,2020 年我国化工和冶金深冷空分设备制氧能力 3,725 万 Nm3/h,假设以每万 Nm3/h 装填20 吨分子筛、每 5 年更换一次来推算,对应存量市场分子筛需求 1.49 万吨;按照每年新增深冷空分设备制氧能力 480 万 Nm3/h 计算,对应分子筛需求 0.96 万吨,因此我国深冷制氧每年分子筛需求量约 2.45 万吨2。
随着我国工业的持续快速发展,节能降耗技术的大力推广以及环境保护要求的不断提高,以氧气为代表的工业气体市场将不断拓展,也给分子筛吸附剂存量市场和增量市场带来更大的增长空间。
2、医用制氧
医用制氧主要面向医疗卫生机构集中供氧和家用制氧两个市场,近年来,分子筛制氧机以成本低廉、使用方便、携带安全等特点,弥补了氧瓶气氧和液氧氧源的不足,迅速占领了医用和家庭保健类的制氧市场。
分子筛医用制氧机较传统的钢瓶氧以及液态氧,具有安全性高、制氧效率高、经济价值高等优势,其在新冠肺炎疫情影响下加速普及,弥补了钢瓶氧和液氧氧源的不足,未来医院集中供氧将打开医用制氧分子筛需求空间。
除此之外,家用制氧机采用变压吸附制氧工艺,直接从空气中提取氧气,具备即制即用、新鲜自然、制取氧气浓度达到 90%以上的优点,已经广泛应用于心血管疾病、睡眠性低氧血症及煤气中毒缺氧等疾病的配合治疗。适用于家庭、保健站、卫生所、医院、疗养院、干休所、美容院、健身中心、氧吧、宾馆、体育训练中心的场所,是学生、运动员、老年人、孕妇等群体进行脑力和体力恢复、辅助性治疗和生理保健的新方式。
根据前瞻产业研究院的数据,2014 年-2020 年,国内制氧机行业产量从 19.76万台增长到了 210 万台。随着国内医疗保健水平的不断提高,制氧机需求量将保持快速增长趋势,预计 2025 年达到 900 万台以上,具有巨大的增长空间。
根据 BlueWeave 报告显示,2020 年全球医用制氧机市场规模达到 24 亿美元,在全球呼吸系统患病率攀升及人口老龄化等因素影响下,2021 年-2027 年将以12.10%年复合增长率增长,并在 2027 年达到 57 亿美元。分子筛是医疗卫生机构中变压吸附方式集中供氧及移动式医用、家庭保健用氧制氧机的核心材料。
中国产业研究院预测,2020 年我国医用制氧市场规模将超过 200 亿元人民币。其中《柳叶刀》关于“中国成人肺部健康研究”成果显示,我国慢阻肺患者人数已达到 1 亿,占成年人口的 8.6%,成为与高血压、糖尿病患者人数规模相当的慢性病,目前的主流治疗方法为“药物+长期氧疗”。而目前家用制氧机在国内慢阻肺患者总数的渗透率仅为 10%左右。未来伴随人口老龄化、人们健康意识和消费能力的提升,分子筛制氧机可以为庞大的老年人群、高强度脑力劳动人群、高原人群、慢阻肺等患者用氧提供更好的保障支持,相关分子筛需求也将得到进一步释放。
3、制氢及氢能领域
氢气作为一种绿色清洁能源具有热值高、清洁、环保、零污染的特点,作为化工原料广泛应用于石油化工领域,同时在燃料电池汽车、分布式发电与热电联产等领域具有巨大的潜在市场。
作为实现碳达峰、碳中和目标重要绿色能源发展的方向之一,国内氢能发展热度日益高涨。统计信息显示,目前全国已有 20 多个省份 40 多个地级市发布氢能规划,其规划产业规模超过万亿元。从目前国内氢气的生产原料看,主要包括煤炭、天然气等化石能源以及工业副产气。根据国际氢能委员会预测,到 2050年,氢能产业及技术将创造 25,000 亿美元产值,在全球能源中所占比重有望达到 18%,将为全球每年减少 60 亿吨 CO2 排放。目前氢能已经纳入我国能源战略,成为我国优化能源消费结构和保障国家能源供应安全的战略选择。
