プラズマ化学反応を用いたメタノール合成法の研究

等离子体化学反应合成甲醇方法的研究

基本信息

批准号：
08225210
负责人：
水野彰
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

为了构建通过等离子体化学反应从甲烷生成甲醇来再现火用的工艺，需要以低电能有效地引发反应。为此，我们尝试使用新型开关元件创建 MOS-FET 脉冲电源，以提高效率和频率，结果，我们能够产生最大电压 9kV、上升时间1.9μs，脉冲宽度为5μs。使用该脉冲电源，我们能够获得最大1.3%的甲醇合成量。目前，FET电源的效率约为65%，但通过安装能量回收电路可以将效率提高到80-90%，因此需要进行电路考虑。由此看来，该电源可以用作使用 RSG 的脉冲发生电路的替代方案。另外，使用以往的RSG作为电源，由甲烷+氧气混合气体进行甲醇合成实验的结果表明，通过用氩气、氦气等惰性气体稀释原料气体，可以得到大量的甲醇。结果发现，尽管初始甲烷浓度低至16％，但最大浓度达到0.5％。据认为，由于低甲烷分压和具有高激发电压的氩气的存在而抑制聚合反应，有助于副产物浓度的降低。此外，还证实了当使用CH4+O2混合气体时，催化剂和放电的结合具有提高甲醇合成量和选择性的效果。特别是，通过将V2O5+SiO2催化剂与放电相结合，我们能够从CH4+O2混合气体中获得约两倍于不使用催化剂时的甲醇合成量。据此，认为即使在低至100℃的温度下，通过催化剂的表面反应生成甲醇也是由等离子体放电引起的。