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公開番号2025135577
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-18
出願番号2025032255
出願日2025-02-28
発明の名称エタノール製造用触媒、エタノール製造用触媒の製造方法、及びエタノールの製造方法
出願人日本製鉄株式会社
代理人弁理士法人太陽国際特許事務所
主分類B01J 23/80 20060101AFI20250910BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】CO₂を原料とするエタノール製造において、エタノール生産性を高くすることが可能となる高活性なエタノール製造用触媒、当該エタノール製造用触媒の製造方法、及び、当該エタノール製造用触媒を用いたエタノールの製造方法を提供すること。
【解決手段】アルミニウムを主成分とする触媒担体に、鉄及びカリウムが担持されている触媒であって、下記式(A)の値が1.10～5.90であり、触媒中の金属元素総量に対して鉄が35～95質量%含まれる、エタノール製造用触媒。
式(X)=ln(D²/A)
式(X)中、D、及びAは、各々、触媒中の金属元素のモル比のうち、鉄のモル比を80としたときの、アルミニウムのモル比、及びカリウムのモル比を示す。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
アルミニウムを主成分とする触媒担体に、鉄とカリウム、又は、鉄とカリウムと亜鉛が担持されている触媒であって、下記式（Ｘ）の値が１．１０～５．９０であり、触媒中の金属元素総量に対して鉄が３５～９５質量％含まれる、エタノール製造用触媒。
式（Ｘ）＝ｌｎ（Ｄ
２
／Ａ）
式（Ｘ）中、Ｄ、及びＡは、各々、触媒中の金属元素のモル比のうち、鉄のモル比を８０としたときの、アルミニウムのモル比、及びカリウムのモル比を示す。
続きを表示（約 600 文字）【請求項２】
鉄に対するアルミニウムのモル比が０．０５～０．５０、鉄に対する亜鉛のモル比が、１．０以下である、請求項１に記載のエタノール製造用触媒。
【請求項３】
酸素を除き、前記アルミニウム、前記鉄、前記カリウム、及び不純物からなる、請求項１又は請求項２に記載のエタノール製造用触媒。
【請求項４】
前記式（Ｘ）の値が、２．５０～５．００である、請求項１又は請求項２に記載のエタノール製造用触媒。
【請求項５】
アルミニウムを主成分とする触媒担体に、鉄とカリウム、又は鉄とカリウムと亜鉛を、得られる触媒の下記式（Ｘ）の値が１．１０～５．９０となるように、且つ、得られる触媒中の金属元素総量に対して鉄が３５～９５質量％含まれるように担持する担持工程を有する、エタノール製造用触媒の製造方法。
式（Ｘ）＝ｌｎ（Ｄ
２
／Ａ）
式（Ｘ）中、Ｄ、及びＡは、各々、触媒中の金属元素のモル比のうち、鉄のモル比を８０としたときの、アルミニウムのモル比、及びカリウムのモル比を示す。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載のエタノール製造用触媒を用いてエタノールを製造する方法であって、
二酸化炭素及び水素を有する混合ガスを、前記エタノール製造用触媒に接触させて、エタノールを製造する、エタノールの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、エタノール製造用触媒、エタノール製造用触媒の製造方法、及びエタノールの製造方法に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化への関心が高まり、温室効果ガス排出削減等の国際的枠組みを協議する気候変動枠組条約締約国会議（ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅＰａｒｔｉｅｓ；ＣＯＰ）では、世界共通の長期目標として産業革命前からの平均気温の上昇を２℃よりも十分下方に保持することを目的とし、排出ピークをできるだけ早期に抑え、最新の科学に従って急激に削減することを目標とされている。ＣＯＰ２１パリ協定では、全ての国が長期の温室効果ガス低排出開発戦略を策定・提出するように努めるべきとされている。欧州グリーンディールでは、２０５０年のカーボンニュートラル化、中間時点での削減目標の引き上げ等、法制化して施策を強固に推進する動きもある。我が国においても、政府が２０５０年カーボンニュートラルを宣言した。これらの動きを受け、二酸化炭素（ＣＯ
