プラズマ化学反応を用いたメタノール合成法の研究

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メタンからメタノールを生成するプラズマ化学反応により、エクセルギーを再生産するプロセスを構築するためには、低い電気エネルギーにより効率良く反応を誘起する必要がある。そのために新たなスイッチング素子を利用し、高効率化・高周波化を目的としたMOS-FETパルス電源の製作を試みた結果、最大電圧9kV、立ち上がり時間1.9μs、パルス幅5μsのパルスを発生させることができた。このパルス電源によって、最大1.3%のメタノール合成量を得ることができた。現在、FET電源の効率が約65%であるが、エネルギー回収回路を設けることで効率を80〜90%に高めることが可能であり回路的な検討が必要である。このことから、この電源がRSGによるパルス発生回路に代わるものとして利用できると考えられる。また、従来のRSGを用いた電源によるメタン+酸素混合ガスからのメタノール合成実験の結果、原料ガスをアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスで希釈することで滞留時間によらず高いメラタノール合成量を示し、メタン初期濃度が、16%と低いながらも、最大濃度は0.5%に達することが判明した。メタン分圧が低いことと、励起電圧の高いアルゴンの存在による重合反応の抑制が副生成物濃度の低下に寄与しているのではないかと考えられる。更に触媒と放電の組合せることで、CH4+O2混合ガス使用時、メタノール合成量と選択率が上昇するという影響が確認された。特に、V2O5+SiO2触媒を放電と組合せることで触媒を使用しない場合の約2倍のメタノール合成量をCH4+O2混合ガスから得ることができた。このことから、触媒の表面反応によるメタノールの生成は100℃程度の低い温度においてもプラズマ放電によって引き起こされるものと考えられる。