Development of prediction for novel aftertreatment performance of methane slip using active site model of methane oxidation catalyst

使用甲烷氧化催化剂活性位点模型开发新型甲烷逃逸后处理性能预测

• 批准号: 22K14436
• 负责人: 新田 好古
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14436/
• 关键词: ガスエンジン; メタンスリップ; メタン酸化反応; パラジウム触媒; 性能予測; 吸着; 活性点; メタン; 酸化触媒; シミュレーション

舶用ガスエンジンは、温室効果が高いメタンスリップの懸念がある。その対策として、メタン酸化能力の高い、白金系貴金属を用いたメタン酸化触媒(以下、触媒)を用いた排気後処理技術の研究開発が進められている。一方で、その適用にあたっては舶用ガスエンジンの運転条件に伴う排気組成の変化により、反応場である活性点に阻害物質が吸着しメタン酸化反応を阻害する現象や、低い排気温度が複合することで、メタン酸化反応の反応速度が低下し、安定した触媒性能の発揮が厳しくなる問題がある。本研究は、舶用ガスエンジン排気中の触媒の性能を精度よく予測するため、詳細化学反応速度モデリング及びシミュレーションDETCHEMを用いて、申請者が開発した活性点評価法より得られた触媒の活性点量をモデル化し、活性点量の実測値をベースとした新しい触媒の性能予測法の構築を目指す。R4年度は，実排気及び模擬排気を用いて、舶用ガスエンジンの各排気組成及び温度が触媒性能に与える影響を実験的に調査した。この結果、実排気に含まれる水分及びNOxの吸着により性能低下が起こること、COの共存及びメタンの発熱により性能が向上することが確認された。これらの結果とりまとめ、日本機械学会が主催するCOMODIA2022にて発表した。また、これらの結果を実際のガスエンジンの運転に応用するため、実排気中における触媒性能を改善するガスエンジンの運転方法を提案し、その効果を実験的に検証した。この結果、ガスエンジンの空気過剰率を変化させ、排気中のメタン及びNOx濃度を変化させることにより、負荷率75％におけるメタン酸化性能を7%ポイント程度改善することを確認し、成果を英文投稿論文にとりまとめた。R5年度は、これらの実験結果を理論的に検証するため、触媒反応モデルを構築し数値解析を行う予定である。

船用气体发动机对甲烷滑片有较高的温室作用。作为对策，使用具有高甲烷氧化能力的高甲烷贵金属的甲烷氧化催化剂（以下称为催化剂）的排气后处理技术的研究和开发正在进行中。另一方面，在应用此问题时，由于海洋天然气发动机的工作条件而导致的排气组成发生了变化，通过吸附有效点的活性点来抑制甲烷氧化反应，而低排气温度的组合导致一个问题，从而降低了甲烷氧化反应的反应速率，从而导致甲烷氧化反应的耐甲烷氧化作用，从而导致稳定的凝胶型稳定型肠盘性能。为了准确预测船用气体发动机排气中催化剂的性能，该研究旨在模拟申请人使用详细的化学反应速率建模和仿真档案中申请人开发的催化剂的活性点的量，并建立一种基于实际测量值的催化剂的新方法，以建立一种新方法。在2014财年，我们通过实际的排气和模拟的排气进行了实验研究船用气体发动机的排气组成和温度对催化性能的影响。结果，已经证实，由于湿气的吸附和NOX的吸附而降低了性能，并且由于CO的共存和甲烷产生的热量，该性能得到了改善。这些结果汇总并在日本机械工程师协会主持的2022年Comodia 2022上进行了介绍。此外，为了将这些结果应用于实际的燃气发动机操作，我们提出了一种操作燃气发动机的方法，以改善实际排气中的催化剂性能，并通过实验验证其效果。结果，通过改变气体发动机的过量空气比并改变排气中的甲烷和NOX的浓度，以75％的负载速率提高了甲烷氧化性能，提高了约7％的点，并以英文提交的论文进行了汇编。在R5财政年度，我们计划构建催化反应模型并进行数值分析，以便对这些实验结果进行理论验证。

项目成果

Performance Evaluation of Methane Oxidation Catalyst for Marine Gas-Engine in Actual Exhaust and Simulated Gas

船用燃气机甲烷氧化催化剂在实际排气和模拟气体中的性能评价

• DOI: 10.1299/jmsesdm.2022.10.c7-1
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Proceedings of the International symposium on diagnostics and modeling of combustion in internal combustion engines
• 作者: Nitta Yoshifuru;Ichikawa Yasuhisa;Niki Yoichi;Masuda Akiko;Hirata Koichi
• 通讯作者: Hirata Koichi