マイクロプラズマによる革新的部分酸化反応の開発と天然ガス高度有効利用

利用微等离子体开发创新的部分氧化反应以及天然气的高效利用

基本信息

批准号：
10F00372
负责人：
岡崎健
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10F00372/
关键词：
メタノール天然ガスメタン合成ガス非平衡プラズマ部分酸化

项目摘要

化石燃料利用体系の省エネルギー化,省資源化,環境負荷低減が急務となっている。現在は,熱化学的手法を基盤としたエネルギー・物質変換が主要な役割を果たしており,今後も重用されると思われる。しかし,長期的なエネルギー資源利用体系のあり方を考えたとき,既成技術の延長線上にはない革新的な環境調和型反応プロセスの開発が不可欠である。このような背景から,大気圧環境で形成される非平衡プラズマを利用して,天然ガスやバイオガスの主成分であるメタンを高効率に転換するための新しい反応プロセスを開発している。マイクロ空間で形成される誘電体バリア放電((大気圧非平衡プラズマの一種)を用い,メタン・酸素混合ガスを反応温度10℃で処理した時の液体生成物を^1H NMRで定性分析した。主生成物であるメタノール,ギ酸,ホルムアルデヒドに加え,化学的に不安定な過酸化物(CH_3OOH)も多量に生成された。CH_3OOHはメタノールの中間生成物と考えられ,メタノール収率向上に直結した生成物である。また,OHのカップリングによってH_2O_2が生成されることも明らかにした。H_2O_2が生成されることで,CH4の酸化に不可欠となるOHラジカルが失われる。メタノールの収率向上には,H_2O_2の生成・分解挙動を詳細に調べなければならない。反応温度が300℃の場合,メタノールのピーク強度はほとんど変化しないが,他の液体生成物は大きく減少した。300℃ではアルコール類は液相へと相変化できないため,プラズマ反応場(気相)で過剰に分解したためである。同様に,300℃ではH_2O_2の生成量も大幅に低下した。ホルムアルデヒド,ギ酸も有益な液体成分であり,これらを高い選択率で直接合成するためには,できるだけ低い温度(常温)でメタンを部分酸化させなければならないことを明らかにした。

迫切需要节省能源，节省资源并减少化石燃料系统中的环境影响。当前，基于热化学方法的能量 - 摩擦转换起着主要作用，并且预计将来将继续使用。但是，在考虑长期能源资源利用系统时，必须开发创新的环境和谐反应过程，而这些反应过程不是现有技术的扩展。在这种背景下，正在开发一种新的反应过程，以使用在大气压力环境中形成的非平衡血浆将甲烷（天然气和沼气的主要成分）转化为高效率。使用在微层面形成的介电屏障放电（一种大气压非平衡等离子体），当在10°C的反应温度下处理混合甲烷/氧气时，液态产物为 ^1H。定性分析由NMR进行。除了主要产物甲醇，甲酸和甲醛外，大量的过氧化物（CH_3OOH）。 CH_3OOH被认为是甲醇的中间产品，它是与甲醇产量改善有关的产品。还揭示了H_2O_2是由OH耦合产生的。产生H_2O_2，导致OH自由基的损失，这对于CH4的氧化至关重要。为了提高甲醇产量，我们详细研究了H_2O_2的形成和分解行为。必须完成。当反应温度为300°C时，甲醇的峰强度几乎不会改变，但其他液体产物显着降低。在300°C下，醇无法在液相变为液相，因此它们在血浆反应场（气相）中过度分解。同样，在300°C下，产生的H_2O_2的量也显着减少。甲醛和甲酸也是有益的液体成分，据透露，要以高选择性直接合成这些成分，必须在最低温度（室温）下部分氧化甲烷。