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ゼオライト触媒の開発技術

(2004年『ゼオライト触媒開発の新展開』普及版)

商品コード: B0914

  • 監修: 辰巳敬・西村陽一
  • 発行日: 2010年3月
  • 価格(税込): 4,104 円
  • 体裁: A5判、272ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0178-5
こちらの書籍については、お問い合わせください。

刊行にあたって

 1950年代の末にCa-A型ゼオライトによるゼオライトの触媒作用が認められて以来、40数年が経過する。この間、接触分解を始めとして、ゼオライトは石油精製、石油化学プロセスを中心に、革新的な技術開発を進めてきた。最近はディーゼル油の深度脱硫を始め、超クリーン燃料製造のための触媒、および環境に有害な液体強酸触媒の代替としてゼオライト触媒の役割はますます重要になっている。また、近年は自動車排気ガス処理においてもゼオライトが利用されており、これまでの化学工業を中心とした利用以外の広い分野における触媒としての利用が期待されている。
 1990年代以降は、骨格T原子の置換など既存ゼオライトの修飾、粒子系制御さらに表面水酸基の応用などによる新しいゼオライト触媒の機能が見出され、それを応用したプロセスも多く開発されている。これらのゼオライトの利用はこれまでの接触分解や水素化分解などへの利用とは異なり、それほど大きな使用量が期待されるわけではないが、新しい機能の発現およびその工業的利用は今後の新しいゼオライト触媒の展開を示唆している。これらの新しいゼオライトの触媒機能に関しては、日本におけるゼオライト開発の技術が大きく寄与している。
 ゼオライトの特性およびその工業的な面に関しては、1975年に講談社サイエンティフィク(株)から原、高橋両先生の編集による『ゼオライト、基礎と応用』が発刊され、その後同社から1989年、2000年と各時代におけるゼオライトの進歩に関する解説書が発刊されている。さらに、1995年には(株)シーエムシー出版から『機能性ゼオライトの合成と応用』との題で新しく見いだされたゼオライトの機能に関する書が発刊された。本著は石油精製、石油化学におけるゼオライト触媒の利用を中心に、これまでの進歩とともに、今後の展開をも含めて、それぞれの分野における専門の方々に執筆していただいた。不十分なところも多々あることと思うが、これからのゼオライト触媒の開発の一助となれば幸甚に思う次第である。
(「はじめに」より)

2004年10月 辰巳敬、西村陽一

<普及版の刊行にあたって>
 本書は2004年に『ゼオライト触媒開発の新展開』として刊行されました。普及版の刊行にあたり、内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので、ご了承ください。

2010年3月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

窪田好浩   岐阜大学 工学部 機能材料工学科 助教授
         (現)横浜国立大学 大学院工学研究院 教授
西村陽一   (元)岐阜大学 客員教授   
増田立男   触媒化成工業(株) 触媒営業部 技術サービスグループ マネジャー
岡崎 肇   (現)新日本石油(株) 中央技術研究所 所長;取締役執行役員
田中明示   (現)出光興産(株) 営業研究所 原料油グループ 主任
木村孝夫   (現)(株)コスモ総合研究所 海外技術協力センター  
浜名良三   三菱化学(株) 石化技術開発部 グループマネージャー
         (現)三菱化学(株) 石化開発部門 石化研究センター グループマネージャー
髙川 實   三菱ガス化学(株) 新潟研究所 主席研究員
辰巳 敬   横浜国立大学 大学院 工学研究院 機能の創生部門 分子の機能分野 教授
         (現)東京工業大学 資源化学研究所 教授
叶木朝則   (現)宇部興産(株) 有機機能材料研究所 主席研究員
後口 隆   (現)宇部興産(株) 研究開発本部 企画管理部 主席部員
市橋 宏   早稲田大学 ナノプロセス研究所 客員教授
常木英昭   (現)(株)日本触媒 研究開発本部 技監
樋口克己   (現)三菱ガス化学(株) 新潟研究所 主任研究員
(故)石田 浩   旭化成(株) 研究開発本部 先端材料・融合研究所 バイオプロセス開発グループ グループ長
清水信吉   広栄化学工業(株) 常務理事
         (現)(財)地球環境産業技術研究機構 化学研究グループ 主任研究員
Jean Roger Desmurs   Rhodia Recherches
室井髙城   エヌ・イー ケムキャット(株) 事業開発部 執行役員 事業開発部長
         (現)アイシーラボ 代表
田畑 健   大阪ガス(株) 家庭用コージェネレーションプロジェクト部 開発第1チーム マネジャー

