| 研究概要 |
本研究は非理想状態を生む手法としての非定常操作に着目し,工業的にも有用な低級パラフィンの無気相酸素部分酸化について,触媒化学・反応化学の両側面から現象を把握し,より高効率な触媒設計・反応器(反応燥作)設計の指針を示すことが最終的な目標である.具体的には反応として,プロピレンの酸化的二量化およびプロパンの部分酸化反応を取り上げ,反応操作としては固定層反応器において周期的濃度変動燥作を用いた.現段階ではプロパンの部分酸化反応については研究途上であるので,ここではプロピレンの酸化的二量化に関して報告する.
触媒はBi_2O_3-P_2O_5系を用いた.実験は常圧固定床流通系で行った.40%C_3H_6と20%O_2をBang-bang操作で反応器へ導入した.生成物の分析にはフーリエ変換赤外分光計(FT-IR)を用いた.変動操作下では複数の周期にわたって位相をずらして測定し,1つの波形として合成した.定常実験は原料ガス組成を変動操作実験の時間平均組成と等しくして行った.計算に用いた反応器モデルとしてはPFRを仮定した.
変動操作における出口ガスの応答波形の結果では,C_3H_6供給時にはC_6H_6とCO_2のピークが観測され,酸素供給時にはCO_2の大きなピークのみが観測された.また,酸素供給時に触媒層の温度上昇(30〜60℃)が見られた.これに対して,C_3H_6供給時には温度上昇が見られなかった.また,C_3H_6供給時のCO_2とC_6H_6ピークには時間のずれが見られ,C_6H_6がCO_2に先立って生成されていることがわかる.化成物の時間平均収率に対する変動周期の効果についての実験結果から,変動操作時には定常に比べてCO_2への完全酸化をおよそ1/8に抑制できることがわかった.このことから変動操作のようなアンエアロビック酸化では原料を分離して供給することにより定常操作で起こる好ましくない完全酸化反応を抑制できることがわかった.
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