2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of an Effective System for Oxidative Desulfurization of Motor Fuels
| Project/Area Number |
19K05563
|
|---|
| Research Institution | University of Toyama |
|---|
Principal Investigator |
村田 聡 富山大学, 学術研究部芸術文化学系, 教授 (70219921)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 軽油 / 酸化脱硫 / 酸素酸化 / ルテニウム触媒 / ジベンゾチオフェン / エチルベンゼン |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
新規クリーン軽油製造プロセスの開発を目的として、軽油の酸化脱硫実験を行った。研究代表者(村田)は2018年度までの研究において、酸素雰囲気下、80℃で、エチルベンゼン等の炭化水素溶媒中、塩化ルテニウム(以下Ru触媒)を触媒として用いると、軽油中の代表的な難脱硫性硫黄化合物の一つであるジベンゾチオフェン(以下DBT)をほぼ定量的に酸化できることを見いだしている。この反応系は過酸化物等の危険性の高い試薬を使用しない、安全な反応系ではあるが、溶媒(燃料本体に相当する)の過剰酸化を伴う。溶媒の過剰酸化は燃料の品質劣化につながるため、これを抑えることが重要となる。この反応系をベースとして研究計画に従い、以下の実験を行った。
(1) 芳香族アミン類の添加による効果－Ru触媒の配位子となる置換ピリジン、キノリン、ビピリジル等を添加してその効果を調べた。これらの芳香族アミン類の添加によりDBTの添加率ほぼ100%を保ったまま、溶媒の酸化生成物の副生を抑えることが可能となった。
(2) 触媒金属の検討－Ru触媒は高活性であるが、同時に高価であり、実用化の際に問題となる可能性が高い。安価な第四周期金属のうち、酸化触媒として多用されているマンガン、鉄、コバルトの適用性について検討したところ、反応条件をやや厳しくすることで、マンガンおよびコバルト触媒が使用可能であることを見いだした。
(3) 溶媒の効果－エチルベンゼン以外の炭化水素溶媒として、クメン、テトラリン、デカリン、n-オクタン等の使用可能性を検討した。その結果、クメンおよびデカリンは、エチルベンゼンの代替品として使用可能であることがわかった。
研究計画にはないが、分子状酸素に次いで安価かつ安全性の高い酸化剤である過酸化水素を用いた酸化反応系についても検討を行い、塩化鉄を触媒とすると効率的にDBTを酸化できることを見いだした。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究実績の概要の項に書いたように、現在ルテニウム触媒を用いる炭化水素溶媒中におけるジベンゾチオフェン(以下DBT)の酸素酸化に関する検討を行っている。目的としては、効率よく反応を行うことができる反応条件を見いだすこと、炭化水素溶媒の過剰酸化を抑えることである。そのための研究課題として、研究期間の前半(令和元年度～令和2年度半ば)では以下の4つを挙げた：①芳香族アミン類の添加効果、②硫黄化合物の多様性、③溶媒の検討、④吸着剤の検討。このうち、①と③についてはほぼ順調に実験が進行し、実績概要に記したような成果が得られている。
②については、令和2年度に実施予定である。
④の吸着剤を用いた検討であるが、予備的な検討の段階ではDBTの酸化が進行し、溶媒の過剰酸化が抑えられるという結果を得ていたが、この結果の再現性を取ることが難しく、安定した結果が現在まで得られていない。そこで、吸着剤の使用については断念し、新たに抽出を用いたDBT酸化生成物の除去の検討を行うこととした。これについても令和2年度に実施予定である。
以上の状況を総合的に判断し、研究の進捗状況を「(3)やや遅れている。」と判断した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度は、研究計画に記したように、①触媒の検討、②硫黄化合物の多様性、③溶媒の検討の3つの課題に取り組む。また当初計画の④吸着剤の検討に代えて抽出の検討を行う。以上の結果がおおよそ出そろったところで、研究計画の後半部分、①使用後の触媒の分析および②実軽油の反応について検討を行う。
現在のところ、当初の研究計画から大きな変更はない。
|
| Causes of Carryover |
当初予算の直接経費は約2,600千円で、ガスクロマトグラフおよびその処理装置、消耗品、据付調整費が約2,500千円、その他消耗品(薬品、ガス、ガラス器具等)費を100千円と考えていた。
ガスクロマトグラフ等はほぼ予定額通りであったが、消耗品については前年度からの持ち越し(平成30年度までに校費等で購入した物品)があり、実際の消耗品購入額が予定額を下回ったため、次年度使用額が生じた。
|