 執筆者の所属表記は、注記以外は2004年当時のものを使用しております。

目次

【第I編 総論】
新規ゼオライト触媒の合成
1. はじめに
2. ゼオライトの骨格タイプコード
3. ゼオライトの細孔径
4. ゼオライト合成法の概略
5. ゼオライト合成の課題と解決へのアプローチ
6. ゼオライト細孔タイプの分類と有機SDA
7. 14員環以上のゼオライト、多次元細孔ゼオライト―課題の解決へ向けて
8. おわりに

【第II編 石油精製用ゼオライト触媒】
第1章 総論
1. はじめに
2. これまでのゼオライト触媒開発の成果
2.1 接触分解(FCC)へのゼオライトの利用
2.2 ZSM-5の合成とその炭化水素転換反応への応用
3. 最近のゼオライト触媒の開発
4. 今後のゼオライト触媒の展開

第2章 流動接触分解(FCC)
1. はじめに
2. FCC触媒の構成と要求される機能
3. FCCにおけるゼオライトの新展開
3.1 水熱安定性の向上
3.2 残油分解性および耐メタル性向上
3.3 FCCによるプロピレン増産
3.4 ガソリンのオレフィン低減
3.5 ガソリンの硫黄低減
3.6 新規ゼオライトの探索
3.6.1 大細孔径ゼオライト
3.6.2 軽質オレフィン増産
4. おわりに

第3章 水素化分解/水素化精製
1. はじめに
2. 鉄を含有するY型ゼオライト(以下鉄ゼオライトと略す)の残油水素化分解への利用
3. Ti処理Y型ゼオライト
4. 固定床水素化分解プロセスにおける中間留分選択性の高いゼオライト型触媒
5. NEDO/PEC超超深度脱硫触媒でのY型ゼオライトの利用
6. 芳香族水素化反応用のゼオライト触媒

第4章 水素化脱ろう(異性化脱ろうを含む)
1. はじめに
2. 分解脱ろう触媒の問題点と改良
3. 水素化異性化脱ろう
4. 水素化異性化脱ろうの実施例と課題
5. その他の水素化異性化触媒
6. おわりに

第5章 パラフィンの異性化
1. はじめに
2. 工業的ナフサ異性化触媒及びプロセス
3. ゼオライト触媒を用いたナフサ異性化
3.1 ゼオライト触媒の調製
3.2 異性化反応条件の影響
3.3 反応機構
4. ゼオライト触媒を用いた工業ナフサ異性化プロセス
4.1 Hysomerプロセス及びTIPプロセス
4.2 Hysoparプロセス
5. ゼオライトを触媒とするその他検討例
5.1 モルデナイト以外のゼオライト触媒による軽質パラフィンの異性化
5.2 長鎖パラフィンの異性化
5.3 オレフィンの異性化

第6章 ゼオライトによるイソパラフィン/n-オレフィンのアルキレーション
1. はじめに
2. i-C6H10/n-C4H8アルキレーションの反応機構
3. ゼオライトによるアルキレーションについて
4. 固体触媒によるi-C4パラフィン/n-C4オレフィンアルキレーションプロセス開発
5. おわりに

第7章 芳香族炭化水素製造プロセスにおけるゼオライト触媒
1. はじめに
2. LPGを含む軽質炭化水素類の芳香族化プロセス
2.1 Selectforming、M-Forming(Mobil、現ExxonMobil)
2.2 AROMAX(Chevron)
2.3 LPGの芳香族化プロセス
3. オレフィンのオリゴメリゼーション
4. おわりに

