费托合成蜡是通过费托（F-T）合成技术，以煤、天然气或生物质为原料，经气化获得合成气(CO+H2)，然后在催化剂和适当反应条件合成液体烃，再经加氢精制，将液体烃转变成以烷烃为主的混合物，经分馏塔分馏后得到的重组分烷烃，其碳数分布从C17~C120，基本不含支链，也称费托蜡。费托蜡具有高熔点、优良的耐磨性等特性，在工业应用中越来越广泛，应用领域有PVC加工、钙锌稳定剂、填充母料及色母料等。
费托蜡的生产工艺
表1为国内外费托蜡主要生产工艺。国外从事F-T合成的代表性公司为南非Sasol和荷兰Shell公司。Sasol公司F-T合成以铁基催化剂为主，采用的高温Fe基工艺以生产化学品和石脑油为主，低温Fe基工艺以燃料油为主。Shell公司F-T合成工艺采用钴基催化剂，产品以燃料油、溶剂油和费托蜡为主。国内具有自主知识产权的煤基F-T合成技术由中科合成油技术公司开发，采用中温铁基催化剂，并在伊泰集团、潞安集团和国家能源集团宁夏煤业公司建设多套示范装置。
催化剂是费托合成蜡生产技术的关键所在。Fe基催化剂主要生产滴熔点105℃以下的费托合成蜡，该催化剂有着较强的水煤气变换活性，在较宽的操作温度范围和氢碳比范围内都能高选择地得到低碳烯烃、石脑油和柴油等；Co基催化剂具有水煤气变换活性低、碳链增长能力强、产物中含氧化合物少的特点，常用于长链饱和烷烃的制备，该催化剂生产的费托合成蜡外观以及性能优于铁基催化剂生产的费托合成蜡。
Co基催化剂的费托产物中，软蜡与硬蜡馏分之和占比为55%；Fe基催化剂的费托产物中，软蜡与硬蜡馏分之和占比为45%。这说明Co基催化剂的费托产物更适合高熔点费托蜡的生产，如表2所示。
费托蜡的应用领域
费托蜡的应用领域非常广泛，切割后不同牌号的费托蜡产品因滴熔点等性质不同，可以应用到不同领域，如图1所示。52#、60#费托蜡，可用于蜡烛和乳化蜡；70#费托蜡，主要用于橡胶防护蜡领域；100#、105#费托蜡，用于PVC加工、塑木加工、填充母粒、油墨涂料、沥青改性等领域。其中PVC加工领域消费量最大，达到14.5万吨/年；其次为钙锌稳定剂领域，消费量约6万吨/年。
1.PVC加工领域
费托蜡在PVC加工领域中起到外部润滑的作用，与PVC相容性好，防止PVC加工过程中的粘结问题,提高制品的光泽度、平滑度以及美观度。此外，由于费托蜡相对分子质量小、熔融粘度低、熔点高、熔程窄，用量较少时润滑效果显著，可减小润滑剂过量对产品力学性能的影响。在PVC加工过程中，润滑剂的添加量大约占到1.2%，其中费托蜡在润滑剂中占有比例约60%。
PVC加工用费托蜡熔点范围越小越好，熔程最好能够控制在10℃范围以内。PVC加工过程中费托蜡的析出问题是当前存在的一个技术难点。在PVC加工过程中，费托蜡会不断析出聚集到加工器具的出口处，必须不断清理，否则会影响正常的生产操作。在不同的PVC制品加工过程中，由于温度、压力、生产速度的不同，费托蜡析出的多少也会有所不同，因此需要根据不同产品的要求，具体调整费托蜡的添加比例。
2.钙锌稳定剂领域
市场上销售的钙锌复合稳定剂主要有:钙-锌-水滑石复合稳定剂、改性水滑石复合稳定剂、钙-锌-多元醇复合稳定剂、钙-锌-稀土复合稳定剂等，不同复合稳定剂体系还需添加抗氧剂、内外润滑剂等不同的辅助添加剂。费托蜡添加至钙锌稳定剂中，与其中的辅助添加剂具有明显的协同效应，能够延长钙锌稳定剂体系的热稳定时间、降低熔体粘度、减低分子间摩擦力，增强产品力学性能，并改善产品的着色美观性。因此，费托蜡在钙锌稳定剂生产中应用广泛。
钙锌稳定剂是国内费托蜡的第二大消费市场。不同厂家的钙锌稳定剂添加费托蜡的剂量不同，从15%~20%不等，为了降低生产成本，国内大部分中小型企业通常选择添加95#费托蜡，为了保证钙锌稳定剂的使用性能，大型企业往往会选择添加100#费托蜡。钙锌稳定剂行业要求费托蜡的形态为粉末状，细度达到40~100目，以方便产品生产。
目前国内费托蜡在钙锌稳定剂应用方面主要有三个问题：（1）费托蜡碳数分布太宽，与PVC相容性太差，添加量过多，容易导致费托蜡析出；添加量偏少，起不到润滑的作用。（2）费托蜡性质不稳定，不同批次费托蜡产品之间分子量不均一，存在一定差异，而分子量的差异会对下游的生产加工造成影响。（3）下游客户普遍反映，使用性能方面，国产费托蜡与国外同牌号产品相比还存在一定差距。
3.填充母料、色母料领域
