现代化工

现代化工 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (S1) : 19-23. DOI: 10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2026.S1.004

专论与评述

从专利视角探析巴斯夫丙烯酸合成技术

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Analysis of acrylic acid synthesis technology of BASF from the perspective of patents

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Received		Published
2026-01-23		2026-05-31
Issue Date	Revised Date
2026-06-05	2026-01-23

PDF (2770K)

摘要

分析巴斯夫(BASF)丙烯酸合成技术的专利保护情况,包括相关专利技术的申请年趋势分布、地域分布、最新法律状态及高价值专利特点,重点关注其核心专利技术。其核心技术为丙烯两段非均相催化气相氧化法,历经基础奠基、原料扩展、绿色高效3大阶段,重点集中在多金属氧化物催化剂、管式/流化床反应器设计、产物分离纯化及副产物环保处理4大技术模块。其专利呈现引用频次高、同族规模大、全球覆盖广的特点,形成了严密的技术壁垒。相比之下,国内企业在技术原创性、高价值专利数量及国际布局方面仍存在明显差距。

Abstract

This study analyzes the patent protection status of acrylic acid synthesis technology of BASF,including the annual application trends,geographical distribution,current legal status,and characteristics of high-value patents,with a focus on its core technical layout.The key technology is the two-stage heterogeneous catalytic gas-phase oxidation of propylene,which has evolved through three phases:foundational development,feedstock expansion,and green and efficient advancement.The core technology is concentrated in four modules:multi-metal oxide catalysts,tube-type/fluidized-bed reactor design,product separation and purification,and environmentally friendly treatment of by-products.Its patents are characterized by high citation frequency,large family size,and extensive global coverage,forming a solid technical barrier.In contrast,domestic enterprises still show clear gaps in technological originality,the number of high-value patents,and international patent layout.

Graphical abstract

关键词

巴斯夫 / 专利申请 / 丙烯酸 / 合成 / 气相催化氧化

Key words

BASF / patent application / acrylic acid / synthesis / gas-phase catalytic oxidation

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丙烯酸作为全球化工行业的核心有机化工原料,其衍生物应用场景已深度覆盖涂料(占比约40%)、胶粘剂(占比约25%)、高吸水性聚合物(SAP)、纺织处理剂及塑料改性等关键领域^[1],直接支撑建筑、汽车、包装、个人护理等终端产业发展。2025年全球丙烯酸市场规模约39.41亿美元,预计2026—2032年年复合增长率达4.5%,2032年将突破53.4亿美元。

巴斯夫(BASF)作为全球领先的化工企业,在丙烯酸及酯领域占据绝对领先地位,以16.84%的全球市场份额稳居行业第一,其技术实力被公认为行业标杆,尤其在高端涂料、新能源车用胶粘剂等细分领域占据主导地位,旗下Elvacite^®系列丙烯酸及酯产品更是高端市场的标杆性产品。依托深厚的技术积累,巴斯夫不仅在传统石油基丙烯酸两步氧化法工艺上实现95%的高收率与15%的能耗降低^[2],更布局生物基丙烯酸技术研发^[3],通过与科研机构合作开发的第二代发酵法工艺,实现15万t级量产,生产成本较石油基产品降低22%。同时,企业通过大量核心专利布局构建了严密的技术壁垒,持续巩固在全球尤其是亚太、欧洲高端市场的竞争优势,成为推动丙烯酸行业技术迭代与绿色转型的核心力量^[4]。

本文采用知识产权出版社专利信息服务平台和IncoPat数据库,对BASF截止到2025年相关公开的丙烯酸技术专利进行检索,从申请趋势、地域分布、技术布局、高价值专利等维度全面分析,重点从技术布局角度剖析其核心专利技术特点^[5],为我国自主研发丙烯酸合成技术提供借鉴和指导。

1 BASF丙烯酸合成技术专利全景分析

1.1 专利申请时间分析

BASF以丙烯酸合成技术为保护主题的专利申请2 501件,DocDB同族485件,最早的专利申请DE855110于1939年8月2日提出。

纵观其发展历程(图1),BASF丙烯酸合成技术的申请量在2007年前基本呈现增长的态势,2007年达到高峰223件,随后基本呈现震荡下降的波动状态。公开数量在2004年达到最高值227件。从申请-公开时间的分布趋势可以看出,在1939年至1993年近50年的时间,BASF丙烯酸技术处于基础研究阶段,1993年以后,发展较为迅速,在1993—2007这14年间处于技术发展的高速期,这与当时市场对丙烯酸及其衍生物的需求快速增长有紧密联系。

