2022 Fiscal Year Research-status Report

亜酸化窒素の連鎖的自己発熱分解反応開始メカニズムの解明による事故防止技術の提案

Research Project

Project/Area Number	21K04483
Research Institution	Chiba Institute of Technology
Principal Investigator	和田豊千葉工業大学, 工学部, 教授 (20553374)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	亜酸化窒素 / 自己発熱分解 / 熱分解 / 事故防止技術
Outline of Annual Research Achievements	今年度は高圧力環境下でN2Oの分解挙動を調査することを目的とし， 0.5 MPaと1 MPaの圧力条件下での分解挙動を調査した．先行研究よりN2Oの自己発熱分解の様子を調査する際に使用する分解器内の全長の違いが，N2Oの完全分解に影響を与えることが示唆されている．そこで本研究では，1 MPaの圧力条件下で，先行研究でN2Oの自己発熱分解がみられた分解器の全長を基本とし，全長を変化させた実験を行うことで，詳細なN2Oの自己発熱分解挙動のデータを取得することを目的とした．まず，0.5 MPaの圧力下において，500℃程度の温度領域においてもN2Oの発熱分解反応を確認した．1 MPaの圧力下では466℃にて約1.8倍の圧力比を伴う爆発的な発熱分解反応が観察された．高圧力下においては600℃以下の領域においてもN2O単体で爆発事故の危険性があることを示唆する結果を得た．次に連鎖的な発熱分解の原因となるコンタミネーションについて，N2Oと接する材質や海上着水後の酸化剤タンク内壁の付着物の調査を実施した．さらに，海上着水後のタンクの再使用に向けた洗浄方法について，模擬試験片を用いた比較実験を通して検討を行った．その結果，以下の知見を得た． 1．タンク材質A6082では，海上着水済みタンク内の表面にはNa，Clを含む50um程度の結晶状の物質をはじめ，炭素成分が多く付着していることが分かった． 2．A6082の模擬試験片での洗浄結果より，アルミナビーズおよび洗剤水を用いて1分間洗浄後，熱湯で1分間×6回以上すすぐことにより，C，Na，Clなどの元素含有量を減少させて，使用前のアルミ表面と同レベルの洗浄度まで戻ることが確認できた．したがって，タンクの洗浄方法として，この方法が有効であると考えられる．今後は海上着水した酸化剤タンクの再使用に向けた洗浄方法の確立を目指す予定である．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 連鎖的な発熱分解にいたる温度条件の特定，さらにはコンタミネーションとなりえる物質の探索などを行い，定量的に示すことが出来た．これらの結果をまとめR5年度ではすでに国際会議での発表を予定している．以上の理由からおおむね順調に進展していると考えられる．
Strategy for Future Research Activity	高圧力環境下に於いて，コンタミネーションとの反応性を実験的に調査していく．すでに単体での自己発熱分解温度とされている600℃以下の温度領域にて発熱分解が開始されていることを突き止めており，その際に発生する酸素とコンタミネーションの反応性について詳細に調査を進めていく．現在の仮説では，酸素とコンタミネーションとの燃焼反応がきっかけとなり，周囲の亜酸化窒素の連鎖的な自己発熱分解反応が発生するというものである．そこで，純酸素並びにN2Oの雰囲気下においてコンタミネーションを加熱し反応温度を調査し，N2Oの連鎖的な分解反応に至る酸素の役割について実験的に明らかにしていく予定である．また，Chemkinなどの総括反応をシミュレーションできるソフトウェアを利用し，酸素とコンタミネーションの燃焼反応を起点としたN2Oの連鎖的な反応の再現を目指していく．そして，N2Oを安全に取り扱うための指針として，低温でも発生しうるN2O由来の酸素とコンタミネーション間の反応を抑制することが大切であることを示すデータを体系的に取得し，突発的な爆発事故防止策を提案する．
Causes of Carryover	半導体不足に伴い，使用を予定していたセンサ類の納期が間に合わずセンサ購入予定金額分を翌年度に繰り越した．R5年度の配分されている費用と合わせ、センサ購入費に充てることを予定している。