焦炉煤气、高炉尾气、甲醇驰放气、合成氨驰放气及石油工业的催化干气等许多工业驰放气中往往含有大量氢气,制氢分子筛利用变压吸附制氢工艺,可以回收、提纯高纯度氢气,不仅可以取得巨大的经济效益,还可以减轻尾气排放或尾气直接燃烧引起的环境污染,具有显著优势。
2016 年,国家发改委、国家能源局等联合发布的《能源技术革命创新行动计划(2016—2030 年)》提出了能源技术革命重点创新行动路线图,提出了“氢能与燃料电池技术创新”的战略方向、创新目标和创新行动,标志着氢能产业已被纳入中国国家能源战略。在政策的驱动下,我国能源结构有从碳氢化合物能源向氢能源转变的趋势,氢能源有望成为下一代基础能源。
2021 年我国氢气产量约 3,300 万吨,居全球第一,但是大部分是作为化工原料,目前真正用在燃料电池汽车等氢能源领域中的氢气占比很小。根据全国氢联盟预测,到 2050 年中国用于氢能的氢气需求量将达到一亿吨氢,因此,未来有着巨大的增长空间。
2021 年我国氢气产量约 3,300 万吨,对应的分子筛需求量约在 5-8 万吨左右。未来,随着氢需求量的增长,对分子筛的需求量也会有很大的增长空间。
4、炼油及石化
分子筛(包括分子筛吸附剂和分子筛催化剂)在炼油、石化、煤化工等领域具有极为重要的作用。
炼油过程是将混合物通过分馏、转化等工艺,生成汽油、煤油、柴油、润滑油等产品的过程,包含常减压、催化裂化、加氢裂化等装置。分子筛已成为炼油过程中广泛使用的吸附剂之一,广泛应用于液化石油气(LPG)的干燥和脱硫、石脑油和煤油的干燥、烷基化原料的干燥、炼厂气的干燥、对原料和再生氢气的干燥和净化等过程,从而有助于获得杂质含量更低的产品、降低酸消耗、防止下游设备的腐蚀,滤除从催化剂中再生出来的氯和防止重整气体在深冷加工时发生管线冻堵。2021 年,全球炼油能力达到 50.65 亿吨/年,其中,中国原油加工量增长到 7 亿吨/年。
在石化领域,分子筛吸附剂可用作干燥剂,对乙烯、苯乙烯等物料进行有效脱水,从而获得高纯度的化工原料,提升化工产品的质量;同时,分子筛还可帮助去除众多工艺过程中的微量污染物,可用于硫、氮混合,氧化工艺,汞处理工艺,溶剂、共聚单体处理等工艺中。随着相关石化产品产量的增长,带来分子筛需求的稳步提升。
我国的能源禀赋特点是“缺油、少气、煤炭资源相对丰富”,煤炭能源作为我国能源结构的重要组成,对于确保我国能源供应安全具有至关重要的作用,而煤化工产业作为实现煤炭资源高效利用的有力手段,直接关系到国家的能源战略发展规划。煤化工是指以煤为原料,经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工的产品为主,如柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料(甲醇、二甲醚)等。
分子筛吸附剂、催化剂在煤化工领域的开发和应用,对推进煤化工发展具有重要影响,既是国家能源战略技术储备和能力储备的需要,也是促进煤炭清洁高效利用和煤炭产业转型升级的重要举措。
5、天然气
在天然气开采生产过程中,分子筛可有效除去天然气中的酸性气体及水蒸气。天然气在自然形成和开采过程中会形成的不同浓度硫化氢气体,该气体是一种无色的剧毒性气体;另外,从油气田中提取出来的天然气含有一定量的水,天然气中酸性物质(如 H2S、CO2)和水结合形成酸性溶液,很容易导致管道传输速度降低,并且会腐蚀管道。因此,CO2、H2S 及水蒸气的脱除是天然气净化过程的必要环节。分子筛脱硫法在当下天然气脱硫中应用较为广泛,工业化程度较高,这种方法通常用于一些含硫量比较低的天然气中,在实际应用中当天然气水分含量较高时,为保障分子筛脱硫质量,可采用三甘醇脱水与分子筛脱硫工艺相结合的方式,进而切实落实天然气的有效净化。
