Theory and practice of an innovative reaction process for recovering resource from industrial emissions CO2, which is developed by a novel methanation system operated at a room temperature

由室温下运行的新型甲烷化系统开发的从工业排放二氧化碳中回收资源的创新反应工艺的理论与实践

基本信息

批准号：
20H00642
负责人：
福原長寿
金额：
$ 28.79万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

Ｒ３年度に製作したラボレベルのメタン化＋ドライ改質の連結型反応装置を活用し、以下の項目について研究推進を図った。その結果、以下の成果を得ることができた。１．産業プロセスから排出される実際の排ガスを用い、構築した装置のメタン化処理能力を評価した。具体的には、セメント工場内ロータリーキルンからの実排出ガスと市販の小型発電機エンジンからの実排出ガスの両方を用い、CO2を分離濃縮することなくそのまま（O2共存のまま）で、ガス中CO2を効率的にCH4に変換した。２．上記システムに関した熱力学的観点からのエクセルギー評価を実施したところ、通常の触媒充填型反応システムと比較し、本装置のメタン化特性は充分な優位性をもつこと、特にO2共存ありの場合はその特性がより優位になることが明らかとなった。３．製作したラボレベルのドライ改質装置を用い、大供給量（1L/min以上）における開発Ni系構造体触媒の長期耐久性を評価した。無電解めっき時のめっき時間の変化や下地層への第二成分添加は効果的であり、寿命の長い触媒システムを構築することができた。また、耐久性のあるNi系構造体触媒について、物理化学的な物性測定（表面構造、元素分布状態、電子的な特性など）を実施し、触媒の長期耐久性と高性能化についての情報を得た。４．FT反応による合成ガスからの有用化合物の製造システムについて、FT反応のための最適な触媒成分を探索した。その結果、鉄族系元素の有効性を明らかにし、最適な触媒担体を選定した。また、その触媒系の構造体触媒化に成功し、高圧条件下での反応特性を調査した。

利用R3年生产的实验室级甲烷化+干重整耦合反应装置，推进了以下项目的研究。结果，我们获得了以下结果。 1.使用工业过程中排放的实际废气来评估所构建装置的甲烷化处理能力。具体而言，我们使用水泥厂回转窑的实际废气和市售小型发电机的实际废气，不分离浓缩而提取气体中的CO2（O2保持共存）。转化为CH4。 2.当我们从热力学角度对上述系统进行火用评估时，我们发现该装置的甲烷化性能与普通的催化剂填充反应系统相比足够优越，特别是当O2共存时，这一特性变得很明显。更占主导地位。 3.使用制造的实验室级干重整器，我们评估了所开发的镍基结构催化剂在大进料速率（1升/分钟或更高）下的长期耐久性。改变化学镀过程中的电镀时间以及在底层中添加第二成分是有效的，并且我们能够构建具有长寿命的催化剂系统。此外，我们还对耐用的镍基结构催化剂进行了物理化学性能测量（表面结构、元素分布、电子性能等），获得了催化剂的长期耐用性和性能改进的信息。 4.针对通过费托反应从合成气生产有用化合物的体系，我们寻找了费托反应的最佳催化剂组分。因此，我们阐明了铁族元素的有效性并选择了最合适的催化剂载体。我们还成功地将催化剂体系转化为结构催化剂，并研究了高压条件下的反应特性。