6月底，《中國化工報》記者在西安凱立新材料股份有限公司（以下簡稱“凱立新材”）采訪時了解到，該公司研發(fā)成功新一代超低貴金屬含量的氯乙酸催化劑，這種催化劑鈀含量降至0.5%，遠(yuǎn)低于進(jìn)口同類催化劑的1%，綜合性能進(jìn)一步提高，這意味著我國氯乙酸企業(yè)再次迎來福音——生產(chǎn)成本將顯著降低。

替代進(jìn)口刻不容緩

如果說芯片是現(xiàn)代工業(yè)的核心和靈魂，那么催化劑可以看作化工生產(chǎn)的“芯片”。然而，這個“芯片”大多被國外企業(yè)把持著，氯乙酸催化劑就是其中之一。

作為一種重要的有機(jī)化學(xué)品，氯乙酸（即一氯乙酸）廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料、日化、助劑橡膠、表面活性劑、化學(xué)試劑、造紙、石油化工、紡織等領(lǐng)域。氯乙酸工業(yè)生產(chǎn)主要采用醋酐法氯化工藝，即通過氯氣對乙酸進(jìn)行氯化，生產(chǎn)過程不可避免產(chǎn)生大量含二氯乙酸、三氯乙酸、醋酸及氯化中間體等成分的母液，這些物質(zhì)沸點(diǎn)接近、化學(xué)性質(zhì)相似難以分離。另外，氯化母液中的雜質(zhì)具有較強(qiáng)的生物毒性和蓄積性，對生物體具有致癌、致畸、致突變的“三致”效應(yīng)，對生態(tài)環(huán)境破壞性較大。這些副產(chǎn)物若不加以利用，不僅造成資源浪費(fèi)，而且增加生產(chǎn)成本，降低了氯乙酸產(chǎn)品的競爭力，導(dǎo)致我國高純氯乙酸產(chǎn)品嚴(yán)重依賴進(jìn)口。

要想得到含量99.5%以上的高純氯乙酸產(chǎn)品，就必須采用催化劑對母液中的副產(chǎn)物二氯乙酸等進(jìn)行加氫選擇性脫氯。但該生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵催化材料——鈀炭催化劑長期受控于國外壟斷封鎖，國內(nèi)氯乙酸行業(yè)催化劑產(chǎn)品還是空白，需全部依賴進(jìn)口。不僅催化劑價格高昂，而且供貨周期較長，國內(nèi)氯乙酸生產(chǎn)企業(yè)須提前預(yù)訂采購，嚴(yán)重影響我國氯乙酸行業(yè)健康發(fā)展。

針對行業(yè)痛點(diǎn)，凱立新材開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的加氫脫氯工藝技術(shù)及專用鈀炭催化劑，成為國內(nèi)氯乙酸企業(yè)的“救星”。

技術(shù)迭代領(lǐng)先全球

催化母液加氫脫氯制備氯乙酸，反應(yīng)過程勢必產(chǎn)生大量鹽酸，造成催化劑氯中毒、貴金屬溶解流失，以及催化劑反應(yīng)性能衰減、使用壽命縮短等技術(shù)難題。而且這種催化劑必須具有較強(qiáng)的抗酸性、耐毒化和長壽命。

作為我國精細(xì)化工領(lǐng)域貴金屬催化劑研發(fā)生產(chǎn)的龍頭企業(yè)，凱立新材開發(fā)的多種貴金屬催化劑及催化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口替代。2009年，凱立新材決心進(jìn)軍基礎(chǔ)化工領(lǐng)域，趟出一條氯乙酸高效催化加氫選擇性脫氯工藝技術(shù)及其專用催化劑研發(fā)的國產(chǎn)化創(chuàng)新之路。

“從0到1”絕非易事。凱立新材氯乙酸催化劑項(xiàng)目負(fù)責(zé)人陳丹博士告訴記者，在沒有任何實(shí)踐成果可借鑒的情況下，凱立新材克服氯乙酸催化加氫工藝開發(fā)與優(yōu)化、催化劑評價方法建立、反應(yīng)體系腐蝕性強(qiáng)、催化劑易失活等困難，憑借在精細(xì)化工領(lǐng)域積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過7年基礎(chǔ)研究、反復(fù)實(shí)驗(yàn)等艱難攻關(guān)，設(shè)計開發(fā)了一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高純氯乙酸連續(xù)醋酐法催化加氫工藝技術(shù)和專用催化劑，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。

