JP2022053181A - Oxygen carrier and method for producing gas - Google Patents

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昂嗣 滝沢
Takatsugu Takizawa
健一 新明
Kenichi Shinmyo
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Abstract

To provide an oxygen carrier that uses copper (Cu), which is an inexpensive metal element, as an activity species, but selects an appropriate second element for high conversion efficiency of carbon dioxide to carbon monoxide, and is economically advantageous, and a method for producing a gas using the oxygen carrier.SOLUTION: The inventive oxygen carrier is brought into contact with a raw material gas containing carbon dioxide to reduce the carbon dioxide, generating a product gas containing carbon monoxide, wherein the oxygen carrier contains a metal oxide containing copper (Cu) and a second element different from copper, and wherein the metal oxide has a crystal phase of copper oxide and a crystal phase of oxides of the second element.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、酸素キャリアおよびガスの製造方法に関し、より詳しくは、例えば、ケミカルルーピング法に利用可能な酸素キャリア、およびかかる酸素キャリアを使用したガスの製造方法に関する。 The present invention relates to an oxygen carrier and a method for producing a gas, and more particularly to, for example, an oxygen carrier that can be used in a chemical looping method, and a method for producing a gas using such an oxygen carrier.

近年、温室効果ガスの一種である二酸化炭素は、その大気中の濃度が上昇を続けている。大気中の二酸化炭素の濃度の上昇は、地球温暖化を助長する。したがって、大気中に放出される二酸化炭素を回収することは重要であり、さらに回収した二酸化炭素を有価物質に変換して再利用できれば、炭素循環社会を実現することができる。
従来、二酸化炭素から一酸化炭素を製造する方法として、逆水性ガスシフト反応を利用した方法が知られている。しかしながら、この従来の逆水性ガスシフト反応は、生成物である一酸化炭素と水とが系内に共存するため、化学平衡の制約により二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が低くなるという点で問題があった。
In recent years, the concentration of carbon dioxide, which is a kind of greenhouse gas, has been increasing in the atmosphere. Increased concentrations of carbon dioxide in the atmosphere contribute to global warming. Therefore, it is important to recover the carbon dioxide released into the atmosphere, and if the recovered carbon dioxide can be converted into valuable substances and reused, a carbon cycle society can be realized.
Conventionally, as a method for producing carbon monoxide from carbon dioxide, a method using a reverse water-gas shift reaction is known. However, in this conventional water-gas shift reaction, carbon monoxide, which is a product, and water coexist in the system, so that the conversion efficiency of carbon dioxide to carbon monoxide is low due to the restriction of chemical equilibrium. There was a problem.

そこで、上記問題を解決するため、ケミカルルーピング法を利用して二酸化炭素から一酸化炭素の変換(合成)が行われる。ここで言うケミカルルーピング法とは、上記逆水性ガスシフト反応を、水素による還元反応と、二酸化炭素からの一酸化炭素の生成反応との2つの反応に分割し、これらの反応を金属酸化物(MO)によって橋渡しさせるという方法である(下記式参照)。
+ MO → HO + MOx-1
CO + MOx-1 → CO + MO
なお、上記式中、MOx-1は、金属酸化物の一部または全部が還元された状態を示す。
Therefore, in order to solve the above problem, conversion (synthesis) of carbon monoxide from carbon dioxide is performed using a chemical looping method. The chemical looping method referred to here divides the above-mentioned reverse water-gas shift reaction into two reactions, a reduction reaction with hydrogen and a reaction for producing carbon monoxide from carbon dioxide, and these reactions are divided into metal oxides (MO). It is a method of bridging by x ) (see the formula below).
H 2 + MO x → H 2 O + MO x-1
CO 2 + MO x-1 → CO + MO x
In the above formula, MO x-1 indicates a state in which a part or all of the metal oxide is reduced.

ケミカルルーピング法では、それぞれの反応時には、逆反応の基質である水および一酸化炭素が共存しないため、逆水性ガスシフト反応の化学平衡よりも高い二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率を得られる可能性がある。
このケミカルルーピング法において、反応を橋渡しする金属酸化物としては、酸素欠損が生じ易い酸化セリウム等が広く用いられている。
例えば、特許文献1では、ジルコニウムを固溶させた酸化セリウムを用いることで、酸化セリウム単体よりも酸素欠損が生じ易くなることが記載されている。
In the chemical looping method, since water and carbon monoxide, which are substrates for the reverse reaction, do not coexist during each reaction, it is possible to obtain a conversion efficiency of carbon dioxide to carbon monoxide, which is higher than the chemical equilibrium of the reverse water-gas shift reaction. There is sex.
In this chemical looping method, cerium oxide or the like, which easily causes oxygen deficiency, is widely used as the metal oxide that bridges the reaction.
For example, Patent Document 1 describes that the use of cerium oxide in which zirconium is dissolved is more likely to cause oxygen deficiency than cerium oxide alone.

特許第5858926号Patent No. 5858926

特許文献1に記載の金属酸化物を使用すれば、確かに、二酸化炭素から一酸化炭素を生成することができる。しかしながら、活性種であるセリウムは希土類金属であり、高価であるという点において問題があり、経済的に不利である。
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、活性種として安価な金属元素である銅(Cu)を使用しつつも、適切な第2の元素を選択することにより、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が高く、かつ経済的に有利な酸素キャリアを提供すること、およびかかる酸素キャリアを使用したガスの製造方法を提供することにある。
If the metal oxide described in Patent Document 1 is used, carbon monoxide can certainly be produced from carbon dioxide. However, cerium, which is an active species, is a rare earth metal and has a problem in that it is expensive, which is economically disadvantageous.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to select an appropriate second element while using copper (Cu), which is an inexpensive metal element, as an active species. It is an object of the present invention to provide an oxygen carrier having high conversion efficiency of carbon dioxide to carbon monoxide and economically advantageous, and to provide a method for producing a gas using such an oxygen carrier.

このような目的は、下記の本発明により達成される。
(1) 本発明の酸素キャリアは、二酸化炭素を含む原料ガスと接触させることにより、前記二酸化炭素を還元して、一酸化炭素を含む生成ガスを製造するのに使用される酸素キャリアであって、
銅(Cu)と、銅と異なる第2の元素とを含有する金属酸化物を含み、該金属酸化物は、酸化銅の結晶相と、前記第2の元素の酸化物の結晶相とを有することを特徴とする。
Such an object is achieved by the following invention.
(1) The oxygen carrier of the present invention is an oxygen carrier used for producing a produced gas containing carbon monoxide by reducing the carbon dioxide by contacting it with a raw material gas containing carbon dioxide. ,
It contains a metal oxide containing copper (Cu) and a second element different from copper, and the metal oxide has a crystal phase of copper oxide and a crystal phase of the oxide of the second element. It is characterized by that.

(2) 本発明の酸素キャリアでは、前記金属酸化物をX線回折法により測定したとき、X線回折プロファイルにおいて、2θが60~65°の範囲に、少なくとも2つの回折ピークが観察されることが好ましい。
(3) 本発明の酸素キャリアでは、前記少なくとも2つの回折ピークのうち、回折強度が最も大きい回折ピークと、回折強度が2番目に大きい回折ピークとを選び、前記2つの回折ピークのうち、前記X線回折プロファイルにおいて、前記2θの値が小さい方の前記回折ピークの前記回折強度をAとし、大きい方の前記回折ピークの前記回折強度をBとしたとき、A/Bが0.05~2であることが好ましい。
(2) In the oxygen carrier of the present invention, when the metal oxide is measured by an X-ray diffraction method, at least two diffraction peaks are observed in the range of 2θ of 60 to 65 ° in the X-ray diffraction profile. Is preferable.
(3) In the oxygen carrier of the present invention, the diffraction peak having the highest diffraction intensity and the diffraction peak having the second highest diffraction intensity are selected from the at least two diffraction peaks, and the above two diffraction peaks are described. In the X-ray diffraction profile, when the diffraction intensity of the diffraction peak having the smaller value of 2θ is A and the diffraction intensity of the diffraction peak having the larger value is B, the A / B is 0.05 to 2. Is preferable.

(4) 本発明の酸素キャリアでは、前記金属酸化物において、前記銅と前記第2の元素との合計に占める前記第2の元素のモル比率は、40~90モル%であることが好ましい。
(5) 本発明の酸素キャリアでは、前記第2の元素は、亜鉛(Zn)であることが好ましい。
(6) 本発明の酸素キャリアは、さらに、前記金属酸化物を結合する結合剤を含むことが好ましい。
(4) In the oxygen carrier of the present invention, the molar ratio of the second element to the total of the copper and the second element in the metal oxide is preferably 40 to 90 mol%.
(5) In the oxygen carrier of the present invention, the second element is preferably zinc (Zn).
(6) The oxygen carrier of the present invention preferably further contains a binder that binds the metal oxide.

(7) 本発明の酸素キャリアでは、さらに、前記金属酸化物を結合する結合剤を含むことが好ましい。
(8) 本発明の酸素キャリアでは、前記結合剤の量は、前記酸素キャリア100質量部に対して、70質量部以下であることが好ましい。
(9) 本発明のガスの製造方法は、本発明の酸素キャリアを、二酸化炭素を含む原料ガスと接触させることにより、前記二酸化炭素を還元して、一酸化炭素を含む生成ガスを製造することを特徴とする。
(7) The oxygen carrier of the present invention preferably further contains a binder that binds the metal oxide.
(8) In the oxygen carrier of the present invention, the amount of the binder is preferably 70 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the oxygen carrier.
(9) The method for producing a gas of the present invention is to reduce the carbon dioxide by contacting the oxygen carrier of the present invention with a raw material gas containing carbon dioxide to produce a produced gas containing carbon monoxide. It is characterized by.

