より効率的で環境に優しいエチレン製造の可能性を拓く新触媒

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 (Catalyst opens door to more efficient, environmentally friendly ethylene production)

2020/4/24 ノースカロライナ州立大学(NC State)
diagram of ethylene production process
・ NC State が、エタンをエチレンに効率的に転換するレドックス触媒を開発。
・ 同触媒は、同大学が過去に開発した同様の技術を改良したもので、消費エネルギーを 60~87%削減し、大幅にコストを低減しながら CO2 排出量を最大で 87%削減する。エチレンは特にプラスチック産業で不可欠な原料であるため、経済的・環境的な影響は多大と考える。
・ 効率性が向上した同触媒は、遠隔地でのエネルギー抽出作業を可能にし、シェールガス生産時の副生物であるエタンの有用性を高めるもの。米国南部 48 州では、遠隔地からの輸送困難のため毎年2 億バレルを上回る量のエタンを廃棄している。
・ 現在のエタン-エチレン転換技術の課題は、遠隔地でのエネルギー抽出サイトに適したサイズへのスケールダウンが不可能であること。同触媒は、これを解決し、遠隔地でのコスト効果的なエタン-エチレン転換を可能にする。エタン転換後にエチレンを液体燃料に転換することで、輸送がより容易になる。
・ 同触媒は、溶融炭酸塩で促進した(金属)複合酸化物で構成され、エタン転換と空気分離を含む転換プロセスの起こる温度は 650~700℃(現在の転換技術では 800℃超)。
・ 初期投資としてモジュール式の化学反応装置が同触媒システムの設置時に必要だが、効率性の飛躍的な向上とエタンの活用の貢献度は高い。
・ 本研究は、米国科学財団(NSF)、米国エネルギー省(DOE)の RAPID Institute および Kenan Institute for Engineering, Technology, and Science の支援により実施された。
URL: https://news.ncsu.edu/2020/04/ethylene-product-catalyst/

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

Science Advances(掲載論文アブストラクトのみ:全文は有料)
A molten carbonate shell modified perovskite redox catalyst for anaerobic oxidative dehydrogenation
of ethane
URL: https://advances.sciencemag.org/content/6/17/eaaz9339

Abstract

Acceptor-doped, redox-active perovskite oxides such as La0.8Sr0.2FeO3 (LSF) are active for ethane oxidation to COx but show poor selectivity to ethylene. This article reports molten Li2CO3 as an effective “promoter” to modify LSF for chemical looping–oxidative dehydrogenation (CL-ODH) of ethane. Under the working state, the redox catalyst is composed of a molten Li2CO3 layer covering the solid LSF substrate. The molten layer facilitates the transport of active peroxide (O22−) species formed on LSF while blocking the nonselective sites. Spectroscopy measurements and density functional theory calculations indicate that Fe4+→Fe3+ transition is responsible for the peroxide formation, which results in both exothermic ODH and air reoxidation steps. With >90% ethylene selectivity, up to 59% ethylene yield, and favorable heat of reactions, the core-shell redox catalyst has an excellent potential to be effective for intensified ethane conversion. The mechanistic findings also provide a generalized approach for designing CL-ODH redox catalysts.

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