超臨界水中での部分酸化・シフト反応を介した廃プラスチックスの水添油化

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555270
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 阿尻 雅文 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60182995)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): SMITH Richard Lee Jr. 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60261583) ; 猪股 宏 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10168479) ; 新井 邦夫 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10005457) ; 福里 隆一 株式会社 神戸製鋼所, 機械エンジニアリング事業本部エネルギー化学本部プロセス開発本部, 担当次長(研究職) ; 服部 秀雄 株式会社 コンポン研究所, 取締役(研究職)
• Keywords: 超臨界水 / 水素化 / 相平衡 / 熱分解 / 炭化水素 / メタン / 部分酸化 / シフト反応

Research Abstract

本研究は、超臨界水中で廃プラを部分酸化するとともに水素化を行なうプロセス開発を最終的目的とし、ここでは、そのための以下の基礎研究を行なった。
1)超臨界水とアルカン系の相平衡測定:超臨界水と長鎖炭化水素との相平衡測定を目的とし、高温高圧用振動管密度計を設計・作成した。常温近傍での水とアルコールの相平衡の測定を行い本装置の健全性を確認した。高温高圧下での流体密度測定法の基礎を確立した。
2)超臨界水中での炭化水素熱分解反応:回分式装置を用い超臨界水中でポリエチレン熱分解実験を行なった。その結果、水密度の増大にともない生成物中の1-アルケル/n-アルカン比は増大し、また軽質化も促進された。これは水密度の増大にともない超臨界水と分解生成油の相が均相に近づくためと考える。
3)超臨界水中での炭化水素部分酸化による水添油化基礎実験:回分式装置を用い超臨界水中でn-ヘキサデカンの部分酸化を行った。その結果、水密度増大にともないCO生成の選択率が増大し、またそれと同時に生成物中のn-アルカンの生成量も増加した。これは、生成したCOがシフト反応により水素に転化し、アルケルの水素化が生じたためと考えている。
高圧メタンの導入が可能な流通式装置を設計・製作し、温度380℃〜400℃、圧力10MPa〜25MPaの超臨界水中でのメタンの部分酸化反応実験を行なった。その結果、この場合も、高圧(高水密度)ほど、COの生成選択率は向上した。気相反応を記述できるラジカルネットワークモデルを用いて解析を行ったが、超臨界領域では良好な記述はできなかった。しかし、H_2O_2を生成する素反応について、水密度依存性を考慮して修正を試みたところ、反応速度および生成物分布の圧力依存性を説明することができた。
4)連続分解プロセスの設計:上記の実験結果および計算結果に基づき、基本設計を行なった。酸素濃度を完全酸化の15%程度に抑制し、炭化水素濃度を10wt%以上と設定し、高圧場での運転のため液体酸素供給が適当と考えられた。

Research Products

• [Publications] Watanabe et al.: "Polyethylene Conversion in Supercritical Water"Journal of Supercritical Fluids. 13. 247-252 (1998)
• [Publications] Kunio Arai and Tadafumi Adschiri: "Importance of Phase Equilibria for Understanding Supercritical Fluid Environment"Fluid Phase Equilibria. 158-160. 673-684 (1999)
• [Publications] 佐藤,黒澤,阿尻,新井: "超臨界水中での水性ガスシフト反応の速度解析"化学工学論文集. 25(6). 993-997 (1999)
• [Publications] Adschiri et al.: "Hydrogenation through Partial Oxidation of Hydrocarbons in Supercritical Water"Journal of The Society of Material Engineering for Resources. 7(2). 24-32 (1999)
• [Publications] Watanabe et al.: "Develop,emt of a Recycling Proceess for Waste Polyethylene:Pyrolysis of Model Hydrocarbons in the Presence of Supercritical Water"Proceedings of the 1st International Symposium on Feedstock Recycling of Plastics. 215-218 (1999)
• [Publications] Adschiri et al.: "Extraction of Taiheiyo Coal with Supercritical Water-HCOOH Mixture"Fuel. 79. 243-248 (2000)