本発明によれば、二酸化炭素を含む原料ガスから、効率よく一酸化炭素を含む生成ガスを製造することができる。また、本発明の酸素キャリアは、安価であるとともに、例えば、ケミカルルーピング法に利用可能である。 According to the present invention, a produced gas containing carbon monoxide can be efficiently produced from a raw material gas containing carbon dioxide. Further, the oxygen carrier of the present invention is inexpensive and can be used, for example, in a chemical looping method.

以下、本発明の酸素キャリアおよびガスの製造方法について、好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
[酸素キャリア]
本発明の酸素キャリアは、二酸化炭素を含む原料ガスと接触させることにより、二酸化炭素を還元して、一酸化炭素を含む生成ガスを製造する際に使用される。また、酸化された酸素キャリアに還元ガスを接触させることにより、酸素キャリアを還元(再生)することができる。
この際、好ましくは、本発明の酸素キャリアを充填した反応管(反応容器)内に、原料ガスおよび還元ガスを交互に通過させることにより、酸素キャリアによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換と、還元ガスによる酸化状態の酸素キャリアの再生とが行われる。
Hereinafter, the method for producing an oxygen carrier and a gas of the present invention will be described in detail based on a preferred embodiment.
[Oxygen carrier]
The oxygen carrier of the present invention is used in the production of a produced gas containing carbon monoxide by reducing carbon dioxide by contacting it with a raw material gas containing carbon dioxide. Further, the oxygen carrier can be reduced (regenerated) by bringing the reducing gas into contact with the oxidized oxygen carrier.
At this time, preferably, carbon dioxide is converted to carbon monoxide by the oxygen carrier by alternately passing the raw material gas and the reducing gas into the reaction tube (reaction vessel) filled with the oxygen carrier of the present invention. The oxygen carrier in the oxidized state is regenerated by the reducing gas.

本発明の酸素キャリアにおける金属酸化物は、可逆的な酸素欠損を生じ得る化合物であり、それ自体から還元により酸素元素が欠損するが、酸素元素が欠損した状態(還元状態)で、二酸化炭素と接触すると、二酸化炭素から酸素元素を奪い取って還元する作用を示す化合物のことを言う。
本発明の酸素キャリアは、銅(Cu)と、銅と異なる第2の元素M(以下、単に「元素M」とも記載する。)とを含有する金属酸化物を含む。かかる金属酸化物は、酸化銅に元素Mが固溶されて結晶状態となっていてもよいが、酸化銅の結晶相(結晶粒界)と元素Mの酸化物の結晶相(結晶粒界)とを互いに近接して含む状態となっているのが好ましく、これらの結晶相(結晶粒界)同士が酸素元素を含む非晶相(不定形相)を介して結合された状態となっているのがより好ましい。
The metal oxide in the oxygen carrier of the present invention is a compound capable of causing a reversible oxygen deficiency, and the oxygen element is deficient by reduction from itself, but in a state where the oxygen element is deficient (reduced state), it is combined with carbon dioxide. A compound that, when in contact with it, has the effect of depriving carbon dioxide of oxygen elements and reducing them.
The oxygen carrier of the present invention contains a metal oxide containing copper (Cu) and a second element M different from copper (hereinafter, also simply referred to as "element M"). Such a metal oxide may be in a crystalline state by dissolving the element M in copper oxide, but the crystal phase of copper oxide (crystal grain boundary) and the crystal phase of the oxide of element M (crystal grain boundary). It is preferable that these crystal phases (crystal grain boundaries) are bonded to each other via an amorphous phase (atypical phase) containing an oxygen element. Is more preferable.

この場合、適切な元素Mを選択することにより、Cu-O-Mの結合を高度に活性化することができる。その結果、かかる金属酸化物は、還元ガスとの接触により酸素元素がより効率よく離脱して酸素欠損が誘発され、格子欠陥が生成するとともに、この格子欠損の歪みにより二酸化炭素から酸素元素を奪い取り易くなるものと考えられる。
また、酸化銅のみでは、原料ガス(二酸化炭素)や還元ガス(水素)との吸着が起き難い。これに対して、上記金属酸化物は、原料ガスや還元ガスとの吸着が起き易く、二酸化炭素または水素との接触時間を長時間にわたって維持することができる。その結果、酸素キャリアによる二酸化炭素からの一酸化炭素への変換効率を高めることができる。
In this case, the bond of Cu—OM can be highly activated by selecting an appropriate element M. As a result, the metal oxide is more efficiently desorbed from the oxygen element by contact with the reducing gas to induce an oxygen deficiency, and a lattice defect is generated, and the strain of the lattice defect deprives the carbon dioxide of the oxygen element. It is thought that it will be easier.
In addition, it is difficult for copper oxide alone to adsorb to the raw material gas (carbon dioxide) and the reducing gas (hydrogen). On the other hand, the metal oxide is likely to be adsorbed with the raw material gas or the reducing gas, and the contact time with carbon dioxide or hydrogen can be maintained for a long time. As a result, the efficiency of conversion of carbon dioxide to carbon monoxide by oxygen carriers can be increased.

かかる金属酸化物は、Cu1-x(M)で表すことができる酸化物である。
ここで、xは、正の実数であり、0.3~0.9であることが好ましく、0.5~0.8であることがより好ましい。この場合、金属酸化物において酸素欠損による格子欠陥がより生じ易くなるとともに、その格子欠損の歪みの程度が適度になり易い。
また、yは、1~4の整数であり、1~3の整数であることが好ましく、1~2の整数であることがより好ましい。この場合、金属酸化物の安定性が向上し易い。
Such a metal oxide is an oxide that can be represented by Cu 1-x ( M) x Oy.
Here, x is a positive real number, preferably 0.3 to 0.9, and more preferably 0.5 to 0.8. In this case, lattice defects due to oxygen deficiency are more likely to occur in the metal oxide, and the degree of distortion of the lattice defects is likely to be appropriate.
Further, y is an integer of 1 to 4, preferably an integer of 1 to 3, and more preferably an integer of 1 to 2. In this case, the stability of the metal oxide tends to be improved.

元素Mには、Cuの電気陰性度(1.90)に近い電気陰性度の元素、さらに、Cuの電気陰性度より低い電気陰性度の元素を選択することが好ましい。これにより、Cu-O-Mの結合の活性化の程度を高め易い。
元素Mの電気陰性度の具体的な値は、1.10~2.33であることが好ましく、1.30~1.93であることがより好ましく、1.55~1.83であることがさらに好ましい。
As the element M, it is preferable to select an element having an electronegativity close to the electronegativity of Cu (1.90) and an element having an electronegativity lower than that of Cu. This makes it easy to increase the degree of activation of the Cu—OM bond.
The specific value of the electronegativity of the element M is preferably 1.10 to 2.33, more preferably 1.30 to 1.93, and 1.55 to 1.83. Is even more preferable.

元素Mは、第3周期~第6周期に属する元素のうちの少なくとも1種であることが好ましく、第3周期~第5周期に属する元素のうちの少なくとも1種であることがより好ましい。この場合、元素Mのイオン半径とCuのイオン半径とを近づけることができるため、安定性の高い金属酸化物を合成し易い。
また、元素Mは、第2族~第14族に属する元素のうちの少なくとも1種であることが好ましく、第4族~第14族に属する元素のうちの少なくとも1種であることがより好ましく、第8族、第12族および第13族に属する元素のうちの少なくとも1種であることがさらに好ましい。これらの元素Mを選択することにより、金属酸化物(酸素キャリア)による二酸化炭素からの一酸化炭素への変換効率を特に高められることを本発明者らは知見している。
The element M is preferably at least one of the elements belonging to the third to sixth cycles, and more preferably at least one of the elements belonging to the third to fifth cycles. In this case, since the ionic radius of the element M and the ionic radius of Cu can be brought close to each other, it is easy to synthesize a highly stable metal oxide.
Further, the element M is preferably at least one of the elements belonging to the 2nd to 14th groups, and more preferably at least one of the elements belonging to the 4th to 14th groups. , 8th group, 12th group and 13th group are more preferably at least one of the elements. The present inventors have found that the efficiency of conversion of carbon dioxide to carbon monoxide by a metal oxide (oxygen carrier) can be particularly enhanced by selecting these elements M.

以上のようなことから、元素Mとしては、例えば、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ハフ二ウム(Hf)、タンタル(Ta)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、サマリウム(Sm)、亜鉛(Zn)、ガドリニウム(Gd)、スカンジウム(Sc)等が挙げられ、これらの1種または2種以上を選択することができる。
これらの中でも、元素Mは、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Zr、Nb、Ag、Hf、InおよびTaからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、Al、FeおよびZnからなる群より選択される少なくとも1種であることがより好ましい。
From the above, the element M includes, for example, aluminum (Al), silicon (Si), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), and cobalt. (Co), nickel (Ni), gallium (Ga), germanium (Ge), samarium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), indium (In), tin (Sn), ruthenium (Hf), tantalum (Ta), lanthanum (La), cerium (Ce), samarium (Sm), zinc (Zn) , Gadrinium (Gd), Scandium (Sc) and the like, and one or more of these can be selected.
Among these, the element M is at least one selected from the group consisting of Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, Zr, Nb, Ag, Hf, In and Ta. It is preferably a species, and more preferably at least one selected from the group consisting of Al, Fe and Zn.

