成果報告書詳細
管理番号20130000000835
タイトル平成24年度成果報告書 新エネルギー技術研究開発 バイオマスエネルギー等高効率転換技術開発(先導技術開発) セルロース系バイオマスエタノールからプロピレンを製造するプロセス開発
公開日2014/5/9
報告書年度2008 - 2012
委託先名触媒技術研究組合 独立行政法人産業技術総合研究所 国立大学法人東京工業大学 国立大学法人広島大学
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約件名:平成20年度-平成24年度成果報告書 新エネルギー技術研究開発バイオマスエネルギー等高効率転換技術開発(先導技術開発)「セルロース系バイオマスエタノールからプロピレンを製造するプロセス開発」

本研究では、2020年頃に実用化可能な新たなバイオマス利用技術の確立をめざし、セルロース系エタノールを原料とし、化学品として大きな需要のあるプロピレンを製造するための技術開発を行った。主な開発項目は、1)エタノールを直接プロピレンへ化学変換する高性能で長寿命の触媒を開発し、その評価を行うこと、2)原料中に存在する触媒被毒成分の分離除去、およびポリマーグレードのプロピレンを触媒反応生成物から分離精製する技術を開発すること、3)上記触媒および分離精製工程を含むコスト競争力のあるプロセスを開発し、エタノール処理量100kg/dayのベンチプラントの設計・建設・運転を行うことである。本研究開発によって、以下の結果を得た。(1)高性能触媒開発:バイオマスエタノールを原料としてプロピレンを製造するための触媒開発を行い目標プロピレン収率35%以上が得られる触媒仕様を確立した。開発した触媒は、これまでにない新規な金属酸化物触媒であり、エタノールを高収率でプロピレンに変換することができる。該触媒では長期間安定した活性を維持することも確認した。さらに、工業的に製造可能な調製方法も確立することができた。(2)分離精製技術開発:原料中に存在する触媒毒成分を特定し、吸着剤および膜分離システムで精製する技術を開発することによってポリマーグレードのプロピレンが得られる技術を確立した。触媒毒成分としては硫黄化合物の除去が重要であることがわかり、硫黄化合物を効果的に除去できる吸着剤および吸着システムを開発した。また、原料中および反応生成物に含まれる水分を膜分離によって除去する技術を開発した。(3)プロセス開発:上記で開発した触媒および分離精製技術をベースとしたプロセス開発を行った。開発したプロセスをもとにベンチプラントの設計・建設・運転を行い、ベンチスケールでバイオマスエタノールからプロピレンが35%以上の収率で得られることを確認した。また、得られたプロピレンの重合によってバイオポリプロピレンを合成し、既存の石油系ポリプロピレンと同等の性状であることを確認した。これらの研究開発の結果、セルロース系バイオマスエタノールからプロピレンを製造する新規製造プロセス技術をベンチレベルで確立することができた。本技術開発成果を活かすことで、バイオマス資源の有効利用の達成が期待される。
英文要約Development of technologies to produce propylene from cellulosic ethanol (FY2008-2012) Final Report

As a recent trend, a lot of emphasis has been placed on biomass-based resources for energy and chemical products because the use of biomass is directly related to reducing carbon dioxide emissions. Polypropylene (PP), one of the largest scale chemical products, is produced only from fossil fuels (oil and gas) now, and the technology for producing PP from bio-resources is of environmental and industrial interests. In this project, the following technologies were developed; 1) development of high-performance and long-lifetime catalysts to convert cellulosic ethanol to propylene, 2) separation technologies to remove catalytic poison in bio-ethanol or produced olefins, 3) process design of a bench plant to produce polymer-grade propylene. (1) Metal oxide (MO) catalyst was selected as a prototype catalyst for the ETP (ethanol to propylene) reaction (designated as MO-X (X is a development number)). MO-1 prepared by means of a commercially available method showed good performance for the reaction. The modification of MO-1 with a secondary element was effective not only on the yield of propylene but also on the physical stability of the catalyst. A long term life test was conducted and the average yields of propylene were over 35%. (2) As a purification process, an adsorptive desulfurization system of the reaction product was developed. It was found that the concentration of hydrogen sulfide in the reaction product could be reduced lower than 10 ppb. Membrane dehydration of produced gas mixture containing propylene was investigated using several types of carbon hollow fiber membranes. The pore size of the carbon membrane was optimized and the membrane dehydration system was designed for bench-scale propylene production. (3) A bench-scale propylene production plant was designed and constructed based on the above research results. The purpose of the bench plant is to generate a gas which is mainly composed of propylene from a raw material of bioethanol via a reactor unit. The data obtained by the bench plant operation showed that the performance of the process was in good accordance with the results of the simulation using laboratory data. PP sample was obtained by a polymerization of propylene from the bench plant and it was found that the properties of the “bio-PP” were the same as those of the conventional PP (from naphtha).
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