【第III編 石油化学プロセス用ゼオライト触媒】
第1章 芳香族化合物のアルキル化
1. エチルベンゼン・キュメン(クメン)・リニアアルキルベンゼン製造
1.1 はじめに
1.2 エチルベンゼン製造
1.2.1 背景
1.2.2 フリーデルクラフツ型触媒によるプロセス
1.2.3 ゼオライト触媒による気相法プロセス・Mobil-Badger法
1.2.4 ゼオライト触媒による液相法プロセス
(1) LUMMUS/UNOCAL/UOP法
(2) LUMMUS/UOP法
(3) EBMax法
1.2.5 ゼオライト触媒による気液混相法プロセス・CDTech法
1.2.6 その他の研究開発例
1.3 キュメン製造
1.3.1 背景
1.3.2 フリーデルクラフツ型触媒によるプロセス(リン酸触媒、塩化アルミニウム触媒)
1.3.3 Mobil-Badger法
1.3.4 Q-Max法
1.3.5 CDTech法
1.3.6 ENICHEM法
1.3.7 その他の研究開発例
1.4 リニアアルキルベンゼン製造
1.4.1 背景
1.4.2 フリーデルクラフツ型触媒によるプロセス
1.4.3 UOP社のDETALプロセス
1.4.4 Mobil社のMOBCATプロセス
1.4.5 その他の研究開発例
1.5 おわりに

2. パラキシレンの製造
2.1 はじめに
2.2 混合キシレンの異性化によるp-キシレンの製造
2.2.1 キシレン異性化の反応およびZSM-5の特性
2.2.2 キシレン異性化プロセス
2.3 トルエンの不均化によるp-キシレンの製造
2.3.1 固体酸触媒によるトルエンの不均化反応
2.3.2 トルエン不均化プロセスの進歩
2.4 おわりに

3. 2、6-ジメチルナフタレン
3.1 はじめに
3.2 石炭、石油留分からの分離・回収
3.3 2、6-ジメチルナフタレンの選択合成
3.3.1 ナフタレンのメチル化
3.3.2 メチル化と異性化との組み合わせ
3.4 2、6-ジイソプロピルナフタレンの合成
3.5 2、6-ジメチルナフタレンの工業的製造方法
3.6 おわりに

第2章 酸化反応
1. チタノシリケート触媒によるエポキシ化反応
1.1 はじめに
1.2 過酸化水素によるアルケンのエポキシ化
1.3 分子状酸素を用いたエポキシ化

2. フェノール、二価フェノールの製造
2.1 フェノールの製造
2.1.1 工業的なフェノールの製造法
2.1.2 ベンゼン酸化によるフェノールの製造反応
(1) N2Oを酸化剤としたフェノール一段製造反応
(2) H2O2を酸化剤としたフェノール一段製造反応
(3) O2を酸化剤としたフェノール一段製造反応
2.2 二価フェノールの製造法
2.2.1 工業的な二価フェノールの製造法
2.2.2 ゼオライトを触媒とした二価フェノール製造反応
(1) TS-1を用いた二価フェノール製造反応
(2) βゼオライト+ケトン触媒系での二価フェノール製造反応
2.3 まとめ

3. シクロヘキサノンオキシム(直接オキシム化)TS-1
3.1 はじめに
3.2 アンモキシメーション
3.3 TS-1ゼオライトを触媒とし過酸化水素を酸化剤とするアンモキシメーション
3.4 反応機構
3.4.1 シクロヘキシルイミン経由ルート
3.4.2 ヒドロキシルアミン経由ルート
3.5 副反応

第3章 石油化学プロセス
1. ε-カプロラクタム(気相ベックマン転位)
1.1 はじめに
1.2 従来のカプロラクタム製造技術
1.3 気相ベックマン転位プロセス
1.4 触媒の探索
1.5 高シリカMFIゼオライトを触媒とする気相ベックマン転位
1.5.1 メタノールの添加効果
1.5.2 アンモニアの添加効果
1.6 反応メカニズムおよび触媒活性点
1.6.1 反応メカニズム
1.6.2 触媒活性点

2. エタノールアミン類 ペンタシル型ゼオライト
2.1 はじめに
2.2 触媒開発
2.2.1 従来技術の問題点
(1) 安水法
(2) 液安法
2.2.2 形状選択性の発現
(1) ゼオライトのエタノールアミン類分子認識
(2) 各種触媒スクリーニング
(3) 触媒の酸塩基性制御
(4) DEA選択性発現
2.2.3 実用成形触媒の開発
2.3 プロセス開発
2.3.1 断熱反応器
2.3.2 触媒再生

