化学ループ法による水素生成・二酸化炭素分離システムの開発

化学循环法制氢及二氧化碳分离系统的开发

• 批准号: 16F16765
• 负责人: 大友 順一郎
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-11-07 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16F16765/
• 关键词: 低炭素社会; 水素生成; 二酸化炭素利用; 化学ループ

化学ループ法と再生可能エネルギーを融合させた新規なシステムの提案として、二酸化炭素の有効利用を指向し、メタン酸化あるいは熱分解とカップリングさせた二酸化炭素の還元反応による一酸化炭素生成システムの検討を行った。このシステムは2つの反応器から構成され、その反応器内部を酸素キャリア粒子である酸化鉄/鉄粒子が循環する（化学ループ法）。その際、メタンの熱分解による炭素粒子の析出が酸素キャリア粒子上で生じる。この反応は吸熱反応であり、以下の反応式で表される。CH4 + 3CO2 → 4CO+2H2O △H (800℃) = 346 kJ (1)この吸熱反応の熱は太陽熱によって供給されることを想定した。高温の熱が利用できない場合は、メタンの熱分解反応から生成した水素の一部を燃焼させ、得られた高品位熱を用いることを想定した（式2）。CH4 + 1.8CO2 + 0.6O2 → 2.8CO+2H2O △H (800℃) = -11 kJ (2)平衡計算により、反応器内で燃料気体と酸素キャリア粒子の向流で反応を行った場合に、一酸化炭素の収量が最も高くなることが明らかになった。この反応システムは、2つの流動層と1つのライザーから構成されることを想定した。このシステムにおいて、850℃で水蒸気をライザーに導入することで、1 molのメタン消費に対し2.7 molの CO を純度 84% で得られることがわかった。さらに、メタンの熱分解を加速する酸素キャリア粒子の開発も行った。プロトン伝導体であるBaZr0.9Y0.1O3 (BZY)を用いたFe/BZY複合粒子を用いることで、メタン熱分解の反応速度が向上することが明らかになった。開発した粒子を提案システムに導入することで、高効率な化学ループシステムの構築が可能になる。

Chemical ル ー プ method と regeneration may エ ネ ル ギ ー を fusion さ せ た new rules な シ ス テ ム の proposal と し て, acidification carbon の have sharper point using を し, メ タ ン acidification あ る い は pyrolysis と カ ッ プ リ ン グ さ せ た two acidification carbon の also yuan against 応 に よ る a acidification carbon generated シ ス テ ム の 検 line for を っ た. こ の シ ス テ ム は 2 つ の anti 応 apparatus か ら constitute さ れ, そ の reverse device inside を 応 acid element キ ャ リ ア particle で あ る objects objects acidification iron/iron particles が cycle す る (chemical ル ー プ method). Youdaoplaceholder0 そ, メタ, <s:1>, thermally decompose による carbon particles <e:1> to precipitate が acids, and で generate じる on キャリア particles. The <s:1> 応 is the reverse of 応. The reverse of heat absorption is 応であ 応であ. The following <s:1> is the reverse of 応. Youdaoplaceholder3 table される. CH4 and co2 + 3 4 co + 2 h2o delta H (800 ℃) = 346 kJ (1) こ の endothermic anti 応 の は sun hot に よ っ て supply さ れ る こ と を scenarios し た. High temperature thermal が の using で き な い は, メ タ ン の pyrolysis anti 応 か ら generated し た water element の a を combustion 焼 さ せ, ら れ た high grade heat を with い る こ と を scenarios し た (type 2). CH4 + 1.8CO2 + 0.6O2 → 2.8CO+2H2O △H (800℃) = -11 kJ , (2) balance calculation に よ り 応 で 気 body と acid fuel element in condenser キ ャ リ の ア particles to the flow で anti 応 を line っ に た occasions, acidification carbon の 収 quantity が most high も く な る こ と が Ming ら か に な っ た. The <s:1> <s:1> and 応システム, the 2 と <s:1> flow layer と, 1 と, ラ ザ, ザ, ら and ら form the される, とを, とを pattern and た た. こ の シ ス テ ム に お い て, 850 ℃ で water steam 気 を ラ イ ザ ー に import す る こ と で, 1 mol の メ タ ン consumption に し seaborne 2.7 mol の CO を purity to 84% で ら れ る こ と が わ か っ た. Youdaoplaceholder0, メタ, <s:1> thermal decomposition を accelerates the development of する acid キャリア particles <e:1> and った. プ ロ ト ン 伝 conductor で あ る BaZr0.9 Y0.1 O3 (BZY) を い た Fe/BZY composite particle を い る こ と で, メ タ ン pyrolysis の anti が 応 speed up す る こ と が Ming ら か に な っ た. Open 発 し た particle を proposal シ ス テ ム に import す る こ と で, high rate of unseen な chemical ル ー プ シ ス テ ム の build が may に な る.

项目成果

CH4 decomposition on supported iron particles in a two-reactor process with continuous regeneration

在连续再生的双反应器工艺中，负载铁颗粒上的 CH4 分解

• 发表时间: 2017
• 作者: Martin Keller;Yoshio Matsuzaki;Junichiro Otomo
• 通讯作者: Junichiro Otomo

触媒組成物、水素製造装置、および、水素製造方法

催化剂组合物、制氢装置及制氢方法

• 发表时间: 2017

CO2 activation by methane in a dual-bed configuration via methane cracking and iron oxide lattice oxygen transport – Concept and materials development

• DOI: 10.1016/j.cej.2018.05.069
• 发表时间: 2018-10
• 期刊: Chemical Engineering Journal
• 影响因子: 15.1
• 作者: M. Keller;Y. Matsuzaki;J. Otomo

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