JP2015038056A - 炭化水素の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、カルシウムは、マグネシウムよりイオン化傾向が大きいが、マグネシウムと金属間化合物を生成し、その金属間化合物がマグネシウムを腐食しやすくし、もってマグネシウム−カルシウム合金は純マグネシウムよりも腐食速度(水素発生)が増大すると推測される。
そして、これらの水素が、二酸化炭素のメタン化を促進すると考えられる。
但し、アルミニウムを合金成分とするとき、亜鉛はメタン生成量を低下させるため、マグネシウム合金における亜鉛の含有量をアルミニウムの含有量未満且つ0.7質量%未満とする。亜鉛によるこの作用の詳細は不明だが、Znの腐食性以外の特性によるものと推測される。
また、ニッケルについては、マグネシウム−ニッケル合金が、低温での水素貯蔵・放出特性に優れるため、マグネシウム−ニッケル合金上での水素と二酸化炭素との反応場として機能して、炭化水素の生成を促進することも考えられる。
前記マグネシウム合金におけるリチウム、銅、ニッケル、アルミニウム、マンガン、カルシウム又はジルコニウムの含有量は、それぞれ0.1質量%以上であることが好ましい。
前記合金元素は、意図的に添加されたもの(不可避不純物として含有するものは除く趣旨)であることが好ましい。合金元素の含有量を意図的に制御でき、上記マグネシウムの腐食を促進させる作用を制御できるからである。
マグネシウム合金と水と二酸化炭素とを接触させる方法としては、特に限定されないが、次の態様を例示できる。
(1)水中に、マグネシウム合金を投入し、二酸化炭素をバブリングする。
(2)すでに二酸化炭素を含む水中に、マグネシウム合金を投入する。
(3)水中で接触させるのではなく、水蒸気や噴霧した水等を用いる。例えば、二酸化炭素が存在する気中にマグネシウム合金を入れ、そのマグネシウム合金に水蒸気や噴霧した水を接触させる。
前記接触させたもの(マグネシウム合金と水と二酸化炭素)を、セラミックビーズと共に攪拌することが好ましい。セラミックビーズと共に攪拌することにより、マグネシウム合金が粉砕・研磨され、これによって、新たなマグネシウム表面と水との反応が生じるからである。また、生成工程が水中で行われている場合には、攪拌することにより、水中での二酸化炭素の濃度の偏りを少なくすることができる。
生成工程で得られる炭化水素としては、特に限定されないが、メタン、エタン、プロパン等のアルカンや、エチレン、プロピレン等のアルケン等を例示できる。
本発明の炭化水素の製造方法は、常温常圧の雰囲気で反応を行わせることができるが、常温常圧以外の雰囲気で反応を行わせてもよい。常温常圧以外となる二例を下に挙げる。これらの例でも、炭化水素の収量が大きい。
(1)反応に伴う発熱又は吸熱等による温度変化や、反応容器内のガス量の変化(ガスの生成又は分解)等による圧力変化によって、常温常圧以外となる例。
(2)外部から加熱や冷却又は加圧や減圧の操作を行って、常温常圧以外とする例。
本発明によれば、上記のとおり、鉄やリチウム、銅、ニッケルがマグネシウムの酸化による水素発生を促進するので、外部から水素ガスを供給する必要はないが、外部から水素ガスを供給することを排除するものではない。
実施例1のMg−Fe合金は、市販の純Mgを純鉄製るつぼに入れて溶融させ、740℃で20分保持することによりるつぼを構成する純鉄をMg中に微量移行させて合金化したものである。こうして得た合金により厚さ30mmの鋳物を形成した後、その鋳物を押出温度400℃、押出し速度5mm/分、押出し比6(30mm→5mm)の条件で、厚さ5mmの押出品に押出加工した。その押出品を、圧延温度480℃、厚さ1mmまでは圧下率20%、厚さ1mmを切ったら圧下率16%の条件で、厚さ0.5mmの板に圧延した。その板を、圧延温度室温、厚さ0.25mmまでは圧下率7%、厚さ0.25mmを切ったら0.1mm/パスの条件で、厚さ0.1mmの薄板に圧延した。その薄板から、鋏で0.2g(約25mm×約10mm)を切り出し、これをさらに鋏で小片状(約5mm×約10mm)に切断して、実施例1に用いた。表1の組成は、出来上がった合金の測定値であり、「−」は測定していないことを表す(以下同じ)。
