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仁科辰夫教授 最終講義 2023.3.17 米沢キャンパス中示A

【ナレッジ】 無酸素状態でポリバケツを加熱したときに発生する気体の体積は?

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題目無酸素状態でポリバケツを加熱したときに発生する気体の体積は?
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説明
-----Original Message-----
実は、小型焼却炉のような形状で、その中に高温電気発
熱体(約2000℃)をいれ、無酸素状態で物質を分解(沸点
がそれ以下のものは気化)させる試験機を検討しておる
次第です。
そのような装置の中に、仮にポリバケツを重量として2キロ
分(細かく砕いたもの)いれた場合、発熱体に接触したとこ
ろは瞬時に気化すると想像しております。
----- unquote -----

そういうことでしたか。反応容器内は無酸素状態ということ
ですが、窒素とかは存在するのかとか、2000℃という電気
発熱体がどんな物質なんだろうとか、疑問はいくつかある
のですが、石油化学工業のクラッキングによるエチレンプラ
ントのようなもんかなぁと思ったのですけどね。エチレンプラ
ントって800~900℃くらいでナフサを熱分解してプロピレン
やエチレンを作るんです。ポリエチレンを細かく砕いて炉の
中に投入するみたいだし、炉の中の温度がどうなってるんだ
ろうかとか、伝熱の問題もあるだろうしとかも思うのです。ま
た、電気発熱体との反応もありそうだし…やってみなきゃわ
からないというのが現実なのでしょう。

電気化学計測法の一つとして超微小電極を作るときに、1ミ
クロンの石英毛細管内にブタンガスを流通させ、先端部を
バーナーで800℃程度に加熱することで熱分解させて、
毛細管内に炭素を析出させるというものをやったことがある
ので、たぶん、ポリエチレンも熱分解してくれるんじゃない
かと思います。無酸素状態で純粋なポリエチレンを分解し
た場合、以下のような分解反応が考えられます。

H-(CH2-CH2)n-H → 2n C + (2n+1) H2

Cはグラファイト、グラッシーカーボン、フラーレン等の物質だ
と思われます。これらは気化しないでしょう。ポリエチレン1g
ですと量は24/28gです。

H2は気体になります。ポリエチレン1gからですとH2の量は、
理論上、4/28gと考えられます。このH2が二次燃焼室に流
れていくかと思います。後は,水素分子の分子量などを使っ
て、どれぐらいの水素が発生するのか考えてみてください。
気相の温度と圧力と発生するH2分子のモル数とから、理想
気体の状態方程式(PV=nRT)を使って計算できると思いま
す。