本発明の酸素キャリアは、金属酸化物のみで構成されてもよく、金属酸化物を結合する結合剤(担体)を含んでもよい。かかる結合剤を含むことにより、酸素キャリアを成形物とする際に、その形状を安定的に保持することができる。
結合剤は、原料ガスや反応条件等に応じて変性し難いものであればよく、特に限定されない。結合剤の具体例としては、例えば、炭素材料(グラファイト、グラフェン等)、ゼオライト、モンモリロナイト、SiO、ZrO、TiO、V、MgO、Alまたはこれらを含む複合酸化物等が挙げられる。これらの中でも、結合剤は、ゼオライト、Al、TiO、SiO、ZrOおよびMgOからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。これらの結合剤は、金属酸化物の結合能に優れるためである。
The oxygen carrier of the present invention may be composed only of a metal oxide, or may contain a binder (carrier) for binding the metal oxide. By including such a binder, the shape of the oxygen carrier can be stably maintained when it is formed into a molded product.
The binder may be any as long as it is difficult to denature depending on the raw material gas, reaction conditions and the like, and is not particularly limited. Specific examples of the binder include carbon materials (graphite, graphene, etc.), zeolite, montmorillonite, SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , V 2 O 5 , MgO, Al 2 O 3 , or a composite oxide containing these. And so on. Among these, the binder is preferably at least one selected from the group consisting of zeolite, Al 2 O 3 , TIO 2 , SiO 2 , ZrO 2 and MgO. This is because these binders have excellent binding ability of metal oxides.

本発明の酸素キャリアが結合剤を含む場合であっても、その量は、酸素キャリア100質量部に対して、70質量部以下であることが好ましく、50質量部以下であることがより好ましく、30質量部以下であることがさらに好ましく、10質量部以下であることが特に好ましい。また、結合剤の量は、酸素キャリア100質量部に対して、2質量部以上であることが好ましく、5質量部以上であることがより好ましい。
酸素キャリアに含まれる結合剤の量を上記範囲とすることにより、酸素キャリアによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換を促進すること、すなわち変換効率を十分にさらに高めることができる。また、酸素キャリアを成形物とした際の形状安定性(機械的強度)をより高めることもできる。
Even when the oxygen carrier of the present invention contains a binder, the amount thereof is preferably 70 parts by mass or less, more preferably 50 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the oxygen carrier. It is more preferably 30 parts by mass or less, and particularly preferably 10 parts by mass or less. The amount of the binder is preferably 2 parts by mass or more, and more preferably 5 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the oxygen carrier.
By setting the amount of the binder contained in the oxygen carrier within the above range, it is possible to promote the conversion of carbon dioxide into carbon monoxide by the oxygen carrier, that is, the conversion efficiency can be sufficiently further improved. Further, it is possible to further improve the shape stability (mechanical strength) when the oxygen carrier is used as a molded product.

酸素キャリアの充填密度は、1.1g/mL以下であることが好ましく、0.4~1g/mLであることがより好ましく、0.5~0.9g/mLであることがさらに好ましい。この充填密度が低過ぎると、ガスの通過速度が速くなり過ぎ、酸素キャリアと原料ガスおよび還元ガスとが接触する時間が減少する。その結果、酸素キャリアによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率や、還元ガスによる酸化状態の酸素キャリアの再生効率が低下し易い。一方、この充填密度が高過ぎると、ガスの通過速度が遅くなり過ぎ、反応が進行し難くなったり、生成ガスを製造するのに長時間を要するようになったりする。 The packing density of the oxygen carrier is preferably 1.1 g / mL or less, more preferably 0.4 to 1 g / mL, and even more preferably 0.5 to 0.9 g / mL. If the filling density is too low, the gas passing speed becomes too high, and the time for contact between the oxygen carrier and the raw material gas and the reducing gas is reduced. As a result, the conversion efficiency of carbon dioxide into carbon monoxide by the oxygen carrier and the regeneration efficiency of the oxygen carrier in the oxidized state by the reducing gas tend to decrease. On the other hand, if the filling density is too high, the passing speed of the gas becomes too slow, the reaction becomes difficult to proceed, and it takes a long time to produce the produced gas.

酸素キャリアの細孔容積は、0.4cm/g以上であることが好ましく、1~30cm/gであることがより好ましく、5~20cm/gであることがさらに好ましい。この細孔容積が小さ過ぎると、原料ガスおよび還元ガスが酸素キャリアの内部にまで入り難くなる。その結果、酸素キャリアと原料ガスおよび還元ガスとの接触面積が減少し、酸素キャリアによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率や、還元ガスによる酸化状態の酸素キャリアの再生効率が低下し易い。一方、この細孔容積を上限値を超えて大きくしても、それ以上の効果の増大が期待できず、酸素キャリアの種類によっては機械的強度が低下する傾向を示す。 The pore volume of the oxygen carrier is preferably 0.4 cm 3 / g or more, more preferably 1 to 30 cm 3 / g, and even more preferably 5 to 20 cm 3 / g. If the pore volume is too small, it becomes difficult for the raw material gas and the reducing gas to enter the inside of the oxygen carrier. As a result, the contact area between the oxygen carrier and the raw material gas and the reducing gas is reduced, and the conversion efficiency of carbon dioxide into carbon monoxide by the oxygen carrier and the regeneration efficiency of the oxygen carrier in the oxidized state by the reducing gas are likely to decrease. On the other hand, even if the pore volume is increased beyond the upper limit, no further increase in the effect can be expected, and the mechanical strength tends to decrease depending on the type of oxygen carrier.

酸素キャリアの形状としては、特に限定されないが、例えば、粒状が好ましい。粒状であれば、酸素キャリアの充填密度を上記範囲に調整し易い。
ここで、粒状とは、粉末状、粒子状、塊状、ペレット状等を含む概念であり、その形態も球状、板状、多角状、破砕状、柱状、針状、鱗片状等のいずれでもよい。
酸素キャリアの平均粒径は、0.1μm~5mmであることが好ましく、0.5μm~1mmであることがより好ましく、1μm~0.5mmであることがさらに好ましい。かかる平均粒径を有する酸素キャリアであれば、その充填密度が上記範囲になり易い。
The shape of the oxygen carrier is not particularly limited, but for example, granules are preferable. If it is granular, it is easy to adjust the packing density of the oxygen carrier within the above range.
Here, the term "granular" is a concept including powder, particle, lump, pellet, etc., and the form thereof may be spherical, plate-like, polygonal, crushed, columnar, needle-like, scale-like, or the like. ..
The average particle size of the oxygen carrier is preferably 0.1 μm to 5 mm, more preferably 0.5 μm to 1 mm, and even more preferably 1 μm to 0.5 mm. If the oxygen carrier has such an average particle size, the packing density tends to be in the above range.

なお、本明細書において、平均粒径とは、電子顕微鏡で観察される一視野中の任意の200個の酸素キャリアの粒径の平均値を意味する。この際、「粒径」とは、酸素キャリアの輪郭線上の2点間の距離のうち最大の長さを意味する。なお、酸素キャリアが柱状である場合、その端面の輪郭線上の2点間の距離のうち最大の長さを「粒径」とする。また、平均粒径は、例えば、塊状などであり、一次粒子が凝集している場合には、二次粒子の平均粒径を意味する。
酸素キャリアのBET比表面積は、1~500m/gであることが好ましく、3~450m/gであることがより好ましく、5~400m/gであることがさらに好ましい。BET比表面積が上記範囲内であることで、酸素キャリアによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率を向上させ易くなる。
In the present specification, the average particle size means the average value of the particle size of any 200 oxygen carriers in one field of view observed with an electron microscope. At this time, the "particle size" means the maximum length of the distance between two points on the contour line of the oxygen carrier. When the oxygen carrier is columnar, the maximum length of the distance between two points on the contour line of the end face is defined as "particle size". The average particle size is, for example, lumpy, and when the primary particles are agglomerated, it means the average particle size of the secondary particles.
The BET specific surface area of the oxygen carrier is preferably 1 to 500 m 2 / g, more preferably 3 to 450 m 2 / g, and even more preferably 5 to 400 m 2 / g. When the BET specific surface area is within the above range, it becomes easy to improve the conversion efficiency of carbon dioxide into carbon monoxide by oxygen carriers.

また、本発明では、金属酸化物の格子欠損の歪みを十分に大きくすることができるため、低温(400℃程度)~高温(650℃程度)の広い範囲において、酸素キャリアの酸素容量を高い状態に維持することができる。すなわち、酸素キャリアは、広い温度範囲で二酸化炭素を一酸化炭素へ効率よく変換することができる。
酸素キャリアの400℃における酸素容量は、1~40質量%であることが好ましく、2~30質量%であることがより好ましい。酸素キャリアの低温における酸素容量が上記範囲であれば、実稼働時の温度(650℃程度)においても酸素容量が十分に高いことを意味しており、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が極めて高い酸素キャリアであると言える。
Further, in the present invention, since the strain of the lattice defect of the metal oxide can be sufficiently increased, the oxygen capacity of the oxygen carrier is high in a wide range from low temperature (about 400 ° C.) to high temperature (about 650 ° C.). Can be maintained at. That is, the oxygen carrier can efficiently convert carbon dioxide into carbon monoxide over a wide temperature range.
The oxygen capacity of the oxygen carrier at 400 ° C. is preferably 1 to 40% by mass, more preferably 2 to 30% by mass. If the oxygen capacity of the oxygen carrier at a low temperature is within the above range, it means that the oxygen capacity is sufficiently high even at the actual operating temperature (about 650 ° C.), and the conversion efficiency of carbon dioxide to carbon monoxide is high. It can be said that it is an extremely high oxygen carrier.

