熱/化学エネルギー低温転換を目指した石炭利用型水分解熱化学サイクルの開発

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本研究は、外熱式石炭ガス化反応による集光太陽熱/化学エネルギー転換を行うことを目的として、反応性セラミックを媒体とした以下の2段階熱化学サイクルを検討するものである。CH_n(coal)+metal oxide→CO+n/2H_2+metal (1段目)metal+H_2O or CO_2→H_2 or CO+metal oxide (2段目)上式にあるように2段目の反応では水蒸気の他、二酸化炭素を反応させて一酸化炭素を得ることも可能である。この場合、全反応は石炭のCO_2ガス化反応[CH_n+CO_2→2CO+n/2H_2]となり、水蒸気の場合と同様、太陽熱/化学エネルギー転換ができる。本年度はこちらのサイクルも検討課題に加えた。反応試験は固定床方式、900℃以下で行った。反応性セラミックとして鉄酸化物(フェライト)系を検討した結果、In-フェライトが最も活性が高く、触媒を用いない場合の約3倍の速度で石炭の水蒸気あるいはCO_2ガス化が行えることが見出された。石炭灰からのフェライトの分離回収は磁気分離が考えられる。しかし、磁気分離速度を考慮すると、このプロセスが律速となり全体的な石炭ガス化効率を低下させると予想される。そこで、セラミックを高温(1000℃程度)で気化し、石炭灰から分離回収するプロセスを考案した。既にフェライト系以外ではIn_2O_3がIn-フェライトと同等の高活性を有することを見出しているが、これを分離回収時に高温・還元雰囲気でIn_2O(g)とすれば高速で反応性セラミックを石炭灰から回収できる可能性がある。反応後の石炭灰+In_2O_3を1000℃でCH_4/CO_2(P_<CH4>=50%)混合ガスで処理した結果、石炭灰から82%のInを気化して分離することができた。今後はさらなる回収効率の向上、流動床方式による反応試験、反応システムと分離回収システムの結合を検討していく必要がある。