船舶搭載型脱硝用アンモニア合成プロセスの基礎研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12793002
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 秋鹿 研一 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (20016736)
• 研究分担者: 稲津 晃司 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (70272698) ; 泉 康雄 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 講師 (50251666) ; 小林 孝彰 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (90005984)
• キーワード: アンモニア合成 / 脱NO / ルテニウム触媒 / ディーゼル廃ガス / 活性炭担体 / メタン化 / 船舶搭載プロセス

研究概要

アンモニア合成に対しRu-Cs/MgOは高圧で活性が伸びないが、セシウム促進活性炭担持ルテニウム触媒(Ru-Cs/AC)は高圧下でも高い合成活性を示す。本年度は主としてこの触媒の活性化過程を解明した。Ru-Cs/ACは水素処理により活性化され、その処理圧力,温度,時間が活性に強く影響した。水素処理圧力1.1MPa,処理温度848K,処理時間1.5時間の場合に、5.9mmol・g-cat^<-1>・h^<-1>(反応温度315℃,空間速度18,000,反応圧力10気圧下)となり、報告された中で最高の合成速度を達成した。
水素処理圧力0.1MPa下では、723Kが最適温度であり、この処理により、粒子径約5nmのRu粒子が増すとともに、CsによるRuの被覆率は11%まで低減した。723Kから848Kまでの水素処理においては、CsによるRu被覆率の増加(81%)とRu粒子径の増大により、活性が低下した。
水素処理圧力1.1MPa下では、848Kが最適であり、この処理によりRu粒子径の増加(約5nmまで)、CsによるRu被覆率の最適化(約50%)がなされると共に、ACを介するRuへの電子供与を増すと考えられるRu周辺のCs量増加が認められた。
水素処理圧力が異なる(0.1と1.1Mpa)と、活性に対する処理温度依存性が異なったが、これは触媒上のCs分布が処理圧力により異なることに起因する(高圧水素処理によるCs促進剤の活性炭担体のマイクロポアへの拡散など)と考察した。
水素処理による触媒の構造変化について検討し、Cs化合物が活性炭担体のメタン化を(表面被覆により)抑制する、Ru粒子の移動を妨げ(シンタリングを抑制)るなどの効果があることを見出した。
Ru-Cs/ACが高活性を示す為の水素処理により、ACの20%未満の水素化分解、Ru粒子径約5nm、CsによるRu被覆率約50%の状態となっていることが解明された。

研究成果

• [文献書誌] Ryoichi Kojima, Ken-ichi Aika: "Rhenium Containing Binary Catalysts for Ammonia Synthesis"Appl. Catal. A. 209. 317-325 (2001)
• [文献書誌] Ryoichi Kojima, Ken-ichi Aika: "Cobalt Molybdenum Bimetallic Nitride Catalysts for Ammonia Synthesis Part 2. Kinetic Study"Appl. Catal. A. 218. 121-128 (2001)
• [文献書誌] Ryoichi Kojima, Ken-ichi Aika: "Molybdenum Nitride and Carbide Catalysts for Ammonia Synthesis"Appl. Catal. A. 219. 141-147 (2001)
• [文献書誌] Ryoichi Kojima, Ken-ichi Aika: "Cobalt Molybdenum Bimetallic Nitride Catalysts for Ammonia Synthesis Part 3. Reactant Gas Treatment"Appl. Catal. A. 219. 157-170 (2001)
• [文献書誌] Ioan Balint, Akane Miyazaki, Ken-ichi Aika: "NO Reduction by CH_4 over Well-Structured Pt Nanocrystal Supported on γ-Al_2O_3"Chem. Lett.. 1024-1025 (2001)
• [文献書誌] Katsutoshi Nagaoka, Ken-ichi Aika: "Effect of Additives on the Stability of Pd/Al_2O_3 for Carbon Dioxide Reforming of Methane"Bull. Chem. Soc. Jpn.. 74・10. 1841-1846 (2001)
• [文献書誌] T.Furusawa, K.Seshan, S.E.Maisuls, J.A.Lercher, L.Lefferts, K.Aika: "Selective Reduction of NO to N_2 in the Presence of Oxygen"13th International Zeolite Conference, Monperie, 2001. 329 (2001)
• [文献書誌] Ryoichi Kojima, Ken-ichi Aika: "Cobalt Molybdenum Bimetallic Nitride Catalysts for Ammonia Synthesis Part 1. Preparation and Characterization"Appl. Catal. A. 215. 149-160 (2001)
• [文献書誌] Hai Sheng Zeng, Koji Inazu, Ken-ichi Aika: "Dechlorination Process of Active Carbon-Supported, Barium Nitrate-Promoted Ruthenium Trichloride Catalyst for Ammonia Synthesis"Appl. Catal. A. 219. 235-247 (2001)
• [文献書誌] Katsutoshi Nagaoka, Masato Okamura, Ken-ichi Aika: "Titania supported ruthenium as a coking-resistant catalyst for high pressure dry reforming of methane"Catalysis Communications. 2. 255-260 (2001)
• [文献書誌] Akane Miyazaki, Ioan Balint, Ken-ichi Aika, Yoshio Nakano: "Preparation of high Activity Catalyst for Ammonia Synthesis by Supporting Well-Defined Ru Nanoparticles on γ-Al_2O_3"Chem. Lett.. 12. 1332-1334 (2001)
• [文献書誌] Akane Miyazaki, Ioan Balint, Ken-ichi Aika, Yoshio Nakano: "Preparation of Ru Nanoparticles Supported on γ-Al_2O_3 and Its Novel Catalytic Activity for Ammonia Synthesis"J. Catal.. 204. 364-371 (2001)
• [文献書誌] Hai Sheng Zeng, Takashi Hihara, Koji Inazu, Ken-ichi Aika: "Effect of N4ethanation of Active Carbon Support on the Barium-Promoted Ruthenium Catalyst for Ammonia Synthesis"Catal. Lett.. 76・3-4. 193-199 (2001)