本発明の酸素キャリアでは、金属酸化物をX線回折法により測定したとき、X線回折プロファイルにおいて、2θが60~65°の範囲に、少なくとも2つの回折ピークが観察されることが好ましい。ここで、本明細書では、回折ピークを、X線回折プロファイルにおいて、ピークのうち、その半値半幅が1°以下のピークと定義する。なお、回折ピークの数は、元素Mの数に応じて増減する場合がある。
2θが60~65°の範囲に、少なくとも2つの回折ピークが観察される場合、これらの回折ピークは、酸化銅に由来する回折ピークおよび元素Mの酸化物に由来する回折ビークを含み、各酸化物の結晶相の結晶状態が良好であると判断することができる。また、金属酸化物中において、各酸化物の結晶相が均一に分散して存在するとも考えることができる。この場合、Cu-O-Mの結合がより高度に活性化され、二酸化炭素からの一酸化炭素への変換効率が一層高まる。
In the oxygen carrier of the present invention, it is preferable that at least two diffraction peaks are observed in the range of 2θ of 60 to 65 ° in the X-ray diffraction profile when the metal oxide is measured by the X-ray diffraction method. Here, in the present specification, a diffraction peak is defined as a peak whose half width at half maximum is 1 ° or less among the peaks in the X-ray diffraction profile. The number of diffraction peaks may increase or decrease depending on the number of elements M.
When at least two diffraction peaks are observed in the range of 2θ of 60 to 65 °, these diffraction peaks include a diffraction peak derived from copper oxide and a diffraction beak derived from an oxide of the element M, and each oxidation It can be determined that the crystal state of the crystal phase of the object is good. It can also be considered that the crystal phases of each oxide are uniformly dispersed and exist in the metal oxide. In this case, the Cu—OM bond is activated to a higher degree, and the conversion efficiency from carbon dioxide to carbon monoxide is further enhanced.

また、少なくとも2つの回折ピークのうち、回折強度が最も大きい回折ピークと、回折強度が2番目に大きい回折ピークとを選び、2つの回折ピークのうち、X線回折プロファイルにおいて、2θの値が小さい方の回折ピークの回折強度をAとし、大きい方の回折ピークの回折強度をBとしたとき、A/Bが0.05~2であることが好ましく、0.1~1であることがより好ましく、0.1~0.6であることがさらに好ましい。A/Bが上記範囲を満たす場合、金属酸化物中において、銅と元素Mとが適切な比率で存在するので、上記効果をより向上させることができる。
回折強度Aの具体的な値は、好ましくは300~4000cps、より好ましく400~3500cpsであり、回折強度Bの具体的な値は、好ましくは100~3000cps、より好ましくは500~2500cpsである。
Further, the diffraction peak having the highest diffraction intensity and the diffraction peak having the second highest diffraction intensity are selected from at least two diffraction peaks, and the value of 2θ is smaller in the X-ray diffraction profile among the two diffraction peaks. When the diffraction intensity of the one diffraction peak is A and the diffraction intensity of the larger diffraction peak is B, the A / B is preferably 0.05 to 2, and more preferably 0.1 to 1. It is preferably 0.1 to 0.6, and more preferably 0.1 to 0.6. When A / B satisfies the above range, copper and element M are present in an appropriate ratio in the metal oxide, so that the above effect can be further improved.
The specific value of the diffraction intensity A is preferably 300 to 4000 cps, more preferably 400 to 3500 cps, and the specific value of the diffraction intensity B is preferably 100 to 3000 cps, more preferably 500 to 2500 cps.

前記金属酸化物において、銅と元素Mとの合計に占める元素Mのモル比率は、40~90モル%であることが好ましく、50~80モル%であることがより好ましい。このように十分な量の元素Mを含む金属酸化物では、Cu-O-Mの結合の活性化の程度をさらに高めることができる。
以上のような条件の下、二酸化炭素からの一酸化炭素への変換効率を特に高め得る観点から、元素Mとしては、亜鉛(Zn)であることが好ましい。
本発明によれば、活性種として安価な金属元素である銅(Cu)を使用しつつも、適切な元素Mを選択することにより、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が高く、かつ経済的に有利な酸素キャリアが得られる。
In the metal oxide, the molar ratio of the element M to the total of the copper and the element M is preferably 40 to 90 mol%, more preferably 50 to 80 mol%. With such a metal oxide containing a sufficient amount of element M, the degree of activation of the Cu—OM bond can be further increased.
Under the above conditions, zinc (Zn) is preferable as the element M from the viewpoint of particularly increasing the conversion efficiency of carbon dioxide to carbon monoxide.
According to the present invention, while copper (Cu), which is an inexpensive metal element, is used as an active species, by selecting an appropriate element M, the conversion efficiency of carbon dioxide to carbon monoxide is high and the economy is economical. An advantageous oxygen carrier can be obtained.

[酸素キャリアの製造方法]
次に、酸素キャリアの製造方法について説明する。
金属酸化物は、例えば、共沈法、ゾル-ゲル法、固相法、水熱合成法等により合成することができる。
金属酸化物は、一例として、例えば、次のようにして合成することができる。まず、金属酸化物を構成する複数種の元素(以下、「構成元素」とも記載する。)の塩を水に溶解して原料水溶液を調製する。次いで、この原料水溶液とアルカリ水溶液とを水に滴下して混合液を得る。そして、この混合液中で生じた沈殿物を回収した後、乾燥および焼成する。すなわち、本発明における金属酸化物は、いわゆる共沈法により、容易かつ確実に合成することができる。
[Manufacturing method of oxygen carrier]
Next, a method for manufacturing an oxygen carrier will be described.
The metal oxide can be synthesized by, for example, a coprecipitation method, a sol-gel method, a solid phase method, a hydrothermal synthesis method, or the like.
As an example, the metal oxide can be synthesized as follows, for example. First, an aqueous solution of a raw material is prepared by dissolving salts of a plurality of elements constituting a metal oxide (hereinafter, also referred to as “constituent elements”) in water. Then, the raw material aqueous solution and the alkaline aqueous solution are added dropwise to water to obtain a mixed solution. Then, after recovering the precipitate formed in this mixed solution, it is dried and fired. That is, the metal oxide in the present invention can be easily and surely synthesized by the so-called coprecipitation method.

構成元素の塩としては、例えば、硝酸塩、硫酸塩、塩化物、水酸化物、炭酸塩またはこれらの複合物等が挙げられるが、これらの中でも硝酸塩であることが好ましい。また、構成元素の塩には、必要に応じて、水和物を使用してもよい。
アルカリとしては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、尿素等が挙げられる。
原料水溶液の水への滴下速度は、特に限定されないが、0.1~50mL/分であることが好ましく、1~25mL/分であることがより好ましい。かかる滴下速度で原料水溶液を滴下すれば、各構成元素を含む沈殿物が個別に生成され、凝集するのを防止して、銅および元素Mを含む沈殿物を十分な量で生成させることができる。
Examples of the salt of the constituent element include nitrate, sulfate, chloride, hydroxide, carbonate or a composite thereof, and among these, nitrate is preferable. Further, as the salt of the constituent element, a hydrate may be used if necessary.
Examples of the alkali include sodium carbonate, potassium carbonate, rubidium carbonate, cesium carbonate, sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, urea and the like.
The dropping speed of the raw material aqueous solution into water is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 50 mL / min, and more preferably 1 to 25 mL / min. When the raw material aqueous solution is dropped at such a dropping rate, a precipitate containing each constituent element is individually generated, and it is possible to prevent aggregation and generate a sufficient amount of a precipitate containing copper and the element M. ..

原料水溶液の濃度およびアルカリ水溶液の濃度は、それぞれ特に限定されないが、0.1~5mol/Lであることが好ましく、0.25~2.5mol/Lであることがより好ましい。かかる濃度の水溶液を使用することによっても、各構成元素を含む沈殿物が個別に生成され、凝集するのを防止して、銅および元素Mを含む沈殿物を十分な量で生成させることができる。
混合液の温度も、特に限定されないが、20~90℃であることが好ましく、40~70℃であることがより好ましい。かかる温度に調整することにより、銅および元素Mを含む沈殿物を円滑に生成させることができる。
銅および元素Mを含む沈殿物の生成(熟成)を促すべく、所定の時間、混合液を攪拌することが好ましい。この場合。混合液の攪拌速度は、50rpm以上であることが好ましく、75~100rpmであることがより好ましい。また、攪拌の時間は、0.5~5時間であることが好ましく、1~3時間であることがより好ましい。
The concentration of the raw material aqueous solution and the concentration of the alkaline aqueous solution are not particularly limited, but are preferably 0.1 to 5 mol / L, and more preferably 0.25 to 2.5 mol / L. By using an aqueous solution having such a concentration, a precipitate containing each constituent element can be individually generated and prevented from agglomerating, and a sufficient amount of a precipitate containing copper and the element M can be produced. ..
The temperature of the mixed solution is also not particularly limited, but is preferably 20 to 90 ° C, more preferably 40 to 70 ° C. By adjusting to such a temperature, a precipitate containing copper and element M can be smoothly formed.
It is preferable to stir the mixed solution for a predetermined time in order to promote the formation (ripening) of the precipitate containing copper and the element M. in this case. The stirring speed of the mixed solution is preferably 50 rpm or more, more preferably 75 to 100 rpm. The stirring time is preferably 0.5 to 5 hours, more preferably 1 to 3 hours.

