官能基熱分解が駆動する炭化物の迅速水蒸気ガス化

官能团热解驱动碳化物快速蒸汽气化

基本信息

批准号：
21360385
负责人：
林潤一郎
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21360385/
关键词：
ガス化石炭バイオマス炭化物官能基水蒸気水素タール

项目摘要

前年度の研究によって得られた成果,すなわち,(1)900℃における平均反応速度が0.11/sを上回るチャーの迅速水蒸気ガス化のエビデンスを得たこと,(2)無触媒および含有金属種による触媒的ガス化が同時進行するLangmuir-Hinshelwood型並列反応速度モデルを実証したこと,を踏まえ,今年度は,熱重量分析装置を用いて豪州Loy Yang褐炭の低昇温速度域(3～20℃/min)における水蒸気ガス化について,1)精密な実験データに基づく反応速度解析,2)900℃まで熱分解したチャーのex-situガス化と600℃まで熱分解したチャーのin-situガス化の比較による迅速ガス化の実証,を検討した.反応速度解析結果から,ex-situガス化はゼロ次式で表される,すなわちチャーに含まれる金属種の触媒作用が主となりガス化が進行することがわかった.官能基熱分解がガス化に全く影響を与えない場合,ex-situガス化と熱分解の重量減少率の和がin-situガス化のそれと等しくなる.しかしながら,反応速度解析結果から推算した熱分解とex-situガス化による重量減少率の和とin-situガス化の重量減少率実験結果は全く異なるものであり,これは官能基熱分解がガス化速度の向上に寄与するためであることが判明した.触媒作用の影響を排除するため酸処理により金属を除去した同様の実験ではその効果(反応速度の差)がより顕著になり,さらに昇温速度の増加が700～850℃におけるin-situガス化速度を向上させることがわかり,例えば20℃/minでは,ex-situガス化の場合の2.1倍の反応速度が得られた.このように,高昇温速度域の迅速なin-situガス化を裏付けるものであり,かつ官能基熱分解駆動型ガス化の効果を600～900℃という連続した温度範囲において明瞭に示す反応機構解明の手がかりとなる重要なデータを得た

去年的研究结果如下：(1) 900°C 下炭快速蒸汽气化的证据，平均反应速率超过 0.11/s，(2) 不使用催化剂且含有金属物质的炭快速蒸汽气化的证据基于催化气化同时进行的Langmuir-Hinshelwood型平行反应速率模型的演示，今年我们将使用热重分析仪来进行。关于阳褐煤在低加热速率范围（3至20℃/min）的蒸汽气化，1）基于精确实验数据的反应速率分析，2）焦热解至900℃的异位气化，并研究了通过对比热解至600℃的焦炭的原位气化反应，得到了快速气化的结果。从反应速率分析结果来看，异位气化是零级的。研究发现，气化的进行主要是由于焦炭中所含金属物质的催化作用，如下式所示。如果官能团热分解对气化没有影响，则异位气化与失重率之和热解的重量损失率与原位气化的重量损失率相同，但是，根据反应速率分析结果估算的热解和异位气化的重量损失率之和为原位气化失重率的实验结果完全不同，发现这是由于官能团热分解有助于气化率的提高，在通过处理去除金属的类似实验中，效果（反应速率的差异）更加明显，升温速率的增加使700-850℃的原位气化速率增加。例如，在20°C/min时，反应速率是异位气化的2.1倍，这支持了高加热速率范围内的快速原位气化。反应机理，清楚地显示了在 600 至 900°C 的连续温度范围内官能团热解驱动气化的效果。