Development of Innovative Fe-based FT-syn Catalyst to Produce Carbon-Neutral Liquid Fuel
Project/Area Number |
22K05001
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 31020:Earth resource engineering, Energy sciences-related
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Research Institution | Gifu University |
Principal Investigator |
隈部 和弘 岐阜大学, 工学部, 助教 (80456706)
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Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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Keywords | FT合成 / 鉄 / 触媒 / オレフィン / パラフィン / 廃鉄釘 / コバルト / カーボンニュートラル / BTL / 液体燃料 / Fe系触媒 |
Outline of Research at the Start |
本研究は,研究代表者が見出した新しい知見をもとに,これまで化学原料製造用に利用されてきたFe系触媒を利用し,PHVやHV車用燃料として飽和炭化水素が主成分となる安価なBTL用Fe系触媒の開発を行って,BTLプロセスの低コスト化・早期の実用化を実現し,カーボンニュートラル社会の実現に寄与する.そのために必要な「建築廃木材含有廃鉄釘をFe系触媒固定層として用いたFT合成メカニズムの解明」,「BTL用固定層Fe系FT合成触媒の開発」,さらには実用化を見据え「有機溶媒中に触媒を分散させたスラリー(有機溶媒+触媒混合)層反応器BTL用Fe系FT合成触媒の開発」を行う.
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Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は,これまで化学原料用のオレフィンを製造するために用いられてきたFe系FT合成触媒を,FT合成においてパラフィンが主成分となるようにBTL用の安価なFe系FT合成触媒の開発を行い,BTLプロセスの低コスト化・早期の実用化を目指すことである. 今年度は触媒開発のベースとなる,協力企業から入手した実際の建築廃木材含有廃鉄釘の腐食後の酸化状態や表面状態をSEM-EDXやXRDを用いて分析・物性評価を行い,それを基に試薬から数種類の物性の異なる「人為的に作製した模擬廃鉄釘」の触媒調製を試みた.調製された実廃鉄釘腐食触媒および模擬廃鉄釘触媒を固定層として用いたFT合成実験を行い,生成ガスおよびFT合成油を分析することにより,実廃鉄釘触媒を用いた場合のFT合成においてパラフィンが主成分となるメカニズム,特に,「実廃鉄釘触媒のどの物性」が影響を与えているのかを解明した. その結果,(1)実廃鉄釘腐食触媒は主成分のFe以外にZn,Si,Co,Al元素の酸化物が含有していることがわかったので,それを基に(2)人為的に作製した模擬廃鉄釘,(3)2Co/Fe2O3,(4)4Co/Fe2O3触媒を含浸法で調製して触媒還元後にFT合成実験を行ったところ,(2)の触媒でのCO転換率は91%,(3)の触媒では90%,(4)では95%であった.COからのC7-C18炭化水素液体燃料選択率は(2)では33%,(3)31%,(4)29%であった.そのうち,オレフィン(O):パラフィン(P)比率は(2)では3.4:6.6,(3)5.1:4.9,(4)3.7:6.3であった. (2)-(4)の模擬廃鉄釘触媒のBET比表面積等の物理特性がほぼ同じであることから,実廃鉄釘触媒含有のCoがFT合成においてパラフィンが主成分となるメカニズムに起因していると考えられた.
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は,(1)協力企業から入手した実廃鉄釘触媒の物性評価を行い,それを基に試薬から数種類の物性の異なる「人為的に作製した模擬廃鉄釘」の触媒調製を試みる,(2)調製された模擬廃鉄釘触媒を固定層として用いたFT合成実験を行い,生成ガスおよびFT合成油を分析することにより,実廃鉄釘触媒を用いた場合のFT合成においてパラフィンが主成分となるメカニズムの解明,特に「実廃鉄釘触媒のどの物性」が影響を与えているのかを解明する,という計画であった. その計画に対し,実際に,(1)実廃鉄釘触媒の物性評価を行い,主成分のFe以外にZn,Si,Co,Al元素の酸化物が含有していることがわかった,(2)実廃鉄釘触媒含有のCoがFT合成においてパラフィンが主成分となるメカニズムに起因していると考えられた,ことから,おおむね順調に進展している,と評価した.
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Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究成果を受けて,2023年度ではBTL用固定層Fe系FT合成触媒の開発を行う.再現性を高めるために,試薬から数種類の物性の異なる模擬廃鉄釘触媒調製を試みる.調製した模擬廃鉄釘触媒を固定層として用いたFT合成実験を数種類のパラメータ(温度,圧力,空間時間等)を変化させて行った場合の生成ガスやFT合成油を分析することにより,BTL用固定層Fe系FT合成触媒物性の最適化を行う. さらに,2024年度では有機溶媒中に触媒を分散させたスラリー(有機溶媒+触媒混合)層反応器BTL用Fe系FT合成触媒の開発を行う.触媒固定層FT合成反応は高いCO転換率となる長所はあるが,発熱反応であるために反応温度の制御が困難であることやワックス蓄積による触媒失活等の短所もある.BTLの実用化のためには,それらが改善できるスラリー層FT合成反応にBTL用Fe系FT合成触媒を適用させることが必要である.そのため,BTL用固定層Fe系FT合成触媒を基に,有機溶媒中で反応させることにより生ずる低転換率の改善ができるスラリー層反応器用Fe系FT合成触媒の開発を行う.触媒スラリー層FT合成反応器の設計・製造を行い,調製したFe系FT合成触媒をスラリー層として用いた実験から得られる生成ガスおよびFT合成油を分析することにより,BTL用スラリー層Fe系FT合成触媒物性の最適化を行う.スラリー層内では触媒同士の衝突が起こるので,触媒強度維持化も実施する.
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)