6、其他领域
分子筛吸附剂的其他应用领域还包括制冷剂干燥、中空玻璃干燥剂、药品及食品的包材等方面。
吸附式制冷系统常用分子筛吸附剂。吸附式制冷具有结构简单、无运动部件、噪卢低、寿命长等特点,能有效利用低品位热能(如工业余热、发动机尾气、太阳能等),同时不使用氟利昂类制冷剂,对环境友好,日益受到重视。装有吸附剂的吸附床是吸附式制冷系统的核心,其换热性能对系统的运行性能影响较大,这是因为吸附床换热系数直接影 响吸附床的升温与降温速率,对于同样的热源和冷源温度,如果吸附床的换热性能好则吸附床的吸附容差大,制冷功率就大,因此吸附床的强化传热是吸附式制冷研究的重要内容之一。分子筛是常用的吸附剂,可以与水、氨组成吸附工质对,将随着空调、冰箱等制冷家电需求提升逐渐增长。
分子筛对于中空玻璃的质量和使用寿命至关重要。中空玻璃具有较好的隔热、隔声、防结露的性能,近年来受到建筑行业的欢迎,2021 年我国中空玻璃产量 1.59 亿平方米,同比增长 8.90%。干燥剂是中空玻璃的核心构件之一.主要用来保持中空玻璃内部空气层的干燥,避免中空玻璃内部出现结雾。目前全球95%以上的中空玻璃采用 3A 分子筛作干燥剂,主要作用为:(1)吸附中空玻璃制作时内腔密封空气层中的水分;(2)吸附后期通过密封胶向中空玻璃内部渗透的水份,保证中空玻璃使用期间不出现结雾、结霜等现象,避免中空玻璃失效;(3)与其它特种分子筛联合使用,吸附中空玻璃内部空气层中密封胶所释放的挥发组份,避免化学雾的产生。
分子筛使用寿命
一般深冷空分制氧设备分子筛的更换周期为3-5年,变压吸附制氧设备分子筛的更换周期为8-10年。2021年全球分子筛消费量超170万吨,高价值消费领域主要包括催化剂及吸附/干燥剂,其中分子筛吸附和干燥剂消费量为31万吨。
六、行业内的主要企业
目前,全球分子筛的竞争格局呈现两极分化的格局,万吨以上产能的少数分子筛厂商占据了绝大部分的市场份额,其中,美国 UOP(霍尼韦尔全资子公司)、法国阿科玛(CECA)、瑞士 Zeochem、日本东曹(Tosoh)、美国格雷斯(Grace)等国际领先分子筛厂商占据了全球 50%以上的市场份额。
国内专业分子筛生产企业中(不包括中石油、中石化等国内大型央企),产能在万吨以上的仅有恒业微晶、建龙微纳、齐鲁华信等少数几家。根据 IHS Markit 的研究统计,2021 年全球分子筛消费量超 170 万吨,高价值消费领域主要包括催化剂及吸附/干燥剂,其中分子筛吸附和干燥剂消费量为31 万吨。
分子筛行业是一个容量大且快速发展的行业,同时,分子筛应用领域十分广泛,各主要分子筛厂商所聚焦的领域有所不同,是一个差异化竞争的市场。
分子筛行业的主要生产企业包括国际领先的大型跨国公司(包括在中国境内设立的子公司),以及国内规模以上的生产企业。其中:美国 UOP(霍尼韦尔全资子公司)、法国阿科玛(CECA)、瑞士 Zeochem、日本东曹(Tosoh)、美国格雷斯(Grace)为全球前五大分子筛厂商,占据全球 50%以上的市场份额,国内规模以上(年产能超过一万吨)的企业主要包括恒业微晶、建龙微纳、中触媒、齐鲁华信等少数几家。
1、霍尼韦尔的UOP
UOP(Universal Oil Products,环球石油产品公司)成立于 1914 年,是一家全球领先的工艺技术、催化剂、吸附剂、加工设备和咨询服务供应商与授权商,服务于炼油、石化和天然气加工行业,也是全球最重要的催化剂供应商以及最大的分子筛生产商。
