ビクトリア褐炭の高度変換利用技術の開発

• 研究課題/領域番号: 01044015
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 西山 誼行 (1990) 東北大学, 非水容液化学研究所, 教授 (10006299); 西山 よし行 東北大学, 非水溶液化学研究所, 教授
• 研究分担者: 柴岡 道夫 CSIRO, 顧問 ; PERRY G.J. CCV研究所, 研究所長 ; LYNCH L.J. CSIRO, 石炭部, 部長代理 ; SMITH I.W. CSIRO, 石炭部, 副部長 ; 川村 邦男 東北大学, 工学部, 助手 (50204772) ; ALLARDICE D. ビクトリア州石炭公社(CCV), 部長 ; 二タ村 森 東京大学, 工学部, 助手 (60165446) ; 芳賀 哲哉 東北大学, 非水容液化学研究所, 助手 (50134060) ; JACKSON W.R. Monash大学, 化学科, 教授 ; LARKINS F.P. Tasmania大学, 化学科, 教授 ; 藤津 博 九州大学, 機能物質科学研究所, 助教授 (00038605) ; 伊藤 攻 東北大学, 非水容液化学研究所, 助教授 (30006332) ; 大塚 康夫 東北大学, 非水容液化学研究所, 助教授 (20091663) ; 横山 晋 北海道大学, 工学部, 助教授 (30001291) ; 奥脇 昭嗣 東北大学, 工学部, 教授 (70005320) ; 持田 勲 九州大学, 機能物質科学研究所, 教授 (20037758) ; 真田 雄三 北海道大学, 工学部, 教授 (50109485) ; 神谷 佳男 東京理科大学, 工学部, 教授 (40010764) ; 玉井 康勝 東京理科大学, 工学部, 教授 (80006288) ; 松田 實 東北大学, 非水容液化学研究所, 教授 (90006297) ; AGNEW J.B. Adelaide大学, 化学工学科, 教授 ; AGNEW John B. Department of Chemical Engineering, niv. of Adelaide ; PERRY Geoffrey J. Research Facility, Coal Corporation of Victoria
• 研究期間 (年度): 1989 – 1990
• 研究課題ステータス: 完了 (1990年度)
• 配分額: 6,000千円 (直接経費: 6,000千円); 1990年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円); 1989年度: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
• キーワード: ビクトリア褐炭 / 石炭液化 / 石炭熱分解 / 石炭ガス化 / 活性炭 / 石炭酸化 / 石炭構造

研究概要

1.ビクトリア褐炭の高度変換利用技術の開発を目的とする共同研究は昭和63年度に開始され、同年度6名の研究協議班員と5名の実験研究班員をオ-ストラリアに派遺して先方の5研究機関において石炭変換研究を実施した。これらの研究を更に発展させるために本研究計画にもとづき平成元年度には1名の実験研究班員をオ-ストラリア国連邦科学技術研究機構(CSIRO)石炭技術研究所に、また平成2年度にはもう1名をビクトリア州石炭公社(CCV)研究所に派遺し、褐炭の加熱に伴う分子構造の変化ならびに褐炭の液相酸化による生成物の分離分析方法の研究を行った。同時に昭和63年度の共同研究も各研究分担者が追加実験や討論を進め、新しい知見を加えた。
2.平成元年度当共同研究班ではオ-ストラリア側分担者6名を招へいし、吹田市において討論集会を開催し、それまでの研究成果とその後の展開について協議した。更にオ-ストラリア側分担者は本研究班の研究機関を訪問し、具体的な研究実験とその成果を調査し、共同研究の展開について個別協論を行った。次に平成2年度には日本側代表と研究分担者がオ-ストラリア側研究機関を訪問し、研究展開について意見を交換し、オ-ストラリアの石炭科学者および技術研究者と交流を深めた。
3.これらの実験研究で得られた直接的な成果は次の通りである。
(1)褐炭液化油のアッブグレ-ディングに用いる触煤の担体として4種のセラミックを用い、高表面積の担体で良好な水添改質ができることを明らかにし、担体の構造が重要であることを示した。
(2)液化反応のモデル物質による解析を行い、生成する長鎖アルカンやアルケンは芳香族カルボン酸エステルに由来することを明らかにし、その反応機構を示した。
(3)ロイヤン褐炭について触煤を用いる急速熱分解とガス化でクリ-ンな気体および液体燃料の製造を試み、触煤が含酸素官能基の分解とCO_2ガス化を促進することを示した。
(4)褐炭の熱分解過程での表面積、細孔構造と表面化学特性の変化を調べて熱分解条件と触煤ガス化活性との関係を明らかにし、表面含酸素官能基の役割を解明した。
(5)ビクトリア褐炭から得られたチャ-を硫酸およびアンモニアで処理することによりSO_χやNO_X除去用の高機能性活性炭を製造する方法を示した。
(6)核磁気共鳴熱分析法をビクトリア褐炭の加熱過程での分子構造の変化の研究に適用して固体相の他に2種の易動性相が存在することを始めて明らかにし、新しい速度論解析法を開発した。
(7)核磁気共鳴熱分析法が褐炭と金属イオンや硫黄などの添加物との反応の追跡に有用であることを示した。
(8)褐炭の酸素酸化生成物の分離分析に高速液体クロマトグラフィ-を用い、芳香族酸がイオン交換反応機構およびイオン対分配機構の両機構で分離されることを明らかにした。
これらの成果は直接的に新しい石炭変換技術を提供するほか既に進められてきた各種の基礎的な研究と組み合わせることにより、変換方法を発展させ効率化させるのに有用である。例えば加熱に伴う分子挙動はチャ-やブリケットの製造はもちろん、液化や燃焼に対しても有用な知見を提供する。
4.オ-ストラリア国内の石炭研究の情況に関する主な知見は次の通りである。
(1)石炭資源としては極めて大量の埋蔵量を有し、国家の経済の基礎として充分認識されているが、オ-ストラリア国内での石炭に対する研究投資が停滞気味であり、産炭国として望ましくない状態にある。
(2)オ-ストラリア内でも新しい石炭変換研究は、比較的少数の研究機関に限定され、石炭技術の大半は熱分解や燃焼などの現用技術にかかわる研究に向けられている。特に乾燥、ボイラ-燃焼時の灰分沈着が注目された。