填充母料具有良好的塑化性、抗氧耐老化性，可以加强被填充产品的硬度、刚性、抗压耐磨性和降低制品收缩性及因收缩引起的变形等，因而被广泛应用，该领域对费托蜡的需求量也较大，某些填充料里面用蜡比例占到10%。填充母料由载体树脂、填料和各种助剂等组成，填料一般为碳酸钙、硫酸钡等，费托蜡在填充母料里面的主要作用是将造成粒的碳酸钙预分散、预润湿，有利于母料在基体树脂中更均匀地分散。
母料中起到颜色承载作用的称为色母料。在色母粒领域，成型的色母粒产品需要具有较好的润滑性与高分散性，由于费托蜡原料无分散性，只能起到润滑作用，所以费托蜡在色母粒领域中应用较少，主要以聚乙烯蜡为主。
4.热熔胶领域
在热熔胶生产配方中，蜡类产品主要作为粘度调节助剂，能够起到增强胶体流动性能及调节凝固速度的作用，从而使物体快速地粘结牢固。热熔胶领域对费托蜡杂质比较敏感，杂质含量多会影响到下游应用领域的使用效果。另外，费托蜡颜色的稳定性和气味也会对热熔胶的品质造成一定的影响。国产高熔点费托蜡不能满足大部分热熔胶企业的生产要求。中低熔点费托蜡在该领域的应用还有待开发。目前，国内热熔胶产量大约100万吨/年，费托蜡添加比例约为2%。每年消耗大约2万吨高熔点费托蜡均为进口。
5.橡胶防护领域
橡胶在使用过程中，受到空气中氧的侵袭，同时受到光、热、辐射、机械应力等因素的作用，而引起老化，其中尤以臭氧的破坏作用最大。费托防护蜡作为物理防老剂加入橡胶中，费托防护蜡能够迁移到橡胶表面，在橡胶表面形成一层惰性的、非结晶的、有韧性的薄膜，有效防止臭氧对橡胶的破坏作用，从而延长橡胶制品的使用寿命。费托防护蜡具有高熔点、低支化度、可控烷烃碳数分布等优点，在橡胶制品尤其是不饱和橡胶中广泛应用，比如子午线轮胎的胎面胶和胎侧胶等。
6.油墨涂料领域
费托蜡添加至油墨中，可提高油墨的耐磨性和抗皱性，在使用时通常将费托蜡制成微粉或乳化蜡。油墨领域对费托蜡的含油量、碳数分布等指标要求较高，国产100#费托蜡存在含油量超标、碳数分布宽、分散性较差、颗粒大等问题，在油墨领域中几乎未有应用。目前国内基本上都使用荷兰Shell和南非Sasol公司的费托蜡。
路标漆领域添加费托蜡的作用有以下几个方面：一是流平，将里面的碳白粉、树脂、碳酸钙分散开，有助于平铺。二是润湿，树脂和地面之间没有附着力，通过蜡的润湿作用能将涂料黏在地面上。三是抗污，马路标线漆里面有增塑剂，增塑剂粘度都很大，涂到马路表面容易吸收灰尘，在路标漆里加入费托蜡使表面干爽，不易粘灰，即使黏上灰尘，下雨时也容易冲刷掉。四是使马路标线漆里的反光材料能够浮在表面，目前路标漆里面的反光材料以玻璃微珠为主，费托蜡在里面起到防沉降作用，将体系的运动粘度调解到和玻璃微珠的密度一致，使玻璃微珠悬浮在路标漆表面。五是提高耐冲性，气温很高时，路标漆容易被经过的车轮粘走，而高熔点蜡的加入，可防止路标漆融化，提高路标漆的耐冲性。
7.蜡烛等工艺品领域
经过切割的52#、60#费托蜡主要应用于蜡烛领域，其价格比石蜡低，约5000元/吨，因此国内部分蜡烛厂家使用费托蜡替代部分石蜡。相比石蜡而言，费托蜡的含油量超标，添加过量费托蜡容易在蜡烛燃烧时冒黑烟，目前最大添加量为25%。费托蜡经过溶剂脱油工艺处理后，产品品质可满足蜡烛规定的含油量指标。目前，国内蜡烛领域费托蜡的用量在3万吨/年左右。表3 为费托蜡各应用领域使用牌号及关注指标。
费托蜡市场分析
近年来我国费托合成工业高速发展，费托蜡的产量增长较快。2019年，国内费托蜡的产量32.3万吨，其中精切费托蜡产量约10万吨。费托蜡的消费量约33万吨，较2018年增长17%。目前，国内现有费托蜡的装置超过7座，全部采用短程蒸馏切割，常见的52#、60#、70#、95#、100#费托蜡产品。详见表４。
费托蜡最大的需求领域为PVC加工和钙锌稳定剂领域，其次为填充母料、蜡烛和改性蜡领域。国内PVC加工领域市场需求趋于饱和，未来增长空间不大。但是在钙锌稳定剂领域仍有很大的市场空间，一方面，随着环保要求的逐步提高，铅盐稳定剂一定会被钙锌稳定剂替代，促进费托合成蜡使用量的增加；另一方面，钙锌稳定剂在东南亚等地区的出口前景乐观，拥有一定的市场空间。填充母料、蜡烛等领域对产品要求相对较低，费托蜡起到替代石蜡的作用，未来随着国内费托蜡及精切装置产能的进一步释放，产品价格相对于石蜡而言将更具竞争优势；在热熔胶、油墨涂料等领域对费托蜡性质要求相对较高，国产费托蜡目前还不能够替代进口费托蜡，如果未来能够解决技术瓶颈，将会冲击进口产品的市场空间。
本文来自于基金项目——中国工程院院地合作项目 “宁东基地煤化工产业链延伸与产品耦合发展研究”（ 项目编号：2020NXZD2）。第一作者简介:安广萍，1981年生，女，宁夏银川人，高级经济师，主要研究方向为战略信息情报研究。