2005 年,UOP 成为霍尼韦尔的全资子公司,隶属于特性材料和技术集团。2022 财年,霍尼韦尔性能技术和材料业务实现销售收入 747.10 亿元人民币。
UOP 在国内设有两家控股子公司,上海环球分子筛有限公司和张家港环球分子筛有限公司。
2、法国阿科玛的CECA
法国阿科玛(Arkema)由原母公司道达尔集团化工业务重组后于 2004 年 10 月建立,总部位于法国巴黎,是一家全球领先的特种化学品生产企业,集团旗下共有三大业务部门:高性能材料,工业特种产品,涂料解决方案。
CECA(Ceca chimie de spécialités)为阿科玛集团的全资子公司,主要从事吸附剂、中间体和添加剂等产品的生产和销售,主要应用于石油、天然气,石化产品、医药等领域,为全球第二大分子筛厂商。
3、瑞士 CPH 集团的ZeoChem
Zeochem 成立于 1818 年,是一家分子筛和色谱凝胶的制造商,总部位于瑞士苏黎世,在瑞士、美国、德国、中国等地区设有制造工厂,能够为全球客户提供各种分子筛吸附剂和硅胶等高性能产品,是全球第三大分子筛生产商。Zeochem 目前为瑞士 CPH 集团(Chemie+Papier Holding AG)的全资子公司。
Zeochem 在国内设有一家控股子公司,江苏洁欧康科技有限公司。
4、日本东曹(Tosoh)
东曹株式会社(Tosoh)成立于 1935 年,总部位于日本东京,是一家化学和特种材料领域的跨国企业,产品涵盖石油化工、无机化工、精细化工、电子材料和医疗诊断等方面。公司在东京证券所上市,为日经 225 股票指数成分股。
根据其年报披露信息,2022 财年实现销售收入 477.34 亿元人民币,实现营业利润 74.85 亿元人民币。
5、美国格雷斯(Grace)
格雷斯(W.R.Grace & Co.)成立于 1854,总部位于美国马里兰州哥伦比亚,是一家全球领先的特种化学品和材料公司,旗下包括催化剂技术和材料技术两大部门,产品主要有石油精炼催化剂、硅土产品、涂料与密封材料和建筑材料产品。格雷斯为纽约证券交易所上市公司(NYSE:GRA已退市)。
根据格雷斯退市前披露的最后一个完整年报,2020 年度,格雷斯实现营业收入 112.87 亿元人民币,实现营业利润 14.90 亿元人民币。
6、建龙微纳(688357)
洛阳建龙微纳新材料股份有限公司成立于1998 年,是国内吸附类分子筛产品的领军企业,产品广泛用于空气分离、石油化工、建筑材料、环保节能领域。2019 年 12 月,建龙微纳在科创板上市。
2022 年度,建龙微纳成型分子筛与分子筛活化粉合计产量 3.40 万吨,实现营业收入 8.54 亿元,实现净利润 1.98 亿元。
7、中触媒(688267)
中触媒新材料股份有限公司成立于 2008 年,主要从事特种分子筛及催化新材料产品的研发、生产、销售及化工技术、化工工艺服务,产品主要应用于能源化工及精细化工生产中的催化,环保及环境治理(如尾气脱硝等)。2022 年 2 月,中触媒在科创板上市。
2022 年度,中触媒催化剂分子筛产量 5,217.64吨,实现营业收入 6.81 亿元,实现净利润 1.52 亿元。
8、齐鲁华信(830832)
山东齐鲁华信实业股份有限公司成立于 2004年,主要从事应用于石油化工、环保和煤化工的催化剂分子筛的研发、生产和销售,主要产品包括 ZSM-5 系列分子筛、Y 型系列分子筛、BETA系列分子筛、汽车尾气治理新材料等。2021 年 2月,齐鲁华信在北交所精选层挂牌,2021 年 11 月平移北交所上市。
2022 年度,齐鲁华信分子筛产量约 1.64 万吨,实现营业收入 5.77 亿元,实现净利润 0.47 亿元。