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2019年中国汽车尾气催化剂行业组成结构及市场空间预测[图]

2020年03月01日 13:25:10字号:T|T

    汽车机后尾气处理系统是由热端管件、催化器、共鸣器、消音器等组成,其中催化器是机后尾气处理系统的主要部分。汽车尾气净化催化器主要由催化剂和金属外壳构成,而催化剂是其中核心,其主要由四部分构成:贵金属活性组分、催化剂载体、助剂及涂层(第二载体);其中贵金属活性成分为催化剂的核心部分,主要起催化作用,载体提供有效的表面积及孔结构,涂层用于增大表面积,助剂用于协助催化剂更好地发挥性能。

    自20世纪70年代汽车尾气净化催化剂问世以来,其发展主要经历了四个阶段,分别为铂和钯氧化型催化剂、氧化-还原双段催化剂、三元催化剂(TWC)以及单金属钯的TWC。目前三元(TWC)的制备和应用已趋于成熟,由于其具有机械强度高、比表面积大、阻力小、活性高等优点被日、美等汽车工业广泛使用。

汽车尾气催化剂的发展历程

数据来源:公开资料整理

    近几年,我国汽车销售市场较为低迷,2018年国内汽车市场进入拐点,汽车产销同比均呈较快下降。2019年汽车行业发展状况仍然不太乐观,2019年全年中国汽车累计销量达到2576.9万辆,同比下降8.2%

2012-2019年中国汽车销量统计及增长情况

数据来源:公开资料整理

    目前全球的汽车催化剂市场基本为国外企业垄断,德国巴斯夫和英国庄信万丰各揽走了26%左右的环保催化剂市场份额,比利时优美科公司占19%的份额。

全球催化剂市场基本被国外企业垄断

数据来源:公开资料整理

    汽车尾气催化剂载体是影响催化剂效能的重要因素之一,它的主要的作用是提供有效的比表面积及适宜的孔隙结构,并使催化剂获得足够的机械强度及热稳定性,起着活性中心和节省活性组分用量的作用。国内外车用载体骨架的材料主要有陶瓷和金属两种。在结构形式上分为颗粒型载体、蜂窝状载体和SiC泡沫陶瓷载体,其中蜂窝状载体是目前的主流。

不同类型的催化剂载体的对比

数据来源:公开资料整理

    目前汽车用载体以蜂窝陶瓷为主,且中长期仍将是主流:早期的车用催化剂载体氧化铝颗粒,虽然具备比表面积大、机械强度高,价格低廉的优势,但其排气阻力和背压大,使油耗上升、功率下降;同时高温下易粉化,造成二次污染和载体寿命缩短;因此,在颗粒型载体问世不久便出现了整体型蜂窝陶瓷载体对其形成替代。目前蜂窝陶瓷载体已成为车用催化剂载体的主流。而其它类型的载体(金属载体、新兴的玻璃纤维载体),由于工艺、材料和成本等方面的原因,短期内难以大范围应用,因而未来长时间内蜂窝陶瓷载体仍将是主流。

    蜂窝陶瓷行业属于寡头垄断行业,其中康宁和NGK市场份额高达90%。近年来国内以奥福环保、王子制陶等为代表的企业也开始崛起,竞争力不断增强。伴随着国六的实施以及材料国产化要求的提升,国内企业有望在蜂窝陶瓷市场抢占更多份额。

康宁和NGK占据蜂窝陶瓷市场90%的份额

数据来源:公开资料整理

国内蜂窝陶瓷载体产能情况

数据来源:公开资料整理

    智研咨询发布的《2020-2026年中国汽车尾气催化剂行业市场战略规划及供需策略分析报告》数据显示:到了国六阶段,由于需要加装催化器,这样就意味着配套蜂窝陶瓷载体用量也将大幅增加。具体来说,国五标准下,汽油车单车使用载体量约为1.5L,柴油车约为15L,以2019年汽油车2121万台产量、柴油车295万台产量测算,在中性条件假设下,2019年汽车尾气催化器载体需求量约为8140万升;而到国六标准下,汽油车需加装GPF,体积增加约一倍,对催化剂载体需求提升至3升/台,柴油车加装DOC、DPF、ASC,对催化剂载体需求提升至25升/台,若以2312万台汽油车(2015-2019年平均产量)和289万台柴油车(2015-2019年平均产量)测算,在中性条件假设下,2022年我国汽车工业对尾气催化剂载体的需求量将达到14017万升。

