基于全球专利分析的单元醇胺研发机构竞争力比较

魏凤，周洪，张贤，李小春

（1 中国科学院武汉文献情报中心，湖北 武汉 430071；2 科技部21 世纪议程管理中心，北京 100038；3 中国科学院武汉岩土力学研究所，湖北 武汉 430071）

二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）是我国实现CO2控制目标及化石能源可持续利用的必要途径，具有较大的产业前景，受到国际社会的普遍关注[1-5]。2013年5月，我国国家发展与改革委员会发布《关于推动碳捕集、利用和封存试验示范的通知》鼓励CCUS 示范，首次明确CCUS 未来商业化导向。

CO2捕集是CCUS 实施的首要技术环节，是将烟气排放中的CO2吸收、吸附、提纯的技术。单乙醇胺（MEA）吸附CO2技术是利用乙醇胺溶液与烟气中CO2发生反应，从而捕集CO2的技术，是较具可行的CO2捕集技术之一，具有吸收CO2速度快、负载大等优点，适用于大规模、大流量排气源的CO2捕集技术[6-8]。

本文将从技术和市场竞争的角度，通过专利分析，研究并掌握全球MEA 技术研发机构在专利数量、核心专利、专利覆盖地区、重要技术专利、专利引用频次、专利申请合作关系等方面的特点，分析各研发机构在MEA 技术领域的竞争实力，期望为我国MEA 技术研发和专利申请保护提供现实指导与借鉴。

1 研究目标

利用MEA 捕集烟气中CO2的技术较为成熟，已经在天然气处理和制胺等化工领域中得到大量应用，但是用于大流量CO2源的捕集在国内尚还处于开发应用阶段。一般而言，MEA 具有CO2吸收速率快、CO2脱除效率高等优点，但是也存在解吸能耗高、成本高等不利因素，严重阻碍了MEA 在处理大流量CO2气流中的应用，因此如何通过设备、工艺、提高效率、稳定性、节约能耗、水消耗等关键技术问题的解决以实现MEA 对CO2捕集的规模化应用，是MEA 技术研发所关注的重要问题[9-11]。

针对上述问题，本文将开展全球的MEA 研发机构的专利分析，通过对研发机构MEA 专利申请数量、专利较多的技术领域、专利覆盖地区、重要技术专利、核心专利、专利权人的合作关系等知识产权信息的分析，研究研发机构在MEA 技术领域的竞争力。

2 专利检索与分析方法

为了深入分析MEA 技术研发机构全球发展态势与技术分布情况，分别在采用德温特创新索引国际专利数据库（DII）和中国科学院专利在线平台专利数据库的基础上，结合两者的数据信息，来开展MEA 技术专利的筛选和清理。

在确定检索方法时，主要在以MEA 为主的技术基础上，确定关键词，设定专利检索式，如表1所示。最终的检索方式是对表1 中两种主题检索式的结合。MEA 专利检索的截止日期为2014年4月15 日。

表1 MEA 专利检索式

3 MEA 研发机构全球竞争力结果及分析

基于对MEA 技术专利数据信息的检索，利用Thomson data analyzer（TDA）、Aureka 和Thomson innovation（TI）等专业的专利分析工具和平台，以及Microsoft Excel 数据分析软件，检索到MEA 专利390 多项，下面将从专利申请数量、专利权覆盖地区/国家、专利技术分布、专利引用频次等方面，研究全球研发机构在MEA 技术领域的竞争力。

3.1 从专利数量看MEA 研发机构的竞争力

图1 表示了全球MEA 专利申请数量前10 名的研发机构排名情况。MEA 专利申请量最多的机构（即专利权人）是法国石油研究院，专利量达到31项，其次为三菱重工（25 项）、壳牌（14 项）、关西电力（13 项）、巴斯夫集团（12 项）、清华大学（9项）、埃克森美孚研究与工程公司（8 项）等12 家研发机构（含数量相同情况），这些研发机构的专利数量都不低于5 项。

从研发机构所属国来看，美国有5 家机构，分别是埃克森美孚研究与工程公司、陶氏化学、通用电力、CO2解决方案公司、得克萨斯大学，日本有三菱重工、关西电力2 家机构，法国包括阿尔斯通和法国石油研究院2 家机构，中国包括清华大学、中国石化2 家机构，荷兰、德国分别有壳牌、巴斯夫集团1 家机构。

图1 基于MEA 专利数量多少的全球研发机构排名

3.2 从专利申请保护地区看MEA 技术机构竞争力

表2表示了专利数量排名前10位的研发机构在全球10 个主要地区专利申请保护及专利数量的情况。从研发机构所属国来看，研发机构在所属国申请的专利数量一般高于在其他国家申请的专利量；从研发机构在世界知识产权保护组织（WO）申请的专利数来看，法国石油研究院、壳牌在WO 的专利数量最多，表明两个机构都比较重视在全球的专利保护，我国机构没有在WO 申请MEA 专利保护；从专利覆盖地区来看，三菱、壳牌、陶氏化学、巴斯夫4 家机构申请的专利保护地区最多，至少达10个国家，中国清华大学、中国石化申请的专利保护地区最少，仅在华申请保护，法国石油研究院、关西电力、埃克森美孚公司等其他国外机构的专利保护地区（国家）均已达到6 个以上，表明国外公司均比较重视在全球其他国家或地区的专利保护。

