安価な原料から製造したナノ微粒子複合体を用いる高効率炉内脱窒素・脱硫法の開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11218202
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (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): 王 野 東北大学, 反応化学研究所, 助手 (40292304)
• Keywords: ナノ微粒子複合体 / 石炭 / 脱窒素 / 脱硫 / 高温ガス精製

Research Abstract

石炭のガス化・燃焼プロセスで発生する含窒素ならびに含硫黄化合物は、後段のガス変換時の触媒毒やガスタービン燃焼時のNO_x源となる。そこで、本研究では、容易に入手できる触媒ソースや石炭を原料として、ナノスケールの微粒子を含む炭素複合体を製造し、ナノ微粒子の特異な触媒機能や高い反応性を利用することにより、これらのヘテロ化合物を効率よく無害化・除去できる方法の開発を目的としている。
本年度は、まず、産出国の異なる3種類の低炭化度石炭上に、2種類の金属イオンを異なる方法で添加し、これらの試料を不活性ガス気流中で熱分解して、無機微粒子-炭素複合体を製造した。次に、元素分析装置、N_2吸着測定、XRD、TEMを用いて複合体の特性を調べるとともに、新たに製作した流通式反応システムを使用して複合体上に含窒素モデルガスを流通し、その脱窒素性能を評価した。その結果、(1)活性炭を担体とする従来法に比べて、多くの含酸素官能基を持つ石炭を炭素原料として使用すると、30nm前後の金属微粒子が作成できること、(2)このナノ微粒子は極めて高い脱窒素活性を示し、一定の温度条件下で100%の窒素除去率を与えること、(3)金属種の異なる酸化物微粒子触媒も含窒素モデルガスを完全に除去できること、(4)これらの活性成分が共存すると、脱窒素性能に相乗効果が出現し、その反応は窒化物を中間体とするメカニズムで進行すること、が明らかとなった。以上のように、安価な原料から容易に製造できるナノ微粒子-炭素複合体は、従来のチャンピオン触媒を上回る高い脱窒素性能を発揮し、新規な高温ガス精製触媒として有望であることを見出した。