3. MTG・MTO技術
3.1 MTG・MTO技術の発展
3.2 Mobil社のMTG・MTO技術
3.2.1 MTG実証試験
3.2.2 MTO実証試験
3.3 UOP/HYDRO MTOプロセス
3.4 Lurgi社のMTP技術
3.5 おわりに

【第IV編 ファインケミカル合成用ゼオライト触媒】
第1章 ゼオライトを用いるトリオキサン合成
1. はじめに
2. トリオキサンの製造技術
3. ゼオライト触媒の活性
4. ゼオライト触媒の選択性
5. 水溶液反応系でのゼオライトの活性点
6. 連続反応蒸留による触媒評価
7. 触媒寿命試験
8. 水熱条件下でのゼオライトの劣化
9. おわりに

第2章 ゼオライト系ピリジン塩基類合成触媒の開発
1. はじめに
2. ピリジン塩基類の製造方法
3. Chichibabin縮合法用ゼオライト触媒の開発
3.1 ゼオライト触媒の探索
3.2 ゼオライト触媒の新規再生方法
4. 最近の話題
5. おわりに

第3章 RECENT ADVANCES IN FRIEDEL-CRAFTS ACYLATION CATALYZED BY LEWIS ACIDS
1. INTRODUCTION
2. INCREASING OF THE REACTION TEMPERATURE
3. USE OF SOFT LEWIS ACID HAVING A STRONG AFFINITY WITH HALIDE ATOMS
4. USE OF HETEROGENEOUS CATALYSTS
5. USE OF SALTS OF STRONG ACIDS AS PERCHLORATES、TRIFLATES OR BIS(TRIFLUOROMETHANESULFONYL)AMIDES
6. CONCLUSIONS

【第V編 環境浄化用ゼオライト触媒】
第1章 NOx選択接触還元
1. はじめに
2. アンモニア接触選択還元工業化触媒
2.1 工業化触媒
2.2 PM(貴金属)-ハニカム触媒
2.3 V2O5-TiO2触媒
2.4 Zeolite系触媒
3. アンモニア接触選択還元ゼオライト触媒
3.1 金属濃度
3.2 シリカアルミナ比
3.3 NH3/NOx比
3.4 SO2酸化
4. HCによる選択還元
4.1 酸素による影響
4.2 ゼオライト中での窒素酸化物の挙動
4.3 反応機構
4.4 PM-ZSM-5
4.5 BM(単金属)-Zeolite
5. おわりに

第2章 Co-βによるNOx選択還元
1. はじめに
2. 触媒に要求される特性
3. Cu-ゼオライト系触媒の問題点とCo-ゼオライト系触媒
4. Co-BEA触媒とその特徴
4.1 Co-ゼオライト系触媒の初期活性及びSO2共存下での活性
4.2 Coの担持状態に関する解析
4.3 Co-ゼオライト内のミクロ細孔拡散の影響
5. Co-BEAの実用性能
5.1 模擬排ガスによる耐久評価
5.2 実エンジンでのテスト

第3章 自動車排ガス浄化
1. はじめに
2. 排ガス規制動向
3. リーンバーンエンジンへの応用
3.1 貴金属-ゼオライト触媒
3.2 Cu-Ni-Al複合吸着材
4. コールドスタート時のHCの吸着
4.1 HCの吸着
4.2 HC吸着システムのTWCへの最適化
4.2.1 吸着、脱離特性
4.2.2 TWCとの組み合わせ
4.2.3 担体の影響
4.2.4 HC脱離遅延化
4.2.5 システム化
4.2.6 2-ステージ式HC吸着型三元触媒システム
5. ディーゼル車排ガス処理
5.1 HC吸着材としてのゼオライト
5.2 DPF(ディーゼルパティキュレートフィルター)
5.3 4-way触媒
5.4 HC-SCR
5.5 NH3-SCR
5.6 排ガス二段触媒法
6. おわりに

【第VI編 ゼオライト系触媒による環境調和型反応の展望】
総論
1. はじめに
2. ゼオライトの触媒としての特徴
2.1 酸性質
2.2 形状選択性
2.2.1 逐次反応の制御
2.2.2 併発反応の制御
2.3 ゼオライト触媒プロセスの展望
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