研究成果

• [文献書誌] S.Futamura,W.R.Jackson, G.J.Stray,S.C.Lim,and F.P.Larkins: "Thermolysis and Hydrogenolysis of Model Organic Compounds Relevant to the Production of Longーchain Hydrocarbons from Reactions of Coals" Proceedings 1989 International Conference on Coal Science. 2. 891-894 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.Yokoyama,H.Mishima,M.Satou,and Y.Sanada: "Chemical Structural Change in Product Oil during Upgrading Reaction for SRCーII by GCーMS" Proceedings 1989 International Conference on Coal Science. 2. 1119-1122 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] M.Satou,S.yokoyama,and Y.Sanada: "Distribution in CoalーDerived Oil of Aromatic Hydroarbon Compound Types Grouped According to Boiling Point by High Performance Liquid Chromatography/Mass Spectrometry" FUEL. 68. 1048-1051 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.Futamura,S.Koyanagi and Y.Kamiya: "Hydrogen Shuttling Effect of Azaaromatics in the Hydrogenolysis of the Diarylmethane" FUEL. 68. 130-132 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.Futamura, S.Koyanagi and Y.Kamiya: "Additive Effects of SolventーRefined Coal Fractions and Aromatic Compounds on the Hydrogenolysis of Diarylmethanes" ENERGY & FUELS. 3. 381-385 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.Yokoyama,H,Mishima,M.Satou,and Y.Sanada: "Unsubstituted Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Produced by Catalytic Hydropyrolysis of Coal Liquids" ENERGY & FUELS. 3. 398-402 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.Futamura,K.Fujimoto and Y.Kamiya: "Catalysis of αーFe and Fe^<1ーX>S toward the Hydrogenolysis of Transーstilbene in Hydroaromatic Hydrocarbon Solvents" Bull.Chem.Soc.Jpn.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 二タ村 森,小柳 精也,神谷 佳男: "9ーベンジルフェナントレンの水素化分解に及ぼす鉄系触媒と溶媒の効果" 燃料協会誌.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S. Yokoyama,Y.Sanada,S.Supaluknari,M.E.Hughes and F.P.Larkins: "catalyst Activity for Upgrading a Model Feedstock and a Coal Derived Liquid" ENERGY & FUELS.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] H.Fujitsu,I.Mochida,V.Verheyen,G.J.Perry and D.J.Allardice: "Preparation of High Performance Active Carbon from Brown Coal" FUEL.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Haga,Y.Nishiyama,P.K.Agarwal and J.B.Agnew: "Surface Structural Changes of Coal upon Heat Treatment at 200ー900℃" ENERGY & FUELS. (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Haga,M.Sato,Y.Nishiyama,P.K.Agarwal and J.B.Agnew: "Influence of Structural Parameters of Coal Char on Kー and CaーCatalyzed Steam Gasifications" ENERGY & FUELS. (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] R.Sakurovs,L.J.Lynch and O.Ito: "The Effect of Elemental Sulfur on the Fusibility of Coals" Proceedings 4th Australian Coal Science Conference. 1-10 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] W.A.Barton,O.Ito and L.J.Lynch: "Extraction and Swelling of Bituminous Coals with Mixed Solvents" Proceedings 4th Australian Coal Science Conference. 289-297 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Kawamura,A.Okuwaki,T.V.Verheyen and G.J.Perry: "HPLC Analysis and Its Separation Behavior of Aromatic Carboxylic Acids from Oxidation of Loy Yang Coal in the Elevated Temperature Alkaline Solution" FUEL.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S. Futamura, W. R. Jackson, G. J. Stray, S. C. Lim, and F. P. Larkins: "Thermolysis and Hydrogenolysis of Model Organic Compounds Relevant to the Production of Long-Chain Hydrocarbons from Reactions of Coals" Proceedings 1989 International Conference on Coal Science. 