沈殿物の乾燥は、好ましくは20~200℃、より好ましくは50~150℃の温度で、好ましくは0.5~20時間、より好ましくは1~15時間の時間で行うとよい。
また、沈殿物の焼成は、好ましくは300~1200℃、より好ましくは350~800℃での温度で、好ましくは1~24時間、より好ましくは1.5~20時間の時間で行うとよい。
上記焼成温度に到達するまでは、昇温速度1~20℃/分、好ましくは昇温速度2~10℃/分で昇温するとよい。これにより、酸化銅の結晶相の成長を促進させるとともに、金属酸化物の割れを回避することもできる。
この段階で得られた金属酸化物をそのまま、または、粉砕(必要に応じて分級)して、本発明の酸素キャリアとしてもよく、次の工程を経て得られた成形物を酸素キャリアとしてもよい。
The precipitate may be dried at a temperature of preferably 20 to 200 ° C., more preferably 50 to 150 ° C., preferably 0.5 to 20 hours, more preferably 1 to 15 hours.
The calcining of the precipitate is preferably carried out at a temperature of preferably 300 to 1200 ° C., more preferably 350 to 800 ° C., preferably 1 to 24 hours, and more preferably 1.5 to 20 hours.
Until the firing temperature is reached, the temperature may be raised at a heating rate of 1 to 20 ° C./min, preferably 2 to 10 ° C./min. As a result, it is possible to promote the growth of the crystal phase of copper oxide and avoid cracking of the metal oxide.
The metal oxide obtained at this stage may be used as it is, or may be pulverized (classified if necessary) to obtain the oxygen carrier of the present invention, or the molded product obtained through the following steps may be used as the oxygen carrier. ..

次に、得られた金属酸化物(粒子または塊状物)を、必要に応じて粉砕した後、結合剤の粒子と混合して混合物を得る。その後、混合物を焼成して焼結体を得、この焼結体を粉砕した後、必要に応じて分級する。これにより、金属酸化物を結合剤で結合してなる酸素キャリアが得られる。
混合物の焼成は、好ましくは300~1200℃、より好ましくは350~800℃での温度で、さらに好ましくは350~500℃での温度で、好ましくは1~24時間、より好ましくは1.5~20時間の時間で行うとよい。
焼結体の粉砕は、例えば、ジェットミル、ボールミル、ビーズミル、ロッドミル等を使用して行うことができる。
Next, the obtained metal oxide (particles or lumps) is pulverized, if necessary, and then mixed with the particles of the binder to obtain a mixture. Then, the mixture is fired to obtain a sintered body, and the sintered body is crushed and then classified as necessary. As a result, an oxygen carrier formed by binding the metal oxide with a binder can be obtained.
The mixture is fired at a temperature of preferably 300 to 1200 ° C, more preferably 350 to 800 ° C, still more preferably 350 to 500 ° C, preferably 1 to 24 hours, more preferably 1.5 to. It is recommended to do it in 20 hours.
The sintered body can be pulverized by using, for example, a jet mill, a ball mill, a bead mill, a rod mill, or the like.

[酸素キャリアの使用方法]
本発明の酸素キャリアは、上述したように、例えば、ケミカルルーピング法で利用することができる。また、本発明の酸素キャリアは、上述したように、二酸化炭素を還元する用途に使用することができる。
より具体的には、二酸化炭素の還元反応と、酸素キャリアの還元反応とを行うとよく、酸素キャリアは、二酸化炭素の還元反応と酸素キャリアの還元反応との間で循環するように使用することが好ましい。なお、酸素キャリアの還元反応では、他の還元剤(還元ガス)を使用する。
[How to use oxygen carrier]
As described above, the oxygen carrier of the present invention can be used, for example, in a chemical looping method. Further, as described above, the oxygen carrier of the present invention can be used for the purpose of reducing carbon dioxide.
More specifically, it is preferable to carry out a carbon dioxide reduction reaction and an oxygen carrier reduction reaction, and the oxygen carrier should be used so as to circulate between the carbon dioxide reduction reaction and the oxygen carrier reduction reaction. Is preferable. In the reduction reaction of the oxygen carrier, another reducing agent (reducing gas) is used.

また、本発明の酸素キャリアは、いわゆる逆水性ガスシフト反応に使用することが好ましい。逆水性ガスシフト反応とは、二酸化炭素と水素とから、一酸化炭素と水とを生成する反応である。逆水性ガスシフト反応は、ケミカルルーピング法を適用する場合、酸素キャリアの還元反応(第1プロセス)と二酸化炭素の還元反応(第2プロセス)とに分割して行われ、酸素キャリアの還元反応が下記式(A)に示す反応となり、二酸化炭素の還元反応が下記式(B)で示す反応となる。 Further, the oxygen carrier of the present invention is preferably used for a so-called reverse water-gas shift reaction. The reverse water-gas shift reaction is a reaction that produces carbon monoxide and water from carbon dioxide and hydrogen. When the chemical looping method is applied, the reverse water-gas shift reaction is divided into an oxygen carrier reduction reaction (first process) and a carbon dioxide reduction reaction (second process), and the oxygen carrier reduction reaction is as follows. The reaction is represented by the formula (A), and the carbon dioxide reduction reaction is the reaction represented by the following formula (B).

(ガス)+Cu1-x(M)(固体)
→HO(ガス)+Cu1-x(M)y-n(固体) (A)
CO(ガス)+Cu1-x(M)y-n(固体)
→CO(ガス)+Cu1-x(M) (B)
なお、式(A)および(B)において、nは、通常2より小さい値であり、0.05~1.7であることが好ましく、0.1~1.5であることがより好ましく、0.15~1.3であることがさらに好ましい。
すなわち、酸素キャリアの還元反応では、還元ガスの一種である水素が酸化されて水が生成される。また、二酸化炭素の還元反応では、二酸化炭素が還元されて一酸化炭素が生成される。
H 2 (gas) + Cu 1-x (M) x Oy (solid)
→ H 2 O (gas) + Cu 1-x (M) x Oyn (solid) (A)
CO 2 (gas) + Cu 1-x (M) x Oyn (solid)
→ CO (gas) + Cu 1-x (M) x Oy (B)
In the formulas (A) and (B), n is usually a value smaller than 2, preferably 0.05 to 1.7, and more preferably 0.1 to 1.5. It is more preferably 0.15 to 1.3.
That is, in the reduction reaction of oxygen carriers, hydrogen, which is a kind of reducing gas, is oxidized to generate water. Further, in the carbon dioxide reduction reaction, carbon dioxide is reduced to produce carbon monoxide.

酸素キャリアの還元反応における反応温度は、還元反応が進行できる温度であればよいが、300℃以上であることが好ましく、400℃以上であることがより好ましく、500℃以上であることがさらに好ましく、550℃以上であることが特に好ましい。かかる温度範囲で、効率的な酸素キャリアの還元反応を進行させることができる。
この反応温度の上限は、850℃以下であることが好ましく、750℃以下であることがより好ましく、700℃以下であることがさらに好ましい。反応温度の上限を上記範囲に設定することにより、経済性の向上を図ることができる。
The reaction temperature in the reduction reaction of the oxygen carrier may be any temperature at which the reduction reaction can proceed, but is preferably 300 ° C. or higher, more preferably 400 ° C. or higher, still more preferably 500 ° C. or higher. It is particularly preferable that the temperature is 550 ° C. or higher. Within such a temperature range, an efficient reduction reaction of oxygen carriers can proceed.
The upper limit of the reaction temperature is preferably 850 ° C. or lower, more preferably 750 ° C. or lower, and even more preferably 700 ° C. or lower. By setting the upper limit of the reaction temperature within the above range, economic efficiency can be improved.

また、二酸化炭素の還元反応における反応温度は、300℃以上であることが好ましく、350℃以上であることがより好ましく、400℃以上であることがさらに好ましい。かかる温度範囲で、効率的な二酸化炭素の還元反応を進行させることができる。
この反応温度の上限は、1000℃以下であることが好ましく、850℃以下であることがより好ましく、700℃以下であることがさらに好ましく、650℃以下であることが特に好ましい。酸素キャリアは、低温下でも高い効率で二酸化炭素の一酸化炭素への還元反応を行うことができるので、二酸化炭素の還元反応を比較的低温に設定することができる。また、反応温度の上限を上記範囲に設定することにより、廃熱活用が容易になるばかりでなく、更なる経済性の向上を図ることができる。
The reaction temperature in the carbon dioxide reduction reaction is preferably 300 ° C. or higher, more preferably 350 ° C. or higher, and even more preferably 400 ° C. or higher. Within such a temperature range, an efficient carbon dioxide reduction reaction can proceed.
The upper limit of the reaction temperature is preferably 1000 ° C. or lower, more preferably 850 ° C. or lower, further preferably 700 ° C. or lower, and particularly preferably 650 ° C. or lower. Since the oxygen carrier can carry out the reduction reaction of carbon dioxide to carbon monoxide with high efficiency even at a low temperature, the reduction reaction of carbon dioxide can be set to a relatively low temperature. Further, by setting the upper limit of the reaction temperature in the above range, not only the waste heat can be easily utilized, but also the economic efficiency can be further improved.

