挺起民族催化的脊梁——西安凯立新材料股份有限公司氯乙酸高效催化剂技术开发纪实

6月底，《中国化工报》记者在西安凯立新材料股份有限公司（以下简称“凯立新材”）采访时了解到，该公司研发成功新一代超低贵金属含量的氯乙酸催化剂，这种催化剂钯含量降至0.5%，远低于进口同类催化剂的1%，综合性能进一步提高，这意味着我国氯乙酸企业再次迎来福音——生产成本将显著降低。

替代进口刻不容缓

如果说芯片是现代工业的核心和灵魂，那么催化剂可以看作化工生产的“芯片”。然而，这个“芯片”大多被国外企业把持着，氯乙酸催化剂就是其中之一。

作为一种重要的有机化学品，氯乙酸（即一氯乙酸）广泛应用于农药、医药、染料、日化、助剂橡胶、表面活性剂、化学试剂、造纸、石油化工、纺织等领域。氯乙酸工业生产主要采用醋酐法氯化工艺，即通过氯气对乙酸进行氯化，生产过程不可避免产生大量含二氯乙酸、三氯乙酸、醋酸及氯化中间体等成分的母液，这些物质沸点接近、化学性质相似难以分离。另外，氯化母液中的杂质具有较强的生物毒性和蓄积性，对生物体具有致癌、致畸、致突变的“三致”效应，对生态环境破坏性较大。这些副产物若不加以利用，不仅造成资源浪费，而且增加生产成本，降低了氯乙酸产品的竞争力，导致我国高纯氯乙酸产品严重依赖进口。

要想得到含量99.5%以上的高纯氯乙酸产品，就必须采用催化剂对母液中的副产物二氯乙酸等进行加氢选择性脱氯。但该生产工艺的关键催化材料——钯炭催化剂长期受控于国外垄断封锁，国内氯乙酸行业催化剂产品还是空白，需全部依赖进口。不仅催化剂价格高昂，而且供货周期较长，国内氯乙酸生产企业须提前预订采购，严重影响我国氯乙酸行业健康发展。

针对行业痛点，凯立新材开发具有自主知识产权的加氢脱氯工艺技术及专用钯炭催化剂，成为国内氯乙酸企业的“救星”。

技术迭代领先全球

催化母液加氢脱氯制备氯乙酸，反应过程势必产生大量盐酸，造成催化剂氯中毒、贵金属溶解流失，以及催化剂反应性能衰减、使用寿命缩短等技术难题。而且这种催化剂必须具有较强的抗酸性、耐毒化和长寿命。

作为我国精细化工领域贵金属催化剂研发生产的龙头企业，凯立新材开发的多种贵金属催化剂及催化技术实现了进口替代。2009年，凯立新材决心进军基础化工领域，趟出一条氯乙酸高效催化加氢选择性脱氯工艺技术及其专用催化剂研发的国产化创新之路。

“从0到1”绝非易事。凯立新材氯乙酸催化剂项目负责人陈丹博士告诉记者，在没有任何实践成果可借鉴的情况下，凯立新材克服氯乙酸催化加氢工艺开发与优化、催化剂评价方法建立、反应体系腐蚀性强、催化剂易失活等困难，凭借在精细化工领域积累的丰富经验，经过7年基础研究、反复实验等艰难攻关，设计开发了一种具有自主知识产权的高纯氯乙酸连续醋酐法催化加氢工艺技术和专用催化剂，填补了国内空白。

2016年，该催化剂在国内某氯乙酸生产企业首次应用，与进口催化剂在氯乙酸装置同台竞技，在催化加氢反应中表现出较高的脱氯选择性和优异的耐酸性、抗毒性和长寿命特性，实现高效、环保生产高纯度氯乙酸产品。

与实验室研究不同，氯乙酸工业生产的工况和反应物组分更加复杂。对此，凯立新材不断改进完善、迭代升级，第二代氯乙酸催化剂于2022年开发成功。

据介绍，第二代催化剂通过结构设计优化取得了“一石三鸟”的效果，一是采用特殊工艺对载体活性炭进行处理，在碳骨架深表层形成对贵金属钯具有强作用的“定向锚定”结构，将贵金属钯牢牢固定在活性炭表面，显著改善了钯在酸性反应体系的溶解流失；二是通过设计和工艺控制获得了蛋白型分布的催化剂，贵金属钯就像鸡蛋中的蛋白一样分布在催化剂载体的内表面，既保证了反应物接触到催化组分，又有效避免了催化剂在反应过程中的氯中毒，以及酸性液体反应物料对催化剂外表层的钯冲刷流失；三是精准设计了具有配位结构的螯合钯新型前驱体，钯的纳米团簇进一步实现了类单原子均匀分散，大幅提高了催化活性组分钯的利用率，钯含量降至0.7%—0.8%。同时提高了复杂工况的适应性。

如今，成功问世的第三代氯乙酸催化剂钯含量仅0.5% ，一氯乙酸选择性和机械磨损强度分别超过99.5%、97%，催化剂使用寿命可达3年以上，各项性能指标居国际领先水平。截至2024年底，凯立新材“氯乙酸生产用改性钯炭催化剂及其制备方法”等19件与氯乙酸催化剂相关的专利获得授权，其中发明专利16件。

工业应用挑起大梁

记者在凯立新材看到，这种直径约1.5毫米、高3-5毫米呈柱状的钯炭催化剂被黑色的活性炭包裹。从2016年首次工业化生产应用、替代进口以来，凯立新材不断“开疆拓土”扩大应用，建成年产150吨的钯炭催化剂生产线，不仅成为国内氯乙酸催化剂的唯一供应商，牢牢占据行业C位，而且高效低廉的催化剂产品深受客户青睐，目前市场占有率超过60%

2019年，凯立新材氯乙酸钯炭催化剂获陕西省新材料首批次应用产品项目销售奖励资金扶持；2020年主持起草了行业标准《连续醋酐法生产高纯一氯乙酸用钯炭》（T/CNIA 0055-2020）；2021年核心专利《一种三氯乙酸选择性脱氯制备二氯乙酸的方法》获陕西省专利奖，随后又获评陕西省“陕西工业精品”项目。

“作为全球最大的氯乙酸生产国，我国拥有醋酐连续法氯乙酸生产企业10余家，总产能超过150万吨。氯乙酸生产用催化加氢脱氯技术进步决定着行业的发展水平。”凯立新材总经理万克柔告诉记者，在研发氯乙酸催化剂过程中，公司技术团队重点围绕加氢脱氯催化工艺技术开展了深入研究，建立了准确科学的评价方法和催化体系，为用户提供“技术优化升级+催化剂产品销售+废催化剂回收再利用”的一条龙服务。未来通过持续的技术研发、产品迭代，将助力氯乙酸企业技术升级、降本增效。（李军/文 图片由企业提供）