実施例1〜12及び比較例1,2は、次のようにして反応を行った。なお、いずれの例でも、全てのステップは、外部から加熱又は冷却及び加圧又は減圧の操作を行わず、常温常圧の雰囲気で行った。常温とは例えば20±15℃(5〜35℃)である。常圧とは例えば0.1±0.05MPa(0.05〜0.15MPa)である。また、実施例及び比較例のMg合金及び純Mgを、まとめて「Mg合金等」ということがある。
実施例1,2(Mg−Fe合金)でのメタン生成量は、比較例1(純Mg)と比較していずれも多く、Fe含有量と比例して増加した。
実施例3(Mg−Li合金)でのメタン生成量も、比較例1(純Mg)と比較して多かった。
実施例4,5,6,7(Mg−Cu合金)でのメタン生成量は、Cu含有量約6%まではCu含有量が増加するにつれ増大し、Cu含有量約6%の実施例6での生成量は比較例1(純Mg)での生成量の1.35倍となった。さらにCu含有量を9%まで増加させた実施例7では生成量がやや減少したが、いずれの実施例4,5,6,7での生成量も、比較例1(純Mg)と比較して多かった。
実施例8(Mg−Ni合金)、実施例9(Mg−Al合金)、実施例10(Mg−Mn合金)、実施例11(Mg−Ca合金)及び実施例12(Mg−Zr合金)でのメタン生成量も、比較例1(純Mg)と比較して多く、特に実施例12(Mg−Zr合金)でのメタン生成量が最大となった。
また、Caは、Mgよりイオン化傾向が大きいが、Mgと金属間化合物を生成し、その金属間化合物がMgを腐食しやすくし、もってMg−Ca合金は純Mgよりも腐食速度(水素発生)が増大すると推測される。
そして、これらの水素が、二酸化炭素のメタン化を促進すると考えられる。
2 ジルコニアビーズ
3 Mg合金等
4 水
5 樹脂チューブ
6 二酸化炭素ガス
10 セット用治具
20 3方管
21 針
22 シリンジ
23 圧力計
Claims (12)
- 金属マグネシウムと水と二酸化炭素とを接触させ、該二酸化炭素を還元して炭化水素を製造する方法であって、
前記金属マグネシウムとして、鉄、リチウム、銅、ニッケル、マンガン、カルシウム及びジルコニウムから選ばれた1種又は2種以上を合金元素として含有するマグネシウム合金を用いる炭化水素の製造方法。 - 金属マグネシウムと水と二酸化炭素とを接触させ、該二酸化炭素を還元して炭化水素を製造する方法であって、
前記金属マグネシウムとして、アルミニウムを合金元素として含有するマグネシウム合金であって、マグネシウム合金における亜鉛の含有量が前記アルミニウムの含有量未満であり且つ0.7質量%未満であるマグネシウム合金を用いる炭化水素の製造方法。 - 前記合金元素は、意図的に添加されたものである請求項1又は2記載の炭化水素の製造方法。
- 前記マグネシウム合金における鉄の含有量は、0.010質量%以上である請求項3記載の炭化水素の製造方法。
- 前記マグネシウム合金におけるリチウムの含有量は、0.1質量%以上である請求項3記載の炭化水素の製造方法。
- 前記マグネシウム合金における銅の含有量は、0.1質量%以上である請求項3記載の炭化水素の製造方法。
- 前記マグネシウム合金におけるニッケルの含有量は、0.1質量%以上である請求項3記載の炭化水素の製造方法。
- 前記マグネシウム合金におけるマンガンの含有量は、0.1質量%以上である請求項3記載の炭化水素の製造方法。
- 前記マグネシウム合金におけるカルシウムの含有量は、0.1質量%以上である請求項3記載の炭化水素の製造方法。
- 前記マグネシウム合金におけるジルコニウムの含有量は、0.1質量%以上である請求項3記載の炭化水素の製造方法。
- 前記マグネシウム合金におけるアルミニウムの含有量は、0.1質量%以上である請求項3記載の炭化水素の製造方法。
- 前記接触させたものを、セラミックビーズと共に攪拌する請求項1〜11のいずれか一項に記載の炭化水素の製造方法。
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