1.2 专利申请国家/地区分布

BASF丙烯酸的专利申请主要分布在40个国家/地区,其中申请量上百件的国家/地区有4个(图2)。通过对申请国家/地区及优先权国家和地区的综合分析,可明确其技术创新来源与目标市场布局特点。作为德国本土企业,德国是技术的主要来源地,以德国专利申请作为优先权的申请高达46.96%,体现了其以本土技术为核心的发展战略;BASF高度重视国际市场的专利布局,重点覆盖美洲、亚洲和欧洲3大区域。其中,亚洲地区的中国和日本是其重点关注市场,中国市场的总申请量达到353件,日本市场申请量达384件,反映出亚洲市场在其全球战略中的重要地位;美国作为全球重要的化工市场,申请量达233件,显示出BASF对北美市场的高度重视,通过专利布局保障其在该地区的市场竞争力。

1.3 法律状态分析

从BASF丙烯酸合成技术相关专利的法律状态(图3)可以看出,在其全部专利申请中,处于失效状态的数量占比已超过75%,主要包括专利失效以及国际专利(PCT)申请有效期届满两大类情形。造成失效的原因较多,根本原因在于丙烯酸合成技术经过长期发展,BASF早期提交的大量专利申请因时间较早,目前已陆续超出法定保护期限,从而表现为较高的失效比例。

1.4 高价值专利特征分析

1.4.1 基础专利

从图4可见,BASF关于丙烯酸合成技术的专利被引用量高于200次的大于5件。其中WO2004035514的被引用量高达595次,专利DE2909671、DE19956509、DE19924532、DE10245585、DE10336386、DE19948523、DE10332758、DE19924533和DE19910506多为丙烯酸合成领域的基础性或核心突破性技术,定义了行业技术标准,对全球丙烯酸合成技术的发展产生了深远影响。相比之下,国内企业尚无此类具有行业引领性的“灯塔式”专利,反映出我国在该领域的技术原创性不足。

1.4.2 核心专利

从图5来看,EP1335793(同族规模95)、JP4783146(同族规模67)、BRPI20120527(同族规模62)等专利的同族规模均处于较高水平,其中EP1335793的同族覆盖范围更是接近百级。这些专利对应的技术是该领域的关键核心技术,其较大的同族规模印证了技术本身的商业价值与战略重要性,只有具备高应用潜力的技术,企业才会投入资源进行多区域布局;另一方面,这种覆盖欧洲(EP)、日本(JP)、巴西(BR)、奥地利(AT)等不同市场的布局逻辑,本质是BASF的“技术壁垒构建策略”,通过大专利家族的布局,不仅能够全面保护核心技术,还能有效阻止竞争对手在关键市场的技术突破。国内企业的专利家族规模普遍较小,全球化保护力度不足,难以形成有效的国际技术壁垒。

2 BASF丙烯酸合成技术布局

通过对BASF的丙烯酸合成技术聚类分析(表1),BASF丙烯酸合成主要工艺有:丙烯气相催化氧化(丙烯-丙烯醛-丙烯酸)、乙炔与一氧化碳羰基合成丙烯酸,丙烷直接氧化、甲醛与乙酸缩合、3-羟基丙酸脱水等,目前为止其核心技术为丙烯气相催化氧化。

BASF在丙烯酸合成的核心技术为丙烯两段非均相催化气相氧化法。最早的专利是1966年10月28日提出的DE1542030(Verfahren zur Herstellung von Kobalt und Molybdaen enthaltenden Katalysatoren)。BASF两段氧化法以丙烯为原料,通过丙烯-丙烯醛-丙烯酸的两步催化氧化实现工业化生产,关键专利聚焦催化剂设计、反应条件优化、产物分离与循环利用。

2.1 核心技术路线演进

BASF丙烯制丙烯酸工艺历经3大发展阶段,各阶段均以核心专利为支撑,推动技术持续迭代升级(图6)。

基础工艺奠基期(1970s—1980s),专利DE2436818(1974)首次明确丙烯-丙烯醛-丙烯酸的分段氧化路线,通过设置独立反应条件和催化剂体系奠定行业标准,其中第一段反应温度<380℃、停留时间≤4 s,丙烯转化率达80%,第二段温度<350℃,丙烯醛转化率超80%;为工业化生产提供了坚实的技术基础。

原料扩展期(1990s—2000s),专利DE19837518(1998)实现丙烷脱氢耦合氧化工艺突破,采用改性空气(降氮增氧)降低分离能耗,专利DE10117678A1(2001)则设计循环经济模式,使残余气体中未反应丙烷/丙烯闭环回用率≥80%,原料利用率提升30%以上,拓展了原料来源并提升了工艺经济性^[6]。

