炭化水素系燃料からのエクセルギー抽出

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06246103
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 岡崎 健 東京工業大学, 炭素循環素材研究センター, 教授 (20124729)
• 研究分担者: 上野 晃史 静岡大学, 工学部, 教授 (30135420) ; 福谷 征史郎 岡山県立大学, 情報工学部, 教授 (40026208) ; 金村 聖志 京都大学, 工学研究科, 助教授 (30169552) ; 水野 彰 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (20144199) ; 井上 剛良 東京工業大学, 工学部, 助教授 (20193592)
• キーワード: 炭化水素 / プラズマ化学反応 / 触媒化学反応 / エクセルギー / メタノール合成 / エネルギー有効利用 / 反応機構 / ラジカル反応

研究概要

(1)プラズマ化学反応グループでは、メタン/水からのメタノール直接合成において、極細管での無声放電と極短パルス放電を組み合わせることにより収率、選択率とも従来値の5倍以上の大幅な向上を実現するとともに、沿面放電の利用においては、電極形状、誘電体材料、原料ガス成分比等の諸因子の影響から高効率化について検討した。また、希ガス添加効果や触媒併用効果による性能向上、FET電源の高周波化によるエネルギー効率改善について検討が行われた。(2)反応素過程グループでは、その場質量分析を用いた反応中間体および生成物に関する検討および活性化エネルギーを含めた非経験的分子軌道計算から、反応機構を確定するとともに、生成したCH_3OH の安定性に対する外部電場の影響を分子動力学法を用いてシミュレートし、強い電場はCH_3 を不安定にすることを明らかにした。(3)触媒反応グループでは、メタンの部分酸化によるメタノール直接合成において、シリカ担特酸化モリブデン超微粒子を水蒸気雰囲気下で加熱するとモリブド珪酸塩が生成し、これがメタンの部分酸化に大きな影響を及ぼすことを確認するとともに、メソポーラスMo-HMSではMo-MCM-41に比べて細孔長が短いために二次的酸化が起り難く、メタンからの高いホルムアルデヒド選択率を示した。(4)新プロセスグループでは、高炉・メタノール合成複合プロセスのエクセルギー消費量とメタノール合成量を検討し、ジメチルエーテル経由合成法が有望であることを示すとともに、超臨界水中でのメタン部分酸化反応では、CO/CO_2比が高くシフト反応によるH_2生成も進行し、CO,H_2からの合成反応も生じることを明らかにした。電気・化学・熱の併産では、Co添加によりLaGaO_3の酸素イオン伝導性を向上でき、これを電解質を用いることで800℃でも吸熱過程の燃料電池を組むことが可能となった。

研究成果

• [文献書誌] 岡崎健、安田真一: "高電圧極短パルスプラズマ構造形成過程の解析" 日本機械学会論文集,B. 63,610. 2166-2174 (1997)
• [文献書誌] M.Okumoto, K.Tsunoda, S.Katsura, A.Mizuno: "Direct Methanol Synthesis using Non-Thermal Pulsed Plasma Generated by a Solid State Pulse Generator" Journal of Electrostatics. 42. 167-175 (1997)
• [文献書誌] M.Ohmae, K.Miyaji, N.Azuma, K.Takeishi, Y.Morioka, A.Ueno, H.Ohfune, H.Hayashi: "Effects of Water Vapor upon Partial Oxidation of Methane over Highly-dispersed MoO_3/Sio_2" Chemistry Letters. 31-32 (1997)
• [文献書誌] K.A.Koyano, T.Tatsumi, Y.Tanaka, S.Nakata: "Stabilization of Mesoporous Molecular Sieves by Trimethylsilylation" Journal of Physical Chemistry,B. 101,46. 9436-9440 (1997)
• [文献書誌] T.Akiyama, S.Machida, H.Sato, A.Muramatsu, J.Yagi: "Development of Cu/ZnO/A1203 Catalyst for Dimethyl Ether Synthesis from CO-CO2H2 Mixture" ISIJ International. 38,1. 93-97 (1998)
• [文献書誌] T.Ishihara, J.A.Kilner, M.Honda, Y.Takita: "Oxygen Surface Exchange and Diffusion in the New Perovskite Oxide Ion Conductor,LaGaO3" Journal of American Chemical Society. 119,11. 2747-2748 (1997)