金属ナノ微粒子触媒を用いるFuel窒素の無害化除去法の開発

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555246
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 大塚 康夫 東北大学, 反応化学研究所, 助教授 (20091663)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松村 淳司 東北大学, 素材工学研究所, 助教授 (40210059) ; 庄 前林 東北大学, 反応化学研究所, 助手 (70271997) ; 菅原 勝康 秋田大学, 鉱山学部, 助教授 (60154457) ; 佐藤 芳樹 通産省, 資源環境技術研, 室長
• Keywords: 金属微粒子 / Fuel窒素 / 脱窒素 / 無公害化 / 熱分解

Research Abstract

特異な触媒機能を持つナノスケールの金属微粒子を用いて、Fuel窒素のなかでも除去が至難と言われる石炭中含窒素複素環化合物の無害除去法の開発に取り組み、以下の研究成果を得た。
1.鉄鋼酸洗廃液の主成分である塩化鉄水溶液を触媒原料として用い、水酸化カルシウムによる沈殿法により、ナノスケールの鉄微粒子を石炭表面上に作成することに成功した。水素還元後の金属鉄微粒子の粒径は石炭表面の含酸素官能基量に依存し、COOH基を多く含む褐炭上では、20〜30nmと微細であることが判明した。
2.石炭粒子の加熱速度や滞在時間を制御できる3種類の装置(固定床、流動層、気流層)を用いて、石炭試料を高純度He中で熱分解し、GC、FT-IR、全N量分析を駆使して、ガス(N_2・NH_3・HCN)、液状生成物、固体残査に移行する窒素を定量できる分析システムを確立した。固定床熱分解時のN_2生成量は炭種に著しく依存し、FeやCaを含む鉱物質の含有量が多い石炭ほどN_2量が高くなり、1000℃でのN_2への転化率は65%に達する例を初めて見いだした。さらに、鉄ナノ微粒子の触媒効果は、このような鉱物質の少ない石炭ほど顕著となることも明らかとなった。気流層熱分解では触媒効果が若干低下したが、微粒子上でのタールの二次的分解が抑制されるためである。
3.N_2生成に及ぼす含窒素液状化合物の二次的反応の寄与を解明するため、パルス反応器を用いてピリジン、ピロールの分解実験を行ない、600〜700℃の金属鉄微粒子上では、N_2が選択的に生成することを明らかにした。
4.熱分解後の固体残査や窒素を多量に含むモデル炭素質のXPS測定を行ない、ピリジン環、ピロール環、4級窒素の存在割合を調べ、脱窒素のメカニズムや固相脱N_2反応のダイナミックスにアプローチした。

Research Products

• [Publications] Yasuo Ohtsuka: "Change in nitrogen furctiondity during iron-catdyzed nitrogen removal" Coal Science and Technology. 24. 1689-1692 (1995)
• [Publications] Zhiheng Wu: "Formation of N_2 duning the fixed bed pyiolysin of coals" Coal Science and Technology. 24. 1701-1704 (1995)
• [Publications] Hirosh Mori: "Fron-catalyzed introgen removal of coals duning flnid:2ed bed pyrolys" Enengy Fuels. 10(印刷中). (1996)
• [Publications] Zhiheng wu: "Remakelde formation of N_2 duning coal pyrolysis" Energy Fuels. 10(印刷中). (1996)