燃料のピストン圧縮改質による船舶用超排出ガスエンジンの実用化研究

燃料活塞压缩重整船用超排放发动机实际应用研究

• 批准号: 21K03890
• 负责人: 柴田 元
• 金额: $ 2.41万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03890/
• 关键词: 燃料改質; ディーゼルエンジン; バイオガス; ピストン圧縮; 改質ガス; 水素; 一酸化炭素; 化学動力学計算

R3年度までの研究では窒素を多量に含む環境下で、軽油の代替としてノルマルヘプタンを用いた改質研究をエンジン実験と化学動力学計算の両面より実施し、水素や一酸化炭素の生成課程および収率を向上させる方法について検討を行った。これらのデータに基づき、R4年度は粗バイオガス（二酸化炭素とメタン）を用いたピストン圧縮改質装置を作成し、実験を実施した。吸気としてノルマルヘプタンと空気の混合気、過濃なメタン、メタンと同量の二酸化炭素をディーゼルエンジン内に供給しピストン圧縮してノルマルヘプタンを着火源にドライリフォーミング反応を起こして一酸化炭素と水素を生成させるだけでなく、吸熱反応による排熱回収とエンジンの出力を得ることを目標としている。生成される水素と一酸化炭素は液体合成燃料（e-fuel）の原料であり再利用することができる。メタンと二酸化炭素の供給モル比、酸素濃度、吸気加熱温度をパラメータに実験をした。その結果、メタンと二酸化炭素より一酸化炭素と水素が生成するドライリフォーミング反応がエンジン内で起こることが確認され、改質中の筒内最高温度が高いほど水素や一酸化炭素の生成割合およびメタンから水素への転化率が高くなることが確認された。また、二酸化炭素を供給せずにメタンだけを供給した場合は、ノルマルヘプタンの燃焼で生成する二酸化炭素とメタンによるドライリフォーミング反応が起こり、排気中に排出される二酸化炭素濃度を1％以下に抑制することができた。この結果は、ドライリフォーミング反応を利用してエンジンからの二酸化炭素排出削減が可能であることを意味しており、大変興味深い。一方、高当量比環境で改質が行われるためスモークが高濃度で排出されることが課題である。

在R3年之前的研究中，我们通过发动机实验和化学动力学计算，在含有大量氮气的环境中使用正庚烷代替柴油进行重整研究，并研究了氢气和一氧化碳的生产过程。我们研究了提高产量的方法。基于这些数据，在R4年，我们利用粗沼气（二氧化碳和甲烷）制造了活塞压缩重整器并进行了实验。将正庚烷与空气的混合物、高浓甲烷以及与甲烷等量的二氧化碳作为进气供给柴油机，经活塞压缩，以正庚烷为点火源发生干重整反应，产生一氧化碳的目的不仅是产生氢气和氢，还可以通过吸热反应回收废热并获得发动机输出。产生的氢气和一氧化碳是液体合成燃料（电子燃料）的原料，可以重复使用。以甲烷与二氧化碳的供给摩尔比、氧气浓度、进气加热温度为参数进行实验。结果，证实了在由甲烷和二氧化碳产生一氧化碳和氢气的发动机中发生了干重整反应。并且证实了甲烷至氢气的转化率增加。此外，如果仅供给甲烷而不供给二氧化碳，则在正庚烷燃烧产生的二氧化碳与甲烷之间发生干重整反应，能够将废气中排放的二氧化碳浓度降低至1％以下。来压制它。这个结果非常有趣，因为这意味着可以利用干重整反应减少发动机的二氧化碳排放。另一方面，由于重整是在高当量比环境下进行，因此存在产生高浓度的烟的问题。

项目成果

内燃機関のピストン圧縮によるサロゲートナフサの部分酸化改質

利用内燃机活塞压缩对替代石脑油进行部分氧化重整

• 发表时间: 2021
• 作者: 森 大成

Fuel reformation by piston compression of rich air-fuel mixture

通过活塞压缩浓空气燃料混合物进行燃料重整

• DOI: 10.1177/14680874211047527
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 2.5
• 作者: Shibata Gen;Asai Go;Ishiguro Shuntaro;Watanabe Yusuke;Kobashi Yoshimitsu;Ogawa Hideyuki
• 通讯作者: Ogawa Hideyuki

Fuel reformation by piston compression of rich air-fuel mixture

通过活塞压缩浓空气燃料混合物进行燃料重整

• DOI: 10.1177/14680874211047527
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 2.5
• 作者: Shibata Gen;Asai Go;Ishiguro Shuntaro;Watanabe Yusuke;Kobashi Yoshimitsu;Ogawa Hideyuki
• 通讯作者: Ogawa Hideyuki

内燃機関のピストン圧縮によるサロゲートナフサの部分酸化改質

利用内燃机活塞压缩对替代石脑油进行部分氧化重整

• 发表时间: 2021
• 作者: 森 大成