中国汽车用蜂窝陶瓷载体市场空间测算

中国汽车用蜂窝陶瓷载体市场空间测算
项目
2019E
2020E
2021E
2022E
悲观
中性
乐观
悲观
中性
乐观
悲观
中性
乐观
悲观
中性
乐观
汽油车产量/万辆
2121
2121
2121
2312
2312
2312
2312
2312
2312
2312
2312
2312
汽油车蜂窝陶瓷载体单耗/升
1.5
1.5
1.5
3
3
3
3
3
3
3
3
3
国六执行率
7%
14%
28%
50%
60%
80%
80%
90%
100%
100%
100%
100%
汽油车蜂窝陶瓷载体需求量/万升
3404
3627
4072
5202
5549
6242
6242
6589
6936
6936
6936
6936
柴油车产量/万辆
295
295
295
289
289
289
289
289
289
289
289
289
柴油车蜂窝陶瓷载体单耗/升
15
15
15
25
25
25
25
25
25
25
25
25
国六执行率
1%
3%
5%
5%
10%
15%
30%
50%
65%
80%
95%
100%
柴油车蜂窝陶瓷载体需求量/万升
4455
4514
4573
4480
4624
4769
5202
5780
6214
6647
7081
7225
汽车蜂窝陶瓷载体总需求量/万升
7859
8140
8645
9682
10173
11011
11444
12369
13150
13583
14017
14161
汽车蜂窝陶瓷载体市场空间/亿
30.2
33.4
39.3
49.9
55.3
64.9
68.8
78.2
86.3
90.2
94.1
95.4

数据来源:公开资料整理

    催化剂组成之二是涂层,涂层主要有两个作用,一是提高载体的机械强度和满足催化要求的高比表面积,另外一个作用是稀释、支撑和分散催化剂活性组分和少量的助剂,从而达到提高催化剂的净化效率。目前用于尾气处理载体上的耐高温涂层可设计为以下体系:Al2O3基材料、沸石基材料、钒基(V2O5/TiO2/WO3)材料、MgO材料和SiC材料等,国六之前主要用Al2O3以及钒基作为涂层材料,到了国六阶段,主要用Al2O3以及沸石作为涂层材料。

    国六之前,主要是TWC催化器使用γ-Al2O3作为涂层材料,而SCR催化器使用的涂层材料为钒基(V2O5/TiO2/WO3)涂层材料。到了国六阶段,TWC催化器仍使用氧化铝作为涂层材料,加装的催化器除了ASC其它也均使用氧化铝作为涂层材料,而对于SCR催化器来说,原先的钒基涂层材料没办法满足国六对氮氧化合物的严苛的排放要求,需要换为沸石分子筛的涂层材料。

中国汽车用沸石市场空间测算

中国汽车用沸石市场空间测算
项目
2019E
2020E
2021E
2022E
悲观
中性
乐观
悲观
中性
乐观
悲观
中性
乐观
悲观
中性
乐观
柴油车产量/万辆
295
295
295
289
289
289
289
289
289
289
289
289
沸石单耗/Kg
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
国六执行率
1%
3%
5%
5%
10%
15%
30%
50%
65%
80%
95%
100%
沸石需求量/吨
74
221
369
361
723
1084
2168
3613
4696
5780
6864
7225
沸石市场空间/亿
0.2
0.7
1.1
1.1
2.2
3.3
6.5
10.8
14.1
17.3
20.6
21.7

数据来源:公开资料整理

    催化剂组成之三是助剂,助剂是一些自身没有催化作用或活性较低的添加物,但加入助剂能大大提高催化剂的活性、选择性或寿命。特别是在汽车排气的恶劣条件下,为提高催化剂的稳定性常常需要加入助剂,一些助剂能直接促进催化剂的性质,而有些助剂起着稳定其它助剂的作用。催化助剂主要为稀土金属氧化物(Ce、La、Sn、Zr、Mo、Ti)和碱金属氧化物(BaO、CaO、SrO)等。

    催化剂组成之四是活性成分,尾气催化剂的活性组分是催化剂中最重要的成分之一,可分为贵金属和非贵金属2种类型。贵金属类以Pt、Rh、Pd最为常用,其中铂和铑主要用于一氧化碳和碳氢化合物的氧化催化,铑主要提供NOx的还原活性,同时兼具对碳氢化合物的氧化活性。贵金属催化剂优点是起燃温度低、寿命长,对CO、HC、NOx同时具有较高的催化转化效率;缺点是贵金属价格昂贵,资源稀少,易发生Pb,S中毒。

    非贵金属催化剂以Mn、Co、Fe、Sr、Cu、Ni、Bi等过渡金属与碱金属氧化物为主要活性组分,非贵金属氧化物添加物中常见的是稀土氧化物,但由于其起燃温度高、热稳定性差、活性差易中毒等特点,一直未得到普遍应用。

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