亜臨界水と石炭からの低温メタン合成

亚临界水和煤低温合成甲烷

• 批准号: 12750654
• 负责人: 林 潤一郎
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750654/
• 关键词: 褐炭; 亜臨界水; 加水分解; 可溶化; 接触分解; Ni触媒; メタン合成; アルカリ触媒

本研究は,350〜370℃の亜臨界水中で褐炭を加熱し,共存アルカリ金属(Na_2CO_3)およびNiをそれぞれ加水分解による解重合可溶化触媒およびメタン化触媒として機能させ,これにより石炭をメタンへ直接変換することを目的として実施した.回分式反応器を用いた転換では,温度および保持時間をそれぞれ200〜350℃,0〜60minとし,水およびNa_2CO_3の量をLoy Yang炭(LY)1gに対してそれぞれ7.0mlおよび0〜1mmolとした.脱Na処理後の反応生成物(350℃)中のテトラヒドロフラン(THF)可溶成分分率は,Na_2CO_3を添加しない場合には35%であったのに対し,1 mmol添加した場合には99%となり,アルカリ触媒によって解重合および可溶化が進行することを確認した.このような可溶化の進行はさらに低温でも認められた.Na_2CO_3存在下,LYを200℃で90min加熱すると,THF可溶成分分率は93%に達した.200℃での架橋の熱的切断による解重合は考えられないことから,可溶化は加水分解によるものと推定した.以上の結果を踏まえ,解重合による可溶化特性を高圧水流通式反応器を用いて検討した.実験では2枚のフィルタに挟めた石炭粒子充填層に所定温度の水あるいはアルカリ水溶液を強制流通し,解重合物を連続的に抽出し,粒子と分離した.200および350℃におけるLYの純水への可溶化率(可溶成分分率)はそれぞれ41および60%に達し,アルカリ触媒を添加しない場合にも加水分解が進行することが明らかとなった.さらに水の初期pHが11以上であれば,可溶化率は200〜350℃の範囲で温度に依らず100%となった.以上に述べたように,褐炭の亜臨界水による加水分解は200℃という低温でも十分に進行し,350℃では60〜100%が可溶成分に転化することが判った.

本研究将褐煤在350-370℃的亚临界水中加热，共存的碱金属(Na_2CO_3)和Ni通过水解分别充当解聚增溶催化剂和甲烷化催化剂。本实验的目的是将煤直接转化为甲烷。在间歇式反应器转化中，温度为200-350℃，保温时间为0-60min，水和Na_2CO_3的用量为每1克阳煤（LY）分别为7.0毫升和0至1毫摩尔，而1克。当添加mmol时，其为99％，证实在碱催化剂下解聚和溶解进行。即使在较低温度下也观察到这种溶解。在Na_2CO_3存在下，将LY加热至200℃，加热90分钟后，溶解。 THF可溶成分分数达到93%。由于在200℃下不太可能由于交联的热断裂而发生解聚，因此推测增溶是由于水解引起的。基于以上结果，通过高压水流反应测定了由于解聚而导致的增溶特性。实验中，预定温度的水被放置在夹在两个过滤器之间的煤颗粒床上。通过碱性水溶液的强制流动，将解聚产物连续地从颗粒中提取和分离。LY在200℃和350℃的纯水中的溶解率(可溶成分分数)分别为41％和60％。显然，即使不添加碱性催化剂，水解也会进行。另外，如果水的初始pH为11以上，则无论温度在200～350℃的范围内，溶解率为100％。如上所述，亚临界水对褐煤的水解率为200％。研究发现，即使在 350°C 的低温下，该过程也能令人满意地进行，60% 至 100% 转化为可溶性成分。