毎週のテーマ5.3 第25回 メタノール合成にCO2が必要な理由
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題名の通り、なぜメタノール合成にCO2が必要なのか、皆さんで分析・議論してください
有利な影響：（1）CO2自体も合成反応に関与でき、CO2の存在によってジメチルエーテルの生成がある程度抑制される。（2）それは、H2Oが存在すると起こるCOのCO2への変換を阻害する。（3）温度を調節し、過熱を防ぎ、銅系触媒の活性を保護してその使用寿命を延ばすのに役立つ。（4）触媒の炭化を防ぐことができる。 不利な影響：（1）COからメタノールを合成する場合と比べて、1㎏のメタノールを生成するのに0.7m3多くのH2が消費される。(2) 粗メタノールの水分含有量が増加し、メタノール濃度が低下する。 主には、現在のメタノール合成プロセスの欠点が、CO2を含めなければならない理由となっている
不純物の発生を効果的に減らすためには、CO2濃度をどの程度に抑える必要があるのでしょうか？ 関連するデータを共有できる方はいませんか！
一部の文献には、CO2が不純物であるエタノールの生成を減少させると記載されているが、この分野のデータも不足している！
返信 1# wawjia http://bbs.hcbbs.com/thread-423163-1-1.html そのリンク内で次のように論じられています：合成メタノールの原料ガスに含まれる少量のCO2が合成メタノールに与える有利な影響とは何か？ 答：（1）反応式から見ると、CO2もメタノールの生成反応に関与することができる。CO2を用いてメタノールを合成する場合、COを用いる場合よりも1分子のH2が多く必要となり、同時に1分子のH2Oが生成される。したがって、原料ガス中のH2含有量が少ない場合は、より多くのH2とCOを用いてメタノールを生成すべきである。8 k1 Q7 w+ K6 }8 h' S: r6 @+ c （2）CO2の存在により、ある程度メチルエーテルの生成が抑制された。ジメチルエーテルは2分子のメタノールの脱水反応によって生成されるため、CO2とH2からメタノールが合成される反応では1分子のH2Oが生じ、このH2Oの存在がメタノールの脱水反応を抑制する上で積極的な役割を果たす。1 `+ @% w+ u4 d- p2 a% ~8 w7 v9 P （3）これは、H2Oが存在すると起こるCOのCO2への変換を阻害する。4 |9 {4 b" L8 c/ w （4）は、温度の調節により効果的であり、過熱を防ぎ、銅系触媒の活性を保護し、使用寿命を延ばすことができる。5 d$ `# b! g X( v4 K （5）は触媒の炭化を防ぐことができる。) ^- d, e1 Q) V+ ?/ o; y& l したがって、原料ガス中のCO2は一般的に3％前後に制御される。 CO2の存在が付加反応に与える悪影響とは何か？ COを用いたメタノール合成と比べ、1キログラムのメタノールを生成する際に0.7m3多くのH2が消費される； ②粗メタノールの水分含有量が増加し、メタノール濃度が低下することで、蒸気消費量が上昇する。(s7 s( g3 H2 f) I
メタノール合成は当初、COとCO2の水素化反応と考えられていた。しかし、1970年代後半に同位体追跡実験を通じて、メタノール分子の炭素がCO2分子に由来することが明らかになった。次に、CO2の水素化によるCH3OHの生成と、CO水素化物のCO2への変換の反応機構が提案された。 (1)CO2 + X ⇌ X•CO2 (2)H2 + X ⇌ X•H2 (3)X•CO2 + H2 ⇌ X•CO2•H2 (4)X•H2 + CO2 ⇌ X•CO2•H2 (5)X•CO2 + H2 + X ⇌ X•O + X•CO•H2 (6)X•CO•H2 + H2 ⇌ CH3OH + X (7)CH3OH + 2X•O ⇌ H2 + H2O + CO2 + 2X （⇌は両矢印を表し、貼り付けられない） したがって、先ほどの方々がおっしゃったことはすべて、マクロな観点からの話であり、皆さんもよくご存知の内容です
メタン化反応を知れば、なぜCO2の存在が温度制御に有利かがわかります。私も触媒メーカーから、CO2の存在がエタノールの抑制に役立つと聞いただけで、おそらくジメチルエーテルの生成と同じ理由なのでしょう
（1）反応式から見ると、CO2もメタノールの生成反応に関与することができる。CO2を用いてメタノールを合成する場合、COを用いる場合よりも1分子のH2が多く必要となり、同時に1分子のH2Oが生成される。したがって、原料ガス中のH2含有量が少ない場合は、より多くのH2とCOを用いてメタノールを生成すべきである。 （2）CO2の存在は、ある程度、ジメチルエーテルの生成を抑制した。ジメチルエーテルは2分子のメタノールの脱水反応によって生成されるため、CO2とH2からメタノールが合成される反応では1分子のH2Oが生じ、このH2Oの存在がメタノールの脱水反応を抑制する上で積極的な役割を果たす。 （3）それは、H2Oが存在すると起こるCOのCO2への変換を防ぎます。 （4）温度調節により過熱を防ぎ、銅系触媒の活性を保護し、使用寿命を延ばす。（5）触媒の炭化を防ぐことができる。 したがって、原料ガス中のCO2は一般的に3％前後に制御される。
CO2の存在により、H2との反応でメタノールを合成する際の熱効果はCOに比べて小さく、触媒層の温度を容易に制御できるため、触媒の使用寿命を延ばすのに有利である。しかし、CO2濃度が高すぎると、H2の消費量が増え、粗メタノールの水分含有量が増加し、圧縮機の生産能力が低下する。また、ガスの圧縮や粗アルコールの精留にかかるエネルギー消費も増えるため、原料ガス中のCO2には最適な含有量（約3％）がある。
この投稿は最後にwawjiaによって2011-5-4 13:15に編集・返信されました。5# 3968668 ご指摘ありがとうございます。同様の投稿はフォーラムに確かに存在しますが、私が再び同じような内容を投稿するのは、誰かがCO2濃度に関するデータを共有してくれることを期待しているからです！ 先日、触媒メーカーの方々と話をした際、彼らからCO2の最低濃度について尋ねられましたが、私には分かりませんでした。私が手に入れた資料の中にも見当たりませんでした！ ですので、ご存知の方がいらっしゃれば、ぜひ共有していただけると嬉しいです！
皆さんにお伺いしたいのですが、原料ガス中のCO2が3％の場合、循環回路内のCO2はどれくらいになるでしょうか。
返信 1# wawjia CO2+H2=CH4+H2O
返信 12# podolski123 私もこの分野の知識を知りたいです。こんな機会があって本当に良かったです
合成回路内のCO2が多くなると、メタノールの純度やpH値に影響はありますか？
有利な影響：（1）CO2自体も合成反応に関与でき、CO2の存在によってジメチルエーテルの生成がある程度抑制される。（2）それは、H2Oが存在すると起こるCOのCO2への変換を阻害する。（3）温度の調節に役立ち、過熱を防ぎ、銅系触媒の活性をしっかりと保護してその使用寿命を延ばす。（4）触媒の炭化を防ぐことができる。 不利な影響：（1）COからメタノールを合成する場合と比べて、1㎏のメタノールを生成するのに0.7m3多くのH2が消費される。(2) 粗メタノールの水分含有量が増加し、メタノール濃度が低下する。 反応過程において二酸化炭素も温度を調節する役割を果たす