なお、本発明では、二酸化炭素の還元反応で得られる還元物は、一酸化炭素以外の物質であってもよく、具体的にはメタンが挙げられる。上記二酸化炭素の還元反応で得られた一酸化炭素等の還元物は、さらに微生物発酵等により有機物質等に変換されることが好ましい。微生物発酵としては、嫌気性発酵が挙げられる。得られる有機物質としては、メタノール、エタノール、酢酸、ブタノール、これらの誘導体、またはこれらの混合物、イソプレン等のC5以上の化合物等が挙げられる。
さらに、一酸化炭素等の還元物は、金属酸化物等により、従来石油化学により合成される炭化水素、アルコールを含むC1からC20までの化合物に変換されてもよい。得られる具体的な化合物としては、メタン、エタン、プロピレン、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトアルデヒド、ジエチルエーテル、酢酸、酪酸、炭酸ジエチル、ブタジエン等が挙げられる。
In the present invention, the reduced product obtained by the reduction reaction of carbon dioxide may be a substance other than carbon monoxide, and specific examples thereof include methane. It is preferable that the reduced product such as carbon monoxide obtained by the reduction reaction of carbon dioxide is further converted into an organic substance or the like by microbial fermentation or the like. Examples of microbial fermentation include anaerobic fermentation. Examples of the obtained organic substance include methanol, ethanol, acetic acid, butanol, derivatives thereof, mixtures thereof, compounds of C5 or higher such as isoprene, and the like.
Further, the reduced product such as carbon monoxide may be converted into a compound from C1 to C20 containing a hydrocarbon and an alcohol conventionally synthesized by petrochemicals by a metal oxide or the like. Specific examples of the obtained compound include methane, ethane, propylene, methanol, ethanol, propanol, acetaldehyde, diethyl ether, acetic acid, butyric acid, diethyl carbonate, butadiene and the like.

[酸素キャリアの特性]
本発明の酸素キャリアは、次のような特性を有することが好ましい。
すなわち、流路内に圧力計を配置した内径8mmのステンレス鋼製の反応管内に、酸素キャリアを40cmの高さで充填し、濃度100体積%の窒素ガスを30mL/分で通過させたとき、10分間での圧力上昇が0.03MPaG以下であることが好ましく、0.01MPaG以下であることがより好ましい。
かかる特性を示す酸素キャリアは、充填密度および細孔容積が上記範囲を満たすと判断することができ、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率を十分に高めることができる。
[Characteristics of oxygen carrier]
The oxygen carrier of the present invention preferably has the following characteristics.
That is, when a stainless steel reaction tube having an inner diameter of 8 mm in which a pressure gauge is arranged in the flow path is filled with an oxygen carrier at a height of 40 cm and nitrogen gas having a concentration of 100% by volume is passed through at 30 mL / min. The pressure increase in 10 minutes is preferably 0.03 MPaG or less, and more preferably 0.01 MPaG or less.
It can be determined that the oxygen carrier exhibiting such characteristics has the filling density and the pore volume satisfying the above ranges, and the conversion efficiency of carbon dioxide into carbon monoxide can be sufficiently increased.

以上、本発明の酸素キャリアおよびガスの製造方法について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明の酸素キャリアおよびガスの製造方法は、上記実施形態に対して、他の任意の追加の構成を有していてもよく、同様の機能を発揮する任意の構成と置換されていてよく、一部の構成が省略されていてもよい。
Although the method for producing the oxygen carrier and the gas of the present invention has been described above, the present invention is not limited thereto.
For example, the method for producing an oxygen carrier and a gas of the present invention may have any other additional configuration with respect to the above embodiment, and is replaced with any configuration exhibiting the same function. Often, some configurations may be omitted.

以下に、実施例および比較例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
1.酸素キャリアの製造
(実施例1)
まず、原料として、硝酸銅(II)三水和物(富士フイルム和光純薬工業株式会社製、純度:99.9%)と、硝酸亜鉛六水和物(富士フイルム和光純薬工業株式会社製、純度:99.0%)とを用意した。
次に、この原料を蒸留水に溶解して、1mol/Lの原料水溶液(A液)を調製した。なお、A液中におけるCuとZnとのモル比が0.1:0.9となるようにした。
また、炭酸ナトリウムを蒸留水に溶解して、1mol/Lの炭酸ナトリウム水溶液(B液)を調製した。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
1. 1. Production of Oxygen Carrier (Example 1)
First, as raw materials, copper (II) nitrate trihydrate (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity: 99.9%) and zinc nitrate hexahydrate (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) , Purity: 99.0%).
Next, this raw material was dissolved in distilled water to prepare a 1 mol / L raw material aqueous solution (Liquid A). The molar ratio of Cu and Zn in the liquid A was set to 0.1: 0.9.
Further, sodium carbonate was dissolved in distilled water to prepare a 1 mol / L sodium carbonate aqueous solution (liquid B).

次に、A液およびB液を、70℃の蒸留水20mLを収容した容器に内に同時に滴下して、混合液とした。なお、A液の滴下速度は、10mL/分とし、生成する沈殿物が凝集しないように、混合液を攪拌した。
また、混合液の温度を70℃に維持するとともに、pHが7.0となるように、B液の滴下速度も調節した。
その後、混合液を70℃に維持しつつ50rpm以上の速度での攪拌を継続し、3時間熟成を行った。熟成終了後、沈殿物を濾過により回収し、十分に水洗した。
次いで、回収した沈殿物を乾燥機により120℃で12時間乾燥した後、400℃で3時間焼成して、金属酸化物を得た。
次に、金属酸化物をボールミルにより粉砕して、金属酸化物のみからなる粒状の酸素キャリア(平均粒径:0.5μm)を得た。なお、酸素キャリア(金属酸化物)のICP測定によりCuとZnとのモル比が0.1:0.9となっていることを確認した。
Next, solutions A and B were simultaneously added dropwise to a container containing 20 mL of distilled water at 70 ° C. to prepare a mixed solution. The dropping rate of the liquid A was 10 mL / min, and the mixed liquid was stirred so that the generated precipitate did not aggregate.
In addition, the temperature of the mixed solution was maintained at 70 ° C., and the dropping rate of the solution B was also adjusted so that the pH was 7.0.
Then, while maintaining the mixed solution at 70 ° C., stirring was continued at a speed of 50 rpm or more, and aging was carried out for 3 hours. After the aging was completed, the precipitate was collected by filtration and washed thoroughly with water.
Then, the recovered precipitate was dried at 120 ° C. for 12 hours by a dryer and then calcined at 400 ° C. for 3 hours to obtain a metal oxide.
Next, the metal oxide was pulverized by a ball mill to obtain granular oxygen carriers (average particle size: 0.5 μm) consisting only of the metal oxide. It was confirmed by ICP measurement of the oxygen carrier (metal oxide) that the molar ratio of Cu and Zn was 0.1: 0.9.

(実施例2)
A液中におけるCuとZnとのモル比が0.2:0.8となるようにした以外は、実施例1と同様にして、粒状の酸素キャリア(平均粒径:0.5μm)を製造した。なお、酸素キャリア(金属酸化物)のICP測定によりCuとZnとのモル比が0.2:0.8となっていることを確認した。
(Example 2)
Granular oxygen carriers (average particle size: 0.5 μm) were produced in the same manner as in Example 1 except that the molar ratio of Cu and Zn in the liquid A was 0.2: 0.8. did. It was confirmed by ICP measurement of the oxygen carrier (metal oxide) that the molar ratio of Cu and Zn was 0.2: 0.8.

(実施例3)
A液中におけるCuとZnとのモル比が0.3:0.7となるようにした以外は、実施例1と同様にして、粒状の酸素キャリア(平均粒径:0.5μm)を製造した。なお、酸素キャリア(金属酸化物)のICP測定によりCuとZnとのモル比が0.3:0.7となっていることを確認した。
(Example 3)
Granular oxygen carriers (average particle size: 0.5 μm) were produced in the same manner as in Example 1 except that the molar ratio of Cu and Zn in the liquid A was 0.3: 0.7. did. It was confirmed by ICP measurement of the oxygen carrier (metal oxide) that the molar ratio of Cu and Zn was 0.3: 0.7.

(実施例4)
A液中におけるCuとZnとのモル比が0.4:0.6となるようにした以外は、実施例1と同様にして、粒状の酸素キャリア(平均粒径:0.5μm)を製造した。なお、酸素キャリア(金属酸化物)のICP測定によりCuとZnとのモル比が0.4:0.6となっていることを確認した。
(Example 4)
Granular oxygen carriers (average particle size: 0.5 μm) were produced in the same manner as in Example 1 except that the molar ratio of Cu and Zn in the liquid A was 0.4: 0.6. did. It was confirmed by ICP measurement of the oxygen carrier (metal oxide) that the molar ratio of Cu and Zn was 0.4: 0.6.

(実施例5)
A液中におけるCuとZnとのモル比が0.5:0.5となるようにした以外は、実施例1と同様にして、粒状の酸素キャリア(平均粒径:0.5μm)を製造した。なお、酸素キャリア(金属酸化物)のICP測定によりCuとZnとのモル比が0.5:0.5となっていることを確認した。
(Example 5)
Granular oxygen carriers (average particle size: 0.5 μm) were produced in the same manner as in Example 1 except that the molar ratio of Cu and Zn in the liquid A was 0.5: 0.5. did. It was confirmed by ICP measurement of the oxygen carrier (metal oxide) that the molar ratio of Cu and Zn was 0.5: 0.5.

(実施例6)
A液中におけるCuとZnとのモル比が0.6:0.4となるようにした以外は、実施例1と同様にして、粒状の酸素キャリア(平均粒径:0.5μm)を製造した。なお、酸素キャリア(金属酸化物)のICP測定によりCuとZnとのモル比が0.6:0.4となっていることを確認した。
(Example 6)
Granular oxygen carriers (average particle size: 0.5 μm) were produced in the same manner as in Example 1 except that the molar ratio of Cu and Zn in the liquid A was 0.6: 0.4. did. It was confirmed by ICP measurement of the oxygen carrier (metal oxide) that the molar ratio of Cu and Zn was 0.6: 0.4.