从研发机构关注的专利保护地区数量来看，世界知识产权组织、美国、欧专局、中国、加拿大是MEA 研发机构专利保护的重点地区，其次为日本、澳大利亚。

3.3 从前10 名MEA 研发机构专利申请的技术 领域

表3表示了专利数量排名前10的研发机构专利申请的技术领域及近3年专利技术领域的变化情况。从技术领域分布来看，13 个研发机构都较关注通过吸收作用分离的MEA 技术，其中有10 家机构同时还关注碳氧化物分离技术，有3 家机构关注酸性气体组分中二氧化碳的分离，排名前3 位的研发机构在上述3 个技术领域申请的专利数量较多；从近3年专利申请技术的变化来看，每家机构在技术专利申请上呈现出较各自特点，表示各家机构都在MEA 技术的不同方向开展研发并申请专利，排名靠前的法国石油研究院、三菱重工、关西电力这3 家机构在酸性气体组分中二氧化碳分离技术的专利数量均呈上升趋势，其中法国石油研究院近3年还加强对抗氧剂组合物的研发，三菱重工加强在烟废气装置的研发，壳牌加强在热交换技术、固体吸附剂方面的研发，其他机构近3年在MEA 技术的研发重点见表3 所示。

表2 主要机构的专利申请保护地区及专利数量

3.4 从MEA 核心专利分析看研发机构竞争力

为了反映MEA 研发机构的核心专利情况，文中将通过专利被引用次数来判定是否核心专利。表4 表示被引用频次较高的专利排名及所属专利权人、名称、编号及用途。从表4 中可看到，专利引用频次最高的前10 家机构包括挪威海德鲁公司、空气动力公司、壳牌、南加州大学、巴斯夫集团、三菱重工/关西电力、福陆公司、渥太华大学，这些机构所申请的专利均可用于二氧化碳在烟气或废气或酸性气体中的分离，其中三菱重工/关西电力的两项专利均列在前10 名。此外，南加州大学、三菱重工/关西电力都在华申请了专利。

表3 专利数量前10 位的研发机构（专利权人）关注的技术领域及变化

为了进一步研究专利被引频次较高的研发机构所关注的技术问题，对表4 中的相关专利进行解读，结果反映出这些研发机构最关注的是腐蚀、水消耗、能耗、吸收能力、降解等技术问题，尤其对能耗、吸收能力问题的研发最为关注，占比均达到23%以上，具体见图2 所示。

3.5 从MEA 研发机构之间的合作关系及强度分析

为了了解MEA 研发机构之间的关联性，对这些研发机构之间的合作关系及合作强度进行了分析，如图3 所示。从机构之间的合作关系来看，专利合作关系主要建立在具有相同所属国的机构之间，图3 反映了在3 个国家的机构发生了合作关系：法国石油研究院和法国国家科学院、法国萨瓦大学、日本三菱重工和关西电力、美国陶氏化学与英力士集团、阿尔斯通和Altmerge 有限责任公司、中国石化和南京化工研究院；另有壳牌、通用电力、清华大学等机构仅为独立申请专利。

图2 被引频次前10 名的研发机构关注的重要技术问题

从合作形式上看，主要分为两种：一是合作机构双方除各自申请专利外，还合作申请专利，如中国石化和南京化工研究院；二是合作机构双方有一 方独立申请专利，另一方无独立申请专利，所有专利均是合作申请的，如日本的三菱重工和关西电力之间，三菱重工共25 项专利，其中有12 项专利为独立申请，有13 项专利与关西电力合作申请，关西电力并没有独立申请MEA 专利。

从合作强度来看，日本三菱和关西电力在MEA专利合作强度最大，共有13 项专利为双方合作申请，合作专利比例达到50%，中国石化和南京化工研究院、美国陶氏化学与英力士集团分别合作申请2 项专利，法国石油研究院和法国国家科学院、法国萨瓦大学、阿尔斯通和Altmerge 有限责任公司各合作1 项专利。

4 结 论

MEA 是CO2分离与捕集的重要技术之一。基于MEA 专利数据分析，对全球MEA 研发机构的专利数量、保护地区、技术领域、核心专利及关注的技术重点、及机构间合作关系的对比分析，反映了美、日、欧的MEA 研发机构在专利技术的竞争能力较强，主要表现在如下方面。

（1）从专利数量和机构间合作关系相结合的角度，法国石油研究院、三菱重工、壳牌、巴斯夫、清华大学的MEA 专利申请数量较多；从所属国来看，美国机构、法国公司、荷兰公司的专利总数最多，因此中国应加大对MEA 技术的研发与专利申请，避免相关技术受到市场制约。

（2）与中国机构相比，国外机构更为注重全球范围的专利保护，三菱、壳牌、陶氏化学、巴斯夫等4 家机构申请的专利保护地区最多；其中欧洲、北美和中国是研发机构专利保护的重点地区和国家，这与技术发展和市场占有具有密切关系。因此，我国不仅要注重专利的全球保护，更应该对在华申请的外国专利提高警惕，以防阻碍本国的技术进步和保护国内市场。

表4 被引频次较高的核心专利及所属研发机构、用途

（3）吸附分离方法和酸性气体中CO2分离技术是MEA 研发机构普遍关注的热点问题，尤其是在能耗、吸收效率方面的专利申请较多。但在近3年中，各机构的专利技术侧重各有不同，这可能与机构的发展方向和定位有关。

（4）从高被引频次来说，从烟气、废气或酸性气体中分离脱除CO2技术仍然是各主要研发机构的核心专利，受到重点保护，一旦技术转让，可能会发生高昂的转让费用。

（5）从机构间合作关系来看，大部分专利为机构独立申请，仅有少部分机构有合作关系，但只仅限具有相同的所属国。日本三菱重工和关西电力之间合作关系最强，合作申请专利达到50%以上。

致谢：对武汉文献情报中心的马廷灿老师对专利分析中给予的帮助表示感谢。

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图3 全球MEA 专利研发机构之间的合作关系及合作强度示意图

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