エネルギー削減を目指した炭材複合ブリケット最適設計のための反応・伝熱解析モデル

炭材による酸化鉄粒子の直接還元反応、水素による間接還元反応、水性ガス化反応(I,II)、残留揮発分の熱分解反応を付加し、数学モデルの高精度化を行った。水素による酸化鉄の還元反応に関しては、文献に基づき、Fe_2O_3-Fe_3O_4-FeO-Fe段階の還元速度はFeO-Fe還元段階の速度を使用した。水性ガス化反応(I,II)に関しては、Langmuir-Hinchelwood型の速度式として与えた。熱分解反応に関しては、実験結果に基づきH_2, CO, CO_2の生成を考慮した。揮発速度の速度定数・活性化エネルギーは、FUらの結果に基づき雰囲気温度の関数とした。試料に含まれる揮発分量は、石炭中VMの分析値と炭材内装ブリケットの製造過程において発生するH_2, CO, CO_2の質量分析計による測定値との差として与えた。酸化鉄の炭素による直接還元反応はFeO-Fe段階を除く各段階で進行するものとし、直接還元反応の速度は孟らの結果に基づき温度の関数として与えた。雰囲気温度1000℃、1100℃、1200℃、N_2雰囲気下において、炭材内装ブリケットの反応実験を行い、計算結果と実験結果との比較検討を行った。本研究で用いた試料(直径が11mm)では、試料中心部と周辺部との温度差は非常に小さく、伝熱速度は試料内部の伝導伝熱および吸熱反応ではなく、輻射伝熱による試料表面の温度上昇速度に律速されていることが明らかになった。全ての還元段階に於いて、試料中心部と周辺部のCO/CO_2ガス組成に明確な差違は確認されなかった。直接還元反応が進行する還元の初期段階においては、直接還元反応により生成されるCOガスの影響により試料内部へのN_2ガスの拡散は非常に困難であり、雰囲気の影響は軽微であることが確認された。一方、反応の後半〜末期に於ける反応速度の低下は主として試料内部へのN_2の拡散によるものであることが確認された。

炭材による酸化鉄粒子の直接還元反応、水素による間接還元反応、水性ガス化反応(I,II)、残留揮発分の熱分解反応を付加し、数学モデルの高精度化を行った。水素による酸化鉄の還元反応に関しては、文献に基づき、Fe_2O_3-Fe_3O_4-FeO-Fe段階の還元速度はFeO-Fe還元段階の速度を使用した。水性ガス化反応(I,II)に関しては、Langmuir-Hinchelwood型の速度式として与えた。熱分解反応に関しては、実験結果に基づきH_2, CO, CO_2の生成を考慮した。揮発速度の速度定数・活性化エネルギーは、FUらの結果に基づき雰囲気温度の関数とした。試料に含まれる揮発分量は、石炭中VMの分析値と炭材内装ブリケットの製造過程において発生するH_2, CO, CO_2の質量分析計による測定値との差として与えた。酸化鉄の炭素による直接還元反応はFeO-Fe段階を除く各段階で進行するものとし、直接還元反応の速度は孟らの結果に基づき温度の関数として与えた。雰囲気温度1000℃、1100℃、1200℃、N_2雰囲気下において、炭材内装ブリケットの反応実験を行い、計算結果と実験結果との比較検討を行った。本研究で用いた試料(直径が11mm)では、試料中心部と周辺部との温度差は非常に小さく、伝熱速度は試料内部の伝導伝熱および吸熱反応ではなく、輻射伝熱による試料表面の温度上昇速度に律速されていることが明らかになった。全ての還元段階に於いて、試料中心部と周辺部のCO/CO_2ガス組成に明確な差違は確認されなかった。直接還元反応が進行する還元の初期段階においては、直接還元反応により生成されるCOガスの影響により試料内部へのN_2ガスの拡散は非常に困難であり、雰囲気の影響は軽微であることが確認された。一方、反応の後半〜末期に於ける反応速度の低下は主として試料内部へのN_2の拡散によるものであることが確認された。