マイクロ波加熱を利用する新規なメタノール合成プロセスの開発

• Project/Area Number: 11750681
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 触媒・化学プロセス
• Research Institution: Asahikawa National College of Technology
• Principal Investigator: 宮越 昭彦 旭川工業高等専門学校, その他部局等, 助手 (10249724)
• Project Period (FY): 1999 – 2000
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2000)
• Budget Amount: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 2000: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 1999: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: マイクロ波加熱 / メタン部分酸化反応 / 触媒反応プロセス / メタノール合成

Research Abstract

本研究はマイクロ波加熱器と触媒反応器を組み合わせた装置を用いて、メタンからメタノールを製造する反応(部分酸化反応)プロセスを開発するものである。昨年度は、マンガンフェライトがマイクロ波吸収能に優れ、本プロセスに適した触媒担体であることを突き止めた。
本年度はマンガンフェライトにモリブデンを添加した触媒のメタン転化活性を調べ、触媒反応条件の最適化を図った。特に1)モリブデン原料としてモリブデン酸アンモニウムやモリブド珪酸塩を使用した場合の触媒性能比較、2)触媒反応条件(マイクロ波出力(触媒表面温度)、メタン導入量、O_2導入量、H_2O導入量)に対するメタン転化活性への影響、を検討した。
結果として、モリブド珪酸塩を3重量%添加した触媒(反応条件:マイクロ波出力450W(触媒表面温度550℃)、メタン導入量80ml/min、O_2導入量80ml/min、H_2O導入量0.5ml/min)で、ホルムアルデヒドの生成が確認された。これは、部分酸化反応が生じてメタンが含酸素化合物に転換したことを示している。すなわち、現条件ではメタノールの直接合成は困難であるが、触媒や反応条件を変えることでメタノール合成が可能と考えられる。ただし、ホルムアルデヒド生成が認められた反応条件についても、1)ホルムアルデヒド生成はメタン転換反応開始後2時間から3時間の時間帯でしか認められない。2)ホルムアルデヒドの収率はサンプリングのタイミングにより痕跡量から10%の範囲で変動した。など触媒活性の安定性に問題がある。この点はプロセスの実用化に関わってくる問題であり、マイクロ波加熱-触媒反応器の機械的・物理的な特徴に起因する問題か、触媒の化学的性質に起因する問題か、を区別して原因究明する必要がある。