太陽熱/化学エネルギー低温転換を目指した太陽光石炭ガス化触媒の開発

用于太阳能热/化学能低温转化的太阳能煤气化催化剂的开发

• 批准号: 11780365
• 负责人: 児玉 竜也
• 金额: $ 1.34万
• 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: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11780365/
• 关键词: 集光太陽熱; ガス化; ソーラー燃料; 触媒; 二酸化炭素; エネルギー転換; 石炭; 金属酸化物; 石炭ガス化; 酸化亜鉛; 酸化インジウム

本研究は、集光太陽熱を化学エネルギー(化学燃料:CO及びH_2)へ高効率で転換する、二酸化炭素による石炭のソーラーガス化システムを構築することを目的として、太陽光石炭ガス化反応に高活性を示す触媒の開発を行うものである。触媒には、石炭灰からの分離回収が可能であることが必要であり、その分離回収プロセスも検討する。1 本研究では、ZnO、In_2O_3触媒を高温(1000-1300℃)でZn(g),In_2O(g)として石炭灰から気化分離し、直ちに酸化することでZnO、In_2O_3として回収、再利用するプロセスを提案している。小型の反応器を使って、石炭の固定相ガス化の後、ZnO、In_2O_3触媒の高温分離を1150℃においてメタン-CO_2混合ガス気流中で試験した。95〜98%のZn、Inが石炭灰から気化分離された。反応器出口に設置した冷却トラップには、それぞれZnO,In_2O_3粒子が析出し、Zn(g),In_2O(g)を通して触媒が高効率で分離できることが見出された。2 鉄酸化物触媒(Fe_2O_3あるいはFe_3O_4)は安価で環境に無害であり、ガス化後の鉄を含んだ石炭灰は、製鉄プラントの高炉に導入して容易に鉄を製鉄として回収できる。そこで赤外線照射小型流動層ガス化装置により触媒活性を試験した。その結果、含有率10wt%、800-900℃でガス化速度を1.5〜2倍に向上させる活性のあることが見出された。3 小型の石炭流動層反応器を使って3KWキセノンランプ模擬太陽光の直接照射により、ZnO、In_2O_3、Fe_3O_4触媒の石炭ガス化活性を試験した。照射光エネルギー密度は最大で480kWm^<-2>までしか上げることができなかったが、太陽光/化学エネルギー転換率がIn_2O_3触媒(8wt%)により3倍(6%)に向上できることが見出された。

This study aims to develop a new type of solar thermal catalyst with high conversion efficiency (CO and H_2). The catalyst, carbon dioxide and separation of the recovery is possible and necessary. 1. In this study, ZnO and In_2O_3 catalysts were used for high temperature (1000-1300℃), Zn(g), In_2O (g) and oxidation separation, direct acidification, recovery and reuse of ZnO and In_2O_3. The separation of ZnO and In_2O_3 catalysts at 1150℃ was studied in the presence of a mixture of carbon dioxide and carbon dioxide. 95 ~ 98% of Zn and In are separated from coal ash by gasification. The outlet of the reactor is equipped with a cooling system, which is characterized by high separation efficiency of ZnO, In_2O_3 particles, Zn(g) and In_2O (g). 2. Ferric acid catalyst (Fe_2O_3 and Fe_3O_4) is safe and harmless to the environment. It is easy to introduce iron into blast furnace after transformation. The catalyst activity test was carried out in a small fluidized bed reactor irradiated with infrared rays. Results: Content 10wt%, 800-900℃, 1.5 - 2 times higher than the activity. 3. The catalytic activity of ZnO, In_2O_3 and Fe_3O_4 under direct irradiation of simulated sunlight was tested by using a small fluidized bed reactor. The maximum density of irradiated light is 480kWm<-2>, and the conversion rate of sunlight/chemical light is 3 times (6%) that of In_2O_3 catalyst (8wt%).

项目成果

児玉竜也: "Metal-Oxide-Catalyzed CO_2 Gasification of Coal using a Solar Furnace Simulator"Energy and Fuels. 14. 1323-1330 (2000)

Tatsuya Kodama：“使用太阳能炉模拟器进行煤的金属氧化物催化 CO_2 气化”能源和燃料。 14. 1323-1330 (2000)

児玉竜也: "Thermochemical Coal Gasification with CO_2 using a Solar Furnace Simulator"Proceedings of the 10th SolarPACES International Symposium on Solar Thermal Concentrating Technologies "Solar Thermal 2000". 303-308 (2000)

Tatsuya Kodama：“使用太阳能炉模拟器进行 CO_2 热化学煤气化”第 10 届 SolarPACES 国际太阳能热聚光技术研讨会论文集“Solar Thermal 2000”（2000 年）。

児玉 竜也: "A reactive redox system of metal oxide for two-step thermochemical cycle for converting coal to upgraded chemical fuels of CO/H_2"J.Phys.IV France. 9. 343-348 (1999)

Tatsuya Kodama：“用于将煤转化为 CO/H_2 升级化学燃料的两步热化学循环的金属氧化物反应性氧化还原系统”J.Phys.IV France 9. 343-348 (1999)。

青木 晃: "Reactive metal-oxide redox system for a two-step thermochemical conversion of coal and water to CO and H_2"Energy. 25. 201-218 (2000)

Akira Aoki：“将煤和水两步热化学转化为 CO 和 H_2 的反应性金属氧化物氧化还原系统”能源。 25. 201-218 (2000)

児玉 竜也: "Thermochemical CO_2 gasification of coal using a reactive coal - In_2O_3 system"Energy & Fuels. 14. 202-211 (2000)

Tatsuya Kodama：“使用活性煤的热化学 CO_2 气化 - In_2O_3 系统”能源与燃料。 14. 202-211 (2000)