ケミカルヒートポンプを用いる低温エクセルギーの高効率変換

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2-プロパノール/アセトン/水素系ケミカルヒートポンプは、1)化学反応のエンタルピー変化が作動温度に依存しない。2)低品位熱と地球環境の温度差が駆動力を賦与する。3)非平衡定常過程からなるためにエネルギーの散逸が少ない、という優れた特質をもち、80℃の排熱を30℃で除熱しつつ200℃で回収する。低温エクセルギーの改質システムを構築する。本システムのエクセルギー変換効率向上の鍵は低温吸熱脱水素触媒が握っており、なかでも新たに提案された固体触媒液膜状態での沸騰加熱は、1)触媒温度が液相沸点より高い、2)気泡発生で生成物の脱離が促進される。3)液相生成物による反応の阻害が抑制される、という好結果を生み、同じ触媒、同じ加熱条件で2-プロパノール脱水素反応速度を懸濁状態での50倍に向上させることが示された。2-プロパノールを連続的に供給する反応方式では、液膜状態は懸濁状態より蒸発速度を約1/3に抑えることができた。熱駆動型ヒートポンプの最大熱効率は、供給熱温度T_L(80℃)、回収熱温度T_H(200℃)、除熱温度T_C(30℃)のとき7max=(1-T_C/T_L)/(1-T_C/T_H)=0.39と求められる。蒸発速度を充分よく抑えつつ高い反応転化率を達成するような液膜型脱水素触媒反応方式を確立することが、ケミカルヒートポンプを用いる低温エクセルギーの高効率変換にとり最も重要な検討課題であるとわかった。この方式は、シクロヘキサン脱水素芳香族化反応にも有効であった。