2016年，該催化劑在國內(nèi)某氯乙酸生產(chǎn)企業(yè)首次應(yīng)用，與進(jìn)口催化劑在氯乙酸裝置同臺競技，在催化加氫反應(yīng)中表現(xiàn)出較高的脫氯選擇性和優(yōu)異的耐酸性、抗毒性和長壽命特性，實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保生產(chǎn)高純度氯乙酸產(chǎn)品。

與實(shí)驗(yàn)室研究不同，氯乙酸工業(yè)生產(chǎn)的工況和反應(yīng)物組分更加復(fù)雜。對此，凱立新材不斷改進(jìn)完善、迭代升級，第二代氯乙酸催化劑于2022年開發(fā)成功。

據(jù)介紹，第二代催化劑通過結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化取得了“一石三鳥”的效果，一是采用特殊工藝對載體活性炭進(jìn)行處理，在碳骨架深表層形成對貴金屬鈀具有強(qiáng)作用的“定向錨定”結(jié)構(gòu)，將貴金屬鈀牢牢固定在活性炭表面，顯著改善了鈀在酸性反應(yīng)體系的溶解流失；二是通過設(shè)計和工藝控制獲得了蛋白型分布的催化劑，貴金屬鈀就像雞蛋中的蛋白一樣分布在催化劑載體的內(nèi)表面，既保證了反應(yīng)物接觸到催化組分，又有效避免了催化劑在反應(yīng)過程中的氯中毒，以及酸性液體反應(yīng)物料對催化劑外表層的鈀沖刷流失；三是精準(zhǔn)設(shè)計了具有配位結(jié)構(gòu)的螯合鈀新型前驅(qū)體，鈀的納米團(tuán)簇進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了類單原子均勻分散，大幅提高了催化活性組分鈀的利用率，鈀含量降至0.7%—0.8%。同時提高了復(fù)雜工況的適應(yīng)性。

如今，成功問世的第三代氯乙酸催化劑鈀含量僅0.5% ，一氯乙酸選擇性和機(jī)械磨損強(qiáng)度分別超過99.5%、97%，催化劑使用壽命可達(dá)3年以上，各項(xiàng)性能指標(biāo)居國際領(lǐng)先水平。截至2024年底，凱立新材“氯乙酸生產(chǎn)用改性鈀炭催化劑及其制備方法”等19件與氯乙酸催化劑相關(guān)的專利獲得授權(quán)，其中發(fā)明專利16件。

工業(yè)應(yīng)用挑起大梁

記者在凱立新材看到，這種直徑約1.5毫米、高3-5毫米呈柱狀的鈀炭催化劑被黑色的活性炭包裹。從2016年首次工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用、替代進(jìn)口以來，凱立新材不斷“開疆拓土”擴(kuò)大應(yīng)用，建成年產(chǎn)150噸的鈀炭催化劑生產(chǎn)線，不僅成為國內(nèi)氯乙酸催化劑的唯一供應(yīng)商，牢牢占據(jù)行業(yè)C位，而且高效低廉的催化劑產(chǎn)品深受客戶青睞，目前市場占有率超過60%

2019年，凱立新材氯乙酸鈀炭催化劑獲陜西省新材料首批次應(yīng)用產(chǎn)品項(xiàng)目銷售獎勵資金扶持；2020年主持起草了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《連續(xù)醋酐法生產(chǎn)高純一氯乙酸用鈀炭》（T/CNIA 0055-2020）；2021年核心專利《一種三氯乙酸選擇性脫氯制備二氯乙酸的方法》獲陜西省專利獎，隨后又獲評陜西省“陜西工業(yè)精品”項(xiàng)目。

“作為全球最大的氯乙酸生產(chǎn)國，我國擁有醋酐連續(xù)法氯乙酸生產(chǎn)企業(yè)10余家，總產(chǎn)能超過150萬噸。氯乙酸生產(chǎn)用催化加氫脫氯技術(shù)進(jìn)步?jīng)Q定著行業(yè)的發(fā)展水平?！眲P立新材總經(jīng)理萬克柔告訴記者，在研發(fā)氯乙酸催化劑過程中，公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)圍繞加氫脫氯催化工藝技術(shù)開展了深入研究，建立了準(zhǔn)確科學(xué)的評價方法和催化體系，為用戶提供“技術(shù)優(yōu)化升級+催化劑產(chǎn)品銷售+廢催化劑回收再利用”的一條龍服務(wù)。未來通過持續(xù)的技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品迭代，將助力氯乙酸企業(yè)技術(shù)升級、降本增效。（李軍/文 圖片由企業(yè)提供）