(実施例7)
A液中におけるCuとZnとのモル比が0.7:0.3となるようにした以外は、実施例1と同様にして、粒状の酸素キャリア(平均粒径:0.5μm)を製造した。なお、酸素キャリア(金属酸化物)のICP測定によりCuとZnとのモル比が0.7:0.3となっていることを確認した。
(Example 7)
Granular oxygen carriers (average particle size: 0.5 μm) were produced in the same manner as in Example 1 except that the molar ratio of Cu and Zn in the liquid A was 0.7: 0.3. did. It was confirmed by ICP measurement of the oxygen carrier (metal oxide) that the molar ratio of Cu and Zn was 0.7: 0.3.

(実施例8)
まず、原料として、硝酸銅(II)三水和物(富士フイルム和光純薬工業株式会社製、純度:99.9%)と、硝酸亜鉛六水和物(富士フイルム和光純薬工業株式会社製、純度:99.0%)とを用意した。
次に、この原料をエタノールに溶解して、1mol/Lの原料水溶液(A液)を調製した。なお、A液中におけるCuとZnとのモル比が0.5:0.5となるようにした。
次に、このA液にゼオライト粒子(東ソーゼオライト社製、「330HUA」)を添加した。なお、ゼオライト粒子の添加量は、生成する金属酸化物とゼオライト粒子との合計(酸素キャリア)100質量部に対して50質量部となるようにした。
(Example 8)
First, as raw materials, copper (II) nitrate trihydrate (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity: 99.9%) and zinc nitrate hexahydrate (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) , Purity: 99.0%).
Next, this raw material was dissolved in ethanol to prepare a 1 mol / L raw material aqueous solution (Liquid A). The molar ratio of Cu and Zn in the liquid A was set to 0.5: 0.5.
Next, zeolite particles (manufactured by Tosoh Zeolite Co., Ltd., "330HUA") were added to this liquid A. The amount of the zeolite particles added was set to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total (oxygen carrier) of the generated metal oxide and the zeolite particles.

その後、ゼオライト粒子を含むA液からエバポレーターを用いてエタノールを留去して、残渣を回収した。
次いで、回収した残渣を乾燥機により120℃で12時間乾燥した後、700℃で3時間焼成して、金属酸化物を担持(結合)したゼオライト粒子で構成される粒状の酸素キャリア(平均粒径:0.5μm)を得た。なお、酸素キャリア(金属酸化物)のICP測定によりCuとZnとのモル比が0.5:0.5となっていることを確認した。
Then, ethanol was distilled off from the liquid A containing the zeolite particles using an evaporator, and the residue was recovered.
Next, the recovered residue was dried at 120 ° C. for 12 hours in a dryer and then calcined at 700 ° C. for 3 hours to carry out granular oxygen carriers (average particle size) composed of zeolite particles carrying (bonding) a metal oxide. : 0.5 μm) was obtained. It was confirmed by ICP measurement of the oxygen carrier (metal oxide) that the molar ratio of Cu and Zn was 0.5: 0.5.

(比較例1)
酸化銅(II)粒子(富士フイルム和光純薬工業株式会社製、純度:99.9%、平均粒径:0.5μm)を酸素キャリアとして使用した。
(Comparative Example 1)
Copper (II) oxide particles (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., purity: 99.9%, average particle size: 0.5 μm) were used as oxygen carriers.

2.X線回折測定
X線回折測定を行う前に、酸素キャリアのサンプル調製を行った。
まず、100mg程度の酸素キャリアを乳鉢に計り取り、乳棒を用いてすりつぶした。その後、酸素キャリアを試料板の試料充填部の穴に均一に充填し、試料板の表面と酸素キャリアによる表面が同一面になるように調整した。
X線回折測定には、試料水平型多目的X線回折装置(株式会社リガク社製、「Ultima III」)を使用した。
対陰極には、純銅を用いた銅管球を用い,CuKαの特性X線(波長(λ)=1.5418Å(0.15418nm))を回折に使用した。
回折計は、発散スリットを1/2°、発散縦制限スリットを10mm、散乱スリットを2°、受光スリット0.15mmに設定した。
2. 2. X-ray diffraction measurement Before performing the X-ray diffraction measurement, a sample of oxygen carrier was prepared.
First, about 100 mg of oxygen carrier was measured in a mortar and pestle and ground using a pestle. Then, the oxygen carrier was uniformly filled in the hole of the sample filling portion of the sample plate, and the surface of the sample plate was adjusted so that the surface of the sample plate and the surface of the oxygen carrier were flush with each other.
A sample horizontal multipurpose X-ray diffractometer (“Ultima III” manufactured by Rigaku Co., Ltd.) was used for the X-ray diffraction measurement.
A copper tube made of pure copper was used as the counter-cathode, and the characteristic X-ray of CuKα (wavelength (λ) = 1.5418 Å (0.15418 nm)) was used for diffraction.
In the diffractometer, the divergence slit was set to 1/2 °, the divergence vertical limiting slit was set to 10 mm, the scattering slit was set to 2 °, and the light receiving slit was set to 0.15 mm.

その後、管電圧40kV、管電流を20mAの条件で、調製した酸素キャリアのサンプルに対してX線を照射した。
なお、ゴニオメーターの走査角度を3~60°の範囲に設定し、走査速度2°/分で測定を行った。
測定終了後、得られたデータの解析を行った。データをExcel等で横軸角度、縦軸強度(cps)としてグラフ(X線回折プロファイル)を表示し、回折ピークの有無を確認した。グラフにおいて、ピークの強度が最も高い値を頂点とし、頂点の角度と頂点の強度値の半分の強度値を示す箇所の角度の差を算出し、これを半値半幅とした。そして、半値半幅が1°以下のピークを回折ピークとした。
Then, the prepared oxygen carrier sample was irradiated with X-rays under the conditions of a tube voltage of 40 kV and a tube current of 20 mA.
The scanning angle of the goniometer was set in the range of 3 to 60 °, and the measurement was performed at a scanning speed of 2 ° / min.
After the measurement was completed, the obtained data was analyzed. The data was displayed in a graph (X-ray diffraction profile) as the horizontal axis angle and vertical axis intensity (cps) using Excel or the like, and the presence or absence of a diffraction peak was confirmed. In the graph, the value with the highest intensity of the peak was taken as the apex, and the difference between the angle of the apex and the angle of the part showing the intensity value of half of the intensity value of the apex was calculated, and this was defined as the half width at half maximum. Then, a peak having a half width of 1 ° or less was defined as a diffraction peak.

なお、ピークの左右で半値半幅が異なる場合、大きい方を半値半幅として採用した。ピークが複数ある場合は、それぞれの半値半幅を算出した。
また、ピークが重なっていて半値半幅が算出できない場合は、最小二乗法等を用いたピークフィッテイングを行ってピークを分離して、半値半幅を算出した。
さらに、特定された各回折ピークの回折強度を算出し、回折強度が最も大きい回折ピークと、回折強度が2番目に大きい回折ピークとを選び、2つの回折ピークのうち、X線回折プロファイルにおいて、2θの値が小さい方の回折ピークの回折強度をAとし、大きい方の回折ピークの回折強度をBとし、それらの比(A/B)を求めた。
なお、X線回折測定は、各サンプルについて3回行い、その平均値を測定値とした。
When the half width was different on the left and right of the peak, the larger one was adopted as the half width. When there were multiple peaks, the half width of each was calculated.
If the peaks overlap and the full width at half maximum cannot be calculated, peak fitting using the least squares method or the like is performed to separate the peaks, and the full width at half maximum is calculated.
Further, the diffraction intensity of each specified diffraction peak is calculated, the diffraction peak having the highest diffraction intensity and the diffraction peak having the second highest diffraction intensity are selected, and among the two diffraction peaks, in the X-ray diffraction profile, the diffraction peak is selected. The diffraction intensity of the diffraction peak having the smaller value of 2θ was defined as A, the diffraction intensity of the diffraction peak having the larger value was defined as B, and the ratio (A / B) thereof was determined.
The X-ray diffraction measurement was performed three times for each sample, and the average value was used as the measured value.

3.酸素キャリアの特性評価(変換効率)
マイクロリアクターと、マイクロリアクターに直結するガスクロマトグラフ質量分析計(GC/MS)とを備える迅速触媒評価システム(フロンティア・ラボ株式会社製、「シングルμ-リアクターRx-3050SR」)を用いて、以下の手順により酸素キャリアの特性を評価した。
まず、マイクロリアクターで酸素キャリアの特性評価を行うにあたり、酸素キャリアを賦活化するために、以下のプロセスを行った。内径3mm、長さ78mmの石英製の反応管内に、0.2gの酸素キャリアを充填した。その後、20mL/分の流量でヘリウムガスを流しつつ、40℃/分の昇温速度で昇温させ、20分間加熱した。
3. 3. Oxygen carrier characterization (conversion efficiency)
Using a rapid catalyst evaluation system ("Single μ-Reactor Rx-3050SR" manufactured by Frontier Lab Co., Ltd.) equipped with a microreactor and a gas chromatograph mass spectrometer (GC / MS) directly connected to the microreactor, the following The characteristics of the oxygen carrier were evaluated by the procedure.
First, in evaluating the characteristics of oxygen carriers in the microreactor, the following process was performed in order to activate the oxygen carriers. A reaction tube made of quartz having an inner diameter of 3 mm and a length of 78 mm was filled with 0.2 g of oxygen carriers. Then, while flowing helium gas at a flow rate of 20 mL / min, the temperature was raised at a heating rate of 40 ° C./min and heated for 20 minutes.