２
）削減のための対策技術開発が各所で精力的に行われている。対策技術の一つとして、排出されたＣＯ
２
を有用物に変換する幾つかの試みが提案されているが、ＣＯ
２
を別の物質に変換させるためには大きなエネルギーが必要であり、反応を促進させるための有効な触媒の開発が望まれている。
【０００３】
また、ＣＯ
２
削減に資する技術とするためには、需要の多い有用物を製造する必要がある。エタノール（Ｃ
２
Ｈ
５
ＯＨ）はＣＯ
２
及び水素（Ｈ
２
）を原料として製造可能な有用物であり、ＣＯ
２
削減のための対策技術として位置付けられる。
【０００４】
ＣＯ
２
とＨ
２
を原料としてエタノールを製造する技術としては、下記文献に記載の技術が挙げられる。例えば、非特許文献１には、金属―有機構造体を不活性雰囲気下で焼成することにより調製したＺｎＦｅ＠ＣにＮａを担持させた触媒を用いて、ＣＯ
２
からエタノールを合成することが開示されている。詳細には、２質量％Ｎａ―ＺｎＦｅ＠Ｃにより、３２０℃、５ＭＰａの反応条件で、ＣＯ
２
転化率３８．４％、エタノール生産性１５８．１（ｇ／ｋｇ－ｃａｔ．ｈ）を達成している。
【０００５】
特許文献１には、ＺｒＯ
２
、Ａｌ
２
Ｏ
３
、及びＴｉＯ
２
からなる群から選択される少なくとも１種の担体と、前記担体に担持されたＦｅ及びＣｕと、前記担体に担持されたＮａ及び／又はＫとを含む触媒を用いて、ＣＯ
２
からエタノールを合成することが開示されている。詳細には、２質量％Ｎａ－Ｆｅ
２
Ｃｕ／ＺｒＯ
２
により、３２０℃、５ＭＰａの反応条件で、ＣＯ
２
転化率３０．０％、エタノール生産性７９．６（ｇ／ｋｇ－ｃａｔ．ｈ）を達成している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
Yang Wang, Wenhang Wang, Ruosong He, Meng Li, Jinqiang Zhang, Fengliang Cao, Jianxin Liu, Shiyuan Lin, Xinhua Gao, Guohui Yang, Mingqing Wang, Tao Xing, Tao Liu, Qiang Liu, Han Hu, Noritatsu Tsubaki, Mingbo Wu, Angew. Chem. Int. Ed. 62, e202311786(2023)
【特許文献】
【０００７】
国際公開公報第２０２２－２３００６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＣＯ
２
からエタノール製造の工業化に向けては、低コストの金属、例えば鉄をベースとする触媒が好ましい。また、触媒の活性が高い、すなわちエタノール生産性が高いことが好ましい。エタノール生産性が高くなるほど、反応器のサイズを小型化して設備費を抑えることが可能となり、また、使用する触媒が少なくて済むことから、触媒費用を抑えることが可能となる。
そのため、ＣＯ
２
を原料として高生産性でエタノールを合成する触媒の開発は、動力費を削減しプラントの設計自由度を拡大する観点から重要であると考えられる。
【０００９】
即ち、本開示の課題では、ＣＯ
２
を原料とするエタノール製造において、エタノール生産性を高くすることが可能となる高活性なエタノール製造用触媒、当該エタノール製造用触媒の製造方法、及び、当該エタノール製造用触媒を用いたエタノールの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、アルミニウムを主成分とする触媒担体に、鉄、及びカリウムが担持され、アルミニウムとカリウムとの比（アルミニウム／カリウム）、触媒中金属元素総量に対する鉄の質量割合を適切に制御することによって、ＣＯ
２
を原料とするエタノール製造において触媒が高い性能を有することを見出し、本開示に至った。
（【００１１】以降は省略されています）

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