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

开发以煤为基础的水分解热化学循环，以实现热/化学能的低温转换

• 批准号: 09780455
• 负责人: 児玉 竜也
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Niigata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09780455/
• 关键词: 集光太陽熱; エネルギー転換; 石炭ガス化; 熱化学サイクル; 合成ガス; 金属酸化物; 水分解; 二酸化炭素還元; 化学燃料; フェライト; 一酸化炭素; 水素エネルギー

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。

This study は, external heated carboniferous ガ ス turn against 応 に よ る concentrated solar thermal/chemical エ ネ ル ギ ー planning in line を う こ と を purpose と し て, anti 応 セ ラ ミ ッ ク を media と し た の below 2 paragraph order thermochemical サ イ ク ル を beg す 検 る も の で あ る. CH_n(coal)+metal oxide→CO+n/2H_2+metal (item 1)metal+H_2O or CO_2→H_2 or CO+metal oxide (2 eyes) type に あ る よ う に 2 paragraph の anti 応 で は water steam 気 の he, two acidification carbon を 応 さ せ て one acidification carbon を る こ と も may で あ る. こ の occasions, all 応 は carboniferous の CO_2 ガ ス turn against 応 [CH_n + 2 co and CO_2 + h_2 n / 2] と な り, water steaming 気 と の occasions with others, solar thermal/chemical エ ネ ル ギ ー planning in が で き る. This year, we will discuss topics such as に and えた. Reverse 応 test 応 fixed bed mode, で below 900℃ った. Anti 応 sex セ ラ ミ ッ ク と し て iron objects acidification content (フ ェ ラ イ ト) department を beg し 検 た results, the In - フ ェ ラ イ ト が も most active high が く, catalytic を い な の い occasions about 3 times the speed of の で carboniferous の water steam 気 あ る い は CO_2 ガ ス change line が え る こ と が show the さ れ た. Carbon ash が ら ら フェラ ト ト ト <s:1> separation and redevelopment magnetic gas separation が examination えられる. し か し speed, magnetic separation 気 を consider す る と, こ の プ ロ セ ス が law speed と な り all な carboniferous ガ ス the working rate low を さ せ る と to think さ れ る. そ こ で, セ ラ ミ ッ ク を high temperature (1000 ℃) で 気 し and carboniferous ash か ら separate the 収 す る プ ロ セ ス を test case し た. Both に フ ェ ラ イ ト department outside で は In_2O_3 が In - フ ェ ラ イ ト と same の highly active を have す る こ と を shows し て い る が, こ れ を separation back to 収 に, high temperature also, yuan 雰 囲 気 で In_2O (g) と す れ ば high speed で 応 sex セ ラ ミ ッ ク を carboniferous ash か ら back 収 で き る possibility が あ る. Anti 応 の carboniferous grey + In_2O_3 after 1000 ℃ を で CH_4 / CO_2 (P_ (CH4 > = 50%) mixed ガ ス で 処 Richard し た results, carboniferous ash か ら 82% の In を 気 change し て separation す る こ と が で き た. Future は さ ら な る 収 back sharper rate の way upward, fluid bed に よ る anti 応 test, anti 応 シ ス テ ム と separate the 収 シ ス テ ム の combining を beg し 検 て い く necessary が あ る.

项目成果

児玉 竜也: "High-Temperature Conversion of CH_4 to C_2-Hydrocarbons and H_2 Using a Redox System of Metal Oxide" Energy & Fuels. 11巻・6号. 1257-1263 (1997)

Tatsuya Kodama：“使用金属氧化物氧化还原系统将 CH_4 高温转化为 C_2-碳氢化合物和 H_2”《能源与燃料》第 11 卷，第 6 期。1257-1263 (1997)

児玉 竜也: "New Ferrite Application for a Thermochemical CO_2 Reduction with Coal" Journal of the Magnetics Society of Japan. 22巻S1号. 403-405 (1998)

Tatsuya Kodama：“新铁氧体在煤炭热化学还原中的应用”，日本磁学学会杂志，第 22 卷，第 S1 期（1998 年）。

児玉 竜也: "High-Temperature Reactions on Metal Oxides of CH_4 with H_2O to From C_2H_4,CO and H_2" Energy. 22巻・9号. 859-866 (1997)

Tatsuya Kodama：“CH_4 金属氧化物与 H_2O 的高温反应生成 C_2H_4、CO 和 H_2”能源。第 22 卷，第 9 期。859-866 (1997)

児玉 竜也: "Thermochemical Conversion of Coal and Water to CO and H_2 by a Two-Step Redox Cycle of Ferrite" Energy. 22巻・11号. 1019-1027 (1997)

Tatsuya Kodama：“通过铁氧体的两步氧化还原循环将煤和水热化学转化为 CO 和 H_2”能源。第 22 卷，第 11 期。1019-1027 (1997)

児玉 竜也: "Efficient Thermochemical Cycle for CO_2 Gasification of Coal Using a Redox System of Reactive Ion-Based Oxide" Energy & Fuels. 12巻4号. 775-781 (1998)

Tatsuya Kodama：“使用反应性离子氧化物氧化还原系统实现煤炭 CO_2 气化的高效热化学循环”，《能源与燃料》，第 12 卷，第 4 期。775-781 (1998)