低エネルギー放電を用いた天然ガスからの水素エネルギーと高機能炭素の併産プロセス

低能放电天然气联产氢能和高性能碳工艺

• 批准号: 14703020
• 负责人: 関根 泰
• 金额: $ 16.89万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14703020/
• 关键词: 水素製造; 低エネルギー放電; 改質; プラズマ; 触媒; 小型可搬; 機能性材料; PEMFC; ガソリン; アルコール; アルカン

本研究により、LEP放電はメタンの二酸化炭素リフォーミング、炭化水素/アルコールのスチームリフォーミング、重合、部分酸化といった多種多様な反応をサポートしうる。また、LEP放電と触媒を組み合わせることにより、常温でも電子照射によって触媒が活性化を受け、高い触媒能を発現することがわかった。メタンリフォーミング反応に低温、常圧、無触媒条件下において、LEP放電を適用したところ、リフォーミング反応が優勢に進行し、目的生成物が選択的に得られた。その際に炭素析出やワックスの生成などがほとんどないために、長時間安定した運転が可能であった。投入電力、ギャップ長、供給ガス流量等のパラメーターをコントロールすることで、選択率を変化させることなく、転化率のみを変えることができ、それに伴い目的生成物である水素の生成量も容易に、素早くコントロールすることができた。そのため、本LEP放電法は、従来の触媒反応では難しい、素早い負荷応答性があり、反応温度が低温であることから、始動も非常に速いと言える。上記のようなメリットの他にも、リフォーミング自体を無触媒で行えるため、失活や炭素析出の問題がなく、原料のS/C比も任意の比率で反応が行えるなど、LEP放電法によるスチームリフォーミング反応は触媒系に比べて種々のメリットがあることが分かった。エネルギー効率については、放電場での消費電力を用いて計算すると、メタンのスチームリフォーミング反応において、最高で78%と高く、電源及びパルス波形の最適化によりさらなる効率の向上が見込める事が分かった。水素製造における既存の放電プロセスではその効率は95MJ/kgH2程度が下限であったが、本プロセスにおいてはこれらを大きく下回り、物質合成やエネルギー製造といった多種多様な応用が可能である。

In this study, the LEP was used to study the diacidification of carbon, carbonization of water, partial acidification and multiple reactions. The catalyst is activated by electron irradiation at room temperature, and the catalyst is activated by high energy. In the absence of catalyst and low temperature, LEP can be applied to the reaction. In the absence of catalyst, LEP can be applied to the reaction. Carbon precipitation is possible for a long time. The input power, the supply length, the supply flow rate, etc., are easy to change, the selection rate is easy to change, and the conversion rate is easy to change. The temperature of reaction is low, and the starting speed is very high. The above mentioned problems include the following: 1. the catalyst system is not activated; 2. the carbon precipitation is inactivated; 3. the ratio of S/C of raw materials is arbitrarily adjusted; 4. the catalyst system is not activated; 5. the catalyst system is not activated. The maximum efficiency is 78%. The maximum efficiency is 78%. Water element production, existing production, efficiency, 95MJ/kgH2 level, material synthesis, production, multiple use

项目成果

Y Sekine et al.: "Direct Conversion of Methane using Non-equilibrium Pulsed Discharge with and without Catalysts"J.Thermal Science & Engineering. 11. 1-8 (2003)

Y Sekine 等人：“使用有和没有催化剂的非平衡脉冲放电直接转化甲烷”J.Thermal Science

Y Sekine et al.: "Reaction mechanism of methane activation using non-equilibrium pulsed discharge at room temperature"Fuel. 82. 2291-2297 (2003)

Y Sekine 等人：“室温下使用非平衡脉冲放电活化甲烷的反应机制”燃料。

関根 泰ら: "低エネルギー放電を用いた水素製造プロセス"機能材料. 4. 57-67 (2003)

Yasushi Sekine 等人：“使用低能量放电的氢生产过程”功能材料。4. 57-67 (2003)。

Y Sekine et al.: "Non-equilibrium Pulsed Discharge : the Difinitive Technology for PEMFC-compatible Hydrogen Generators Based on Steam Reforming Reactions"Energy and Fuels. vol.2(未定). (2004)

Y Sekine 等人：“非平衡脉冲放电：基于蒸汽重整反应的 PEMFC 兼容氢气发生器的权威技术”《能源与燃料》第 2 卷（待定）。

関根 泰ら: "低エネルギーパルス放電を用いた水素製造プロセス"ケミカルエンジニヤリング. 12. 25-33 (2003)

Yasushi Sekine 等人：“使用低能量脉冲放电的氢气生产过程”化学工程 12. 25-33 (2003)。