合成沸石在日本工业领域的应用与发展趋势

合成沸石在日本工业领域的应用与发展趋势

合成沸腾石的应用非常广泛，从日常产品到工业领域的应用。合成沸石由其独特的分子和结晶结构衍生出催化、吸附和离子交换功能。合成沸石目前在工业领域应用十分活跃,其在环境保护领域的应用正在快速增加。在其高度细分化的应用领域,由于持续不断的R&D活动,合成沸石的需求无疑在较长时期内将会继续增长。合成沸石在日本的应用合成沸石大部分是结晶氢铝硅酸盐矿物的化碱金属盐,主要用钠、钾和钙作为碱金属。由于其经得起分子工程的检验,沸石的结构多种多样。其在结构上的独特粒子赋予了合成沸石多种功能,可作为分子筛、极性吸附介质、催化剂和离子交换材料。沸石于18世纪被首次发现。目前已经知道的天然沸石有40余种。美国原联碳公司是世界上首次商业化生产合成沸石的企业。目前在日本,有数家企业在生产合成沸石,分别是:尤尼昭和公司(UnionShowa),日本昭和电工株式会社(ShowaDenko)和美国霍尼韦尔公司旗下的UOPLLC公司成立的合资公司。UOPLLC公司接收了原联碳公司的合成沸石生产技术;东曹株式会社(TosohCorp);水泽工业化学有限公司(MizusawaIndustrialChemicals);日本化学工业公司(NipponChemicalIndustrial);旭硝子株式会社(AsahiGlass)。此外,用粉煤灰在高温条件下通过碱处理制备的人工沸石正在多个领域开拓应用市场。许多沸石生产企业都采用这种方法生产沸石。在合成沸石的许多应用之中,其作为洗涤剂助剂的应用最为广泛。洗涤剂的主要成分是表面活性剂,添加助剂可以增强其清洁效果。合成沸石已经成为主要的洗涤剂助剂,将硬水中的矿物质去除以软化水,并且阻止脏东西在被洗涤剂清除之后再次吸附在衣物上。合成沸石已经迅速取代了以前广泛使用的多聚磷酸。多聚磷酸之所以不再作为洗涤剂助剂,是因为它会造成水污染。虽然合成沸石仍将继续作为主要的洗涤剂助剂使用,但其在日本国内的需求已经停滞不前,这主要是由于合成洗涤剂市场趋于饱和,而超浓缩洗衣剂越来越多。因此,在20世纪90年代出现的合成沸石需求高速增长的现象将不会重演。合成沸石在日本市场的需求将会稳定在100000吨/年的水平之上。合成沸石的另一个广泛应用是作为双层玻璃窗的干燥剂。一套双层玻璃窗包括两层玻璃,中间夹有干燥空气。中间的干燥空气具有很好的热绝缘性,可以降低加热和冷却房间气温所需的能量。因此,双层玻璃窗作为节约能量和增加舒适的手段已经成为房屋建筑不可缺少的材料,并已成为环保相关市场的一部分。合成沸石用作双层玻璃窗中间的空气干燥剂可以防止温度降低时夹层空气中的水分凝结下来弄湿窗户。双层玻璃窗在美国和德国的应用尤为普遍,其市场份额据说已经达到100%。双层玻璃窗在日本的应用预计将会增加。然而之前,双层玻璃窗仅仅安装在气候寒冷的地区,比如北海道和日本北部地区。但随着日本政府要求建筑物达到新的节能标准,双层玻璃窗在日本的应用将会逐步增加。2002年～2004年,双层玻璃窗在日本国内的销售停滞不前。但到了2005年,情况大有好转,销售以两位数的速度增长,到2006年销售达1592万平方米,是1998年的2.3倍。2006年,90.6%的新建建筑物采用了双层玻璃窗。根据日本平板玻璃企业协会的调查研究,日本如果在全国范围内安装双层玻璃窗,可减少400万吨/年的二氧化碳排放。但问题是这些双层玻璃窗的价格比普通玻璃窗要高出许多。但是政府和公众保护环保和节约能源的意识逐步增强,双层玻璃窗的市场需求将会越来越大。流化床催化裂化催化剂在工业领域,合成沸石主要作为催化剂用于炼油、化工和石化生产。除了流化床催化裂化、加氢精制、加氢裂解、异构化和催化重整工艺之外,沸石催化剂还用于多种生产精细化学品的反应,如傅瑞尔—克拉夫茨反应、不对称氧化反应、不对称环氧化反应、醇醛缩合反应、克莱文盖尔缩合反应、加氢和不对称加氢反应、不对称还原反应、氢甲酰化反应、不对称烷基化反应。特别地,炼油厂使用流化床催化裂化催化剂来提取中间馏分,比如汽油、煤油和轻油。就数量意义上来说,流化床催化裂化催化剂是合成沸石的最大应用领域。高性能沸石正在开发之中,主要是用来满足日益严格的流化床催化裂化装置的开工条件。用于加氢裂化催化剂对合成沸石的需求仅次于流化床催化裂化催化剂。目前,石化工业的发展在很大程度上依赖于沸石基催化剂技术。在气体分离领域,对合成沸石的需求正在强劲增长,主要用于变压吸附和制氧装置。该装置通过吸附空气中的氮气生产高纯氧气。使用合成沸石的一个优点是可以降低设备和生产体系的规模,有助于气体生产工业满足不断增长的工业氧气的需求。工业氧气主要用于纯氧曝气污水处理、电炉、用于生产非铁金属的熔融电炉、纸浆漂白、玻璃生产。随着健康意识的不断增强以及氧吧的兴起,家庭和商店用小型氧气发生器的市场需求也在不短增加。合成沸石在此领域的市场需求预计将会进一步增加。在环境保护领域,合成沸石作为从汽车尾气中去除挥发性有机物的催化剂的需求正在快速增加。合成沸石在低温条件下从汽车尾气中捕捉挥发性有机物,在温度升高时再将其释放并燃烧方面表现出优异的综合性能。此外,合成沸石在处理污水去除其中的挥发性有机物和有毒化学物质以及除臭方面都具有重要作用。分子筛的应用与合成沸石不同,通过电厂产出的飞灰在碱溶液结晶生产的价格低廉的分子筛近年来市场份额不断扩大。球状飞灰可以通过规整的分子级研磨转变为分子筛。分子筛的颗粒直径与合成沸石大