多孔質体内の超過濃可燃限界火炎によるメタンの直接改質

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本研究は流路内に充填された多孔質触媒に、メタンと水蒸気と空気を周期的に流動方向を反転させながら供給し、メタンの一部を燃焼反応させ、残りのメタンを効率良く改質(直接改質)させることを目的としている。実験装置は内径70mmの流路に流れ方向300mmの均質なセラミック多孔質触媒が充填された構造である。混合気は4つの電磁弁により周期的に流動方向が反転される。装置は、その中央流れ方向に100mm隔てて埋設された2本の電気ヒーターに通電することにより、まず、窒素ガスを用いて昇温され、150℃前後に達した後、水蒸気に切り替えてられる昇温される。所定の温度に達した後、メタンを徐々に加えて電気ヒーターによる改質を行う。さらに投入電力を増加させて温度を上昇させる。そして、空気をわずかに加えて点火させた後、電気ヒーターへの通電を止める。多孔質触媒に流入した混合気は、その内部を通過する間に予熱され、その中央近傍でメタンの一部が燃焼され、残りのメタンが改質される。生成ガスの温度はその下流側で、その顕熱が多孔質体に蓄熱されるので出口に達する前に低下する。流動方向が反転すると、この蓄熱された熱エネルギーが混合気の予熱に供される。可濃限界以上の混合気による点火が困難であったため、限界以内の混合気で点火したところ、多孔質体の耐熱温度を混合気の調節をする間もなく越えてしまい、実験不可能となったため、本年度は電気ヒーターによる改質結果に留まった。それによれば、熱損失が大きい上に、電気ヒーターの出力が小さく改質に適した温度まで達しておらず、メタンの転化率は10%程度であった。しかしながら、触媒多孔質体と不活性多孔質体との組み合わせにより、高効率直接改質器となる可能性も示唆された。