绿色高效期(2010s—至今),专利ATE751137(2010)通过有机溶剂萃取+结晶纯化的创新苯甲酸分离技术,将丙烯酸纯度提升至≥99.7%,专利CN117730072(2023)采用高镍不锈钢(Ni质量分数≥18%)冷凝塔,有效解决卤离子腐蚀问题,同时强化副产物深度处理,实现工艺绿色化与高效化的统一。

2.2 核心技术要点分析

BASF在丙烯两段非均相催化气相氧化法的核心技术集中在催化剂系统、反应器设计与工艺控制、产物分离与纯化、副产物处理与环保4个关键模块,各模块相互协同,构成了完整的技术体系(表2)。

在氧化催化剂方面,采用多金属氧化物催化剂(如Mo-Fe-Bi和Mo-V体系)^[7-8],丙烯转化为丙烯醛的第一步反应所用催化剂通式为Mo₁₂Bi_aFe_bCo_cNi_dPeO_x,其代表专利包括DE2249922、DE3740271、JP07089726,该催化剂属于多金属氧化物体系,主要活性元素为Mo、Bi、Fe、Ni、Co,辅以P、Sb、W、K、Cs等助剂^[9],通过共沉淀或凝胶法制备而成,具有丙烯转化率高、丙烯醛选择性高、热点控制好且适合高空速操作的特点^[10]。丙烯醛转化为丙烯酸的第二步反应所用催化剂通式为Mo₁₂V_aW_bCu_cSb_dO_x,其代表专利有DE4431949、JP08092154、DE10246119,该催化剂主要活性元素包括Mo、V、Cu、Sb、W,具备高丙烯醛转化率(≥95 mol%)、高丙烯酸选择性(≥90 mol%)以及热稳定性好、抗烧结能力强的特点。

在反应器设计与工艺控制方面,主要采用管式或流化床反应器^[2],利用热交换介质循环以精确控制反应温度。专利DE4431949(1994)首创管式反应器分区冷却,A区(丙烯醛段)温度较B区(丙烯酸段)高20~150℃,单程收率>95%。专利DE3517016(1985)设计曲折流型热交换介质^[11],温差控制≤10℃,减少热点导致的催化剂烧结。

产物分离与纯化技术涵盖在BRPI9811450、KR100502603、SG147740和DE50004737等专利中,采用了分级冷凝、吸收、萃取和结晶等多种分离方法。其中溶剂萃取体系和冷凝塔革新技术为核心创新点^[12]。使用高沸点疏水溶剂如羧酸酯(DE2136396、DE2241714)逆流吸收,多塔精馏,有效提取丙烯酸^[13];再通过结晶工艺进一步去除醛类、水分及低聚物等杂质,提高产品纯度,同时母液循环利用也有助于提升整体收率。专利DE102007055086(2008)采用双级侧线采出+酸水萃取,丙烯酸回收率从85%升至98%。

副产物处理与环保方面,代表专利如EP0925272、DE102012212437和US20120074354等提出了一系列处理措施。对低沸点副产物采用焚烧处理,中沸点组分通过水洗吸收,高沸点副产物(如聚合物)则采用溶剂处理。此外,通过注入含氧气体有效抑制系统中不必要的聚合反应,实现环保与工艺安全的双重目标。

3 总结

BASF在丙烯酸领域的专利申请量优势显著,全球市场份额位居第一,其技术布局覆盖合成工艺、催化剂、反应器、分离纯化及环保处理等全产业链环节,形成了严密的技术壁垒。核心技术以丙烯两段非均相催化气相氧化法为核心,历经基础奠基、原料扩展、绿色高效3个发展阶段,技术持续迭代升级。

从专利布局特点来看,BASF注重核心技术的全球化保护,通过大专利家族和PCT申请构建全球技术封锁网络;高价值专利数量多,且多为行业基础性、突破性技术,引领行业发展方向;专利布局与市场需求紧密结合,重点覆盖欧美亚主要市场,尤其重视中国、日本等亚洲市场的布局。

从技术创新方向来看,BASF的丙烯酸技术发展呈现原料多元化、工艺绿色化、产品高纯化、设备专用化的趋势。通过拓展丙烷等原料路线、优化循环经济模式、提升产品纯度、解决设备腐蚀等关键问题,持续提升工艺的经济性、环保性和稳定性。

国内企业在丙烯酸领域的专利数量和质量与BASF存在较大差距,主要表现为技术原创性不足、高价值专利匮乏、全球化布局薄弱。国内企业应借鉴BASF的专利布局策略,聚焦核心工艺和关键技术进行深度研发,提升专利质量;加强全球化专利布局,尤其是重点市场的专利保护;紧密结合市场需求和环保要求,布局高价值专利,提升在全球市场的核心竞争力。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

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