2. 891-894 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S. Yokoyama, H. Mishima, M. Satou, and Y. Sanada: "Chemical Structural Change in Product Oil during Upgrading Reaction for SRC-II by GC-MS" Proceedings 1989 International Conference on Coal Science. 2. 1119-1122 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M. Satou, S. Yokoyama, and Y. Sanada: "Distribution in Coal-Derived Oil of Aromatic Hydrocarbon Compound Types Grouped According to Boiling Point by High Performance Liquid Chromatography/Mass Spectrometry" FUEL. 68. 1048-1051 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S. Futamura, S. Koyanagi, and Y. Kamiya: "Hydrogen Shuttling Effect of Azaaromatics in the Hydrogenolysis of the Diarylmethane" FUEL. 68. 130-132 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S. Futamura, S. Koyanagi, and Y. Kamiya: "Additive Effects of Solvent-Refined Coal Fractions and Aromatic Compounds on the Hydrogenolysis of Diarylmethanes" ENERGY & FUELS. 3. 381-385 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S. Yokoyama, H. Mishima, M. Satou, and Y. Sanada: "Unsubstituted Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Produced by Catalytic Hydropyrolysis of Coal Liquids" ENERGY & FUELS. 3. 398-402 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S. Futamura, K. Fujimoto, and Y. Kamiya: "Catalysis of alpha-Fe and Fe_<1-X>S toward the Hydrogenolysis of Trans-stilbene in Hydroaromatic Hydrocarbon Solvents" Bull. Chem. Soc. Jpn.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S. Futamura, S. Koyanagi, and Y. Kamiya: "Effects of Iron-group Catalysts and Solvents on the Hydrogenolysis of 9-Benzylphenanthrene" J. Fuel Soc. Jpn.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S. Yokoyama, Y. sanada, S. Supaluknari, M. E. Hughes, and F. P. Larkins: "Catalyst Activity for Upgrading a Model Feedstock and a Coal Derived Liquid" ENERGY & FUELS.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H. Fujitsu, I. Mochida, T. V. Verheyen, G. J. Perry, and D. J. Allardice: "Preparation of High Performance Active Carbon from Brown Coal" FUEL.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T. Haga, Y. Nishiyama, P. K. Agarwal, and J. B. Agnew: "Surface Structural Changes of Coal upon Heat Treatment at 200-900^ﾟC" ENERGY & FUELS. in press. (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T. Haga, M. Sato, Y. Nishiyama, P. K. Agarwal, and J. B. Agnew: "Influence of Structural Parameters of Coal Char on K- and Ca-Catalyzed Steam Gasifications" ENERGY & FUELS. in press. (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] R. Sakurovs, L. J. Lynch, and O. Ito: "The Effect of Elemental Sulfur on the Fusibility of Coals" Proceedings 4th Australian Coal Science Conference. 1-10 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] W. A. Barton, O. Ito, and L. J. Lynch: "Extraction and Swelling of Bituminous Coals with Mixed Solvents" Proceedings 4th Australian Coal Science Conference. 289-297 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K. Kawamura, A. Okuwaki, T. V. Verheyen, and G. J. Perry: "HPLC Analysis and Its Separation Behavior of Aromatic Carboxylic Acids from Oxidation of Loy Yang Coal in the Elevated Temperature Alkaline Solution" FUEL.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より