次に、マイクロリアクターの反応管に、水素ガス(還元ガス)を流量20mL/分で5分間流して酸素キャリアの還元反応(第1プロセス)を実施して、酸素キャリアを還元した。このとき、マイクロリアクターの排出口から排出されるガスには、水蒸気が含まれていた。
その後、ガス交換のために、ヘリウムガスを流量20mL/分で5分間流した後、二酸化炭素ガスを流量20mL/分で5分間流して、二酸化炭素の還元反応(第2プロセス)を実施して、二酸化炭素ガス(原料ガス)を還元した。このとき、マイクロリアクターの排出口から排出される生成ガスには、一酸化炭素が含まれていた。
その後、ガス交換のために、ヘリウムガスを流量20mL/分で5分間流した。
Next, hydrogen gas (reducing gas) was passed through the reaction tube of the microreactor at a flow rate of 20 mL / min for 5 minutes to carry out a reduction reaction (first process) of oxygen carriers to reduce oxygen carriers. At this time, the gas discharged from the discharge port of the microreactor contained water vapor.
Then, for gas exchange, helium gas was flowed at a flow rate of 20 mL / min for 5 minutes, and then carbon dioxide gas was flowed at a flow rate of 20 mL / min for 5 minutes to carry out a carbon dioxide reduction reaction (second process). , Carbon dioxide gas (raw material gas) was reduced. At this time, the produced gas discharged from the discharge port of the microreactor contained carbon monoxide.
Then, for gas exchange, helium gas was flowed at a flow rate of 20 mL / min for 5 minutes.

次に、本試験のため、以下のプロセスを行った。マイクロリアクターの反応管に、水素ガス(還元ガス)を流量30mL/分で20分間流して、酸素キャリアの還元反応(第1プロセス)を実施して、酸素キャリアを還元した。このとき、マイクロリアクターの排出口から排出されるガスには、水蒸気が含まれていた。
その後、ガス交換のために、ヘリウムガスを流量20mL/分で5分間流した後、二酸化炭素ガスを流量3mL/分で20分間流して、二酸化炭素の還元反応(第2プロセス)を実施して、二酸化炭素ガス(原料ガス)を還元した。このとき、マイクロリアクターの排出口から排出される生成ガスには、一酸化炭素が含まれていた。
なお、以上のプロセスでは、いずれのガスを流す際にも、酸素キャリアの温度を550℃に維持するとともに、大気圧条件で行った。
Next, the following process was performed for this test. Hydrogen gas (reducing gas) was passed through the reaction tube of the microreactor at a flow rate of 30 mL / min for 20 minutes to carry out a reduction reaction of oxygen carriers (first process) to reduce oxygen carriers. At this time, the gas discharged from the discharge port of the microreactor contained water vapor.
Then, for gas exchange, helium gas was flowed at a flow rate of 20 mL / min for 5 minutes, and then carbon dioxide gas was flowed at a flow rate of 3 mL / min for 20 minutes to carry out a carbon dioxide reduction reaction (second process). , Carbon dioxide gas (raw material gas) was reduced. At this time, the produced gas discharged from the discharge port of the microreactor contained carbon monoxide.
The above process was carried out under atmospheric pressure conditions while maintaining the temperature of the oxygen carrier at 550 ° C. when any of the gases was flown.

酸素キャリアによる二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率は、次の式により計算した。
なお、変換効率は、反応管内への二酸化炭素ガスの流通を開始した後、1分間の平均変換効率である。
CO(%)=nCO,out/(nCO2,in)×100
上記式中、nは、原料ガスまたは生成ガス中の二酸化炭素または一酸化炭素のモル分率である。
また、反応の選択性は100%なので、総nCO2=nCO2,in+nCO,outである。
The conversion efficiency of carbon dioxide to carbon monoxide by oxygen carriers was calculated by the following formula.
The conversion efficiency is the average conversion efficiency for 1 minute after the distribution of carbon dioxide gas into the reaction tube is started.
X CO (%) = n CO, out / (n CO2, in ) × 100
In the above formula, n is a mole fraction of carbon dioxide or carbon monoxide in the raw material gas or the produced gas.
Moreover, since the selectivity of the reaction is 100%, the total n CO2 = n CO2, in + n CO, out .

なお、ガスクロマトグラフ質量分析計における測定条件は、以下の通りである。
カラム温度: 200℃
インジェクション温度: 200℃
検出器温度: 250℃
カラム: EGAチューブ(L:2.5m、φ(内径):0.15mm、t:0mm)
カラム流量: 1.00mL/分
スプリット比: 250
パージ流量: 3.0mL/分
The measurement conditions in the gas chromatograph mass spectrometer are as follows.
Column temperature: 200 ° C
Injection temperature: 200 ° C
Detector temperature: 250 ° C
Column: EGA tube (L: 2.5 m, φ (inner diameter): 0.15 mm, t: 0 mm)
Column flow rate: 1.00 mL / min Split ratio: 250
Purge flow rate: 3.0 mL / min

これらの結果を、以下の表1に示す。

Figure 2022053181000001
These results are shown in Table 1 below.
Figure 2022053181000001

各実施例の酸素キャリアは、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が高かった。また、酸素キャリアを構成する元素M(ドープ金属元素)の種類および量、結合剤の量を変更することにより、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率を調整することができた。
これに対して、各比較例の酸素キャリアは、二酸化炭素の一酸化炭素への変換効率が低かった。
The oxygen carriers of each example had high conversion efficiency of carbon dioxide to carbon monoxide. Further, by changing the type and amount of the element M (doped metal element) constituting the oxygen carrier and the amount of the binder, the conversion efficiency of carbon dioxide into carbon monoxide could be adjusted.
On the other hand, the oxygen carriers of each comparative example had a low efficiency of converting carbon dioxide to carbon monoxide.

Claims (9)

二酸化炭素を含む原料ガスと接触させることにより、前記二酸化炭素を還元して、一酸化炭素を含む生成ガスを製造するのに使用される酸素キャリアであって、
銅(Cu)と、銅と異なる第2の元素とを含有する金属酸化物を含み、該金属酸化物は、酸化銅の結晶相と、前記第2の元素の酸化物の結晶相とを有することを特徴とする酸素キャリア。
An oxygen carrier used to reduce carbon dioxide by contacting it with a raw material gas containing carbon dioxide to produce a produced gas containing carbon monoxide.
It contains a metal oxide containing copper (Cu) and a second element different from copper, and the metal oxide has a crystal phase of copper oxide and a crystal phase of the oxide of the second element. An oxygen carrier characterized by that.
前記金属酸化物をX線回折法により測定したとき、X線回折プロファイルにおいて、2θが60~65°の範囲に、少なくとも2つの回折ピークが観察される請求項1に記載の酸素キャリア。 The oxygen carrier according to claim 1, wherein when the metal oxide is measured by an X-ray diffraction method, at least two diffraction peaks are observed in the range of 2θ of 60 to 65 ° in the X-ray diffraction profile. 前記少なくとも2つの回折ピークのうち、回折強度が最も大きい回折ピークと、回折強度が2番目に大きい回折ピークとを選び、前記2つの回折ピークのうち、前記X線回折プロファイルにおいて、前記2θの値が小さい方の前記回折ピークの前記回折強度をAとし、大きい方の前記回折ピークの前記回折強度をBとしたとき、A/Bが0.05~2である請求項2に記載の酸素キャリア。 Of the at least two diffraction peaks, the diffraction peak having the highest diffraction intensity and the diffraction peak having the second highest diffraction intensity are selected, and among the two diffraction peaks, the value of 2θ in the X-ray diffraction profile. The oxygen carrier according to claim 2, wherein when the diffraction intensity of the diffraction peak having a smaller value is A and the diffraction intensity of the diffraction peak having a larger value is B, the A / B is 0.05 to 2. .. 前記金属酸化物において、前記銅と前記第2の元素との合計に占める前記第2の元素のモル比率は、40~90モル%である請求項1~3のいずれか1項に記載の酸素キャリア。 The oxygen according to any one of claims 1 to 3, wherein in the metal oxide, the molar ratio of the second element to the total of the copper and the second element is 40 to 90 mol%. Career. 前記第2の元素は、亜鉛(Zn)である請求項1~4のいずれか1項に記載の酸素キャリア。 The oxygen carrier according to any one of claims 1 to 4, wherein the second element is zinc (Zn). さらに、前記金属酸化物を結合する結合剤を含む請求項1~5のいずれか1項に記載の酸素キャリア。 The oxygen carrier according to any one of claims 1 to 5, further comprising a binder that binds the metal oxide. 前記結合剤の量は、前記酸素キャリア100質量部に対して、70質量部以下である請求項6に記載の酸素キャリア。 The oxygen carrier according to claim 6, wherein the amount of the binder is 70 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the oxygen carrier. 前記結合剤は、ゼオライト、Al、TiO、SiO、ZrOおよびMgOからなる群より選択される少なくとも1種である請求項6または7に記載の酸素キャリア。 The oxygen carrier according to claim 6 or 7, wherein the binder is at least one selected from the group consisting of zeolite, Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 , ZrO 2 and MgO. 請求項1~8のいずれか1項に記載の酸素キャリアを、二酸化炭素を含む原料ガスと接触させることにより、前記二酸化炭素を還元して、一酸化炭素を含む生成ガスを製造することを特徴とするガスの製造方法。 The oxygen carrier according to any one of claims 1 to 8 is brought into contact with a raw material gas containing carbon dioxide to reduce the carbon dioxide to produce a produced gas containing carbon monoxide. The method of manufacturing gas.
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