Development of ammonia burner for simultaneous high-intensity combustion and NOx reduction

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二酸化炭素（CO2）濃度の増加が温暖化の原因とされる中，燃焼時にCO2 を排出しないエネルギーを利用する水素社会が注目されている．特に，H2の製造過程でもCO2を排出しない「グリーンH2」の普及が期待されている．しかし，海外からH2を液体状態で輸送するには -253 ℃ に保つ必要があるなど，実現には多くの課題がある．そのため，H2をアンモニア（NH3）へ変換し，NH3をH2キャリアとしてタンカーで国内へ輸送，NH3をH2に再変換し，燃焼等に利用する構想が提案されている．しかし，NH3からH2への分解・製造では，純粋なH2は製造されず，H2/N2混合ガスが副生される．化学式(2NH3→3H2+N2）に示すように，NH3はH2：N2 = 3：1のH2/N2混合ガス（オフガスと呼ぶ）に分解される．NH3からオフガスへの分解過程では残存NH3の発生が，オフガスからH2の精製過程ではN2の除去などが，複雑な工程と追加のエネルギーを必要とし効率が悪い.そこで，本研究ではNH3からH2への分解・製造時に発生するNH3/H2/N2混合ガスを直接燃焼利用するために，燃焼特性について明らかにした．結果として，以下の結論を得た．（１）XNH3/ XH2 = 1.0～1.63 の分解範囲内では，オフガス（NH3/H2/N2）はほぼ完全燃焼すると共に，割合の等しいNH3/H2 火炎と比較してNOxが抑制できる．（２）Fuel NOx ＞＞Thermal NOx の関係が成立し，Fuel NOxは燃焼領域全体から生成し，Thermal NOx は（水素の選択燃焼に起因することにより）リム付近の外縁部から生成する．（３）オフガス（NH3/H2/N2）火炎では，NH3/H2 火炎と比較して，NH3 単位モル当たりの NOx 排出量が低い．これは，火炎温度の低下に伴うNOx 生成反応速度の減少に起因する．