流れ場・CO2濃度・温度分布の直接観察によるCO2ハイドレート生成機構の解明

通过直接观察流场、CO2浓度和温度分布阐明CO2水合物形成机制

基本信息

批准号：
22K03955
负责人：
川合政人
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Hakodate National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03955/
关键词：
複合可視化 PIV CO2濃度 CO2ハイドレートシクロペンタン

项目摘要

CO2ハイドレート（CH）は，水分子が規則的に籠構造で結合してそれぞれの籠にCO2分子が一つずつ入った物質である．CHに取り込まれたCO2は気体のときよりも高密度になるので，CHはCO2の貯蔵性が高いという特長がある．燃焼ガスからCO2だけを吸収したり，海水から真水だけを取り出すことができるので，CHはSDGsの達成に寄与するキーテクノロジーとみなされており，その「生成促進技術」に注目が集まっている．しかしながら，CH生成場で何が起こっているのかを直接的に観察する装置の開発はまだ行われていない．本研究では，CH生成の流れ場，CO2溶解挙動，そして温度分布の観察を実現する計測装置を構築する．本研究の目的は，「生成反応部の流れ場，CO2溶解挙動，温度分布の同期計測手法を確立」し，「本手法を用いて非撹拌条件下におけるシクロペンタン（CP）を添加したCHの生成開始に至る機構の解明」を通して観測装置としての有効性を示すことである．本研究の学術的独自性と創造性は，CH生成反応の観察方法にある．本研究では，画像相関法（PIV）で流れ場を，pH指示薬でCO2濃度を可視化し，多点温度センサを容器内に複数挿入して温度場を計測する．これらの計測を同期させて現象を複眼的に観察しようとする試みは他に類がない．したがって，この観察手法が構築できれば，可視化計測分野においても，CH分野においても，学術的意義は大きい．今年度に実施した内容を以下に示す．〇実験系の構築：可視化されたハイドレート生成容器を製作した．可視化容器は，既存実験系のハイドレート生成容器の形状と寸法をもとに設計した．〇流れ場の可視化：可視容器の機能を確認することを目的として，大気圧条件下で流れ場の可視化実験を行った．

二氧化碳（CH）是一种物质，其中水分子在篮子结构中定期键合，每个篮子都包含一个二氧化碳分子。由于掺入CH中的二氧化碳比在气体中更致密，因此CH具有高度存储二氧化碳的优势。由于它只能从燃烧气体中吸收二氧化碳，并且只能从海水中提取淡水，因此CH被认为是有助于实现可持续发展目标的关键技术，并且正在注意其“发电促进技术”。但是，尚未进行直接观察CH生产领域正在发生的事情。在这项研究中，我们将构建一种测量装置，以实现CH产生，CO2溶解行为和温度分布的流场的观察。这项研究的目的是为流场，二氧化碳溶解行为和生产反应部分的温度分布建立一种同步测量方法，并通过“使用此方法阐明导致在不稳定条件下使用环戊烷（CP）启动CH生产的机制来证明其作为观察装置的有效性。”这项研究的学术独特性和创造力在于观察CH生产反应的方法。在这项研究中，使用图像相关方法（PIV）可视化流场，并使用pH指示器可视化CO2浓度，并将多点温度传感器插入容器中以测量温度场。没有其他尝试同步这些测量值以观察复合眼中的现象。因此，如果可以构建这种观察方法，那么在可视化和CH领域中，它将具有很高的学术意义。以下是今年实施的。〇实验系统的构建：可视化的水合产生容器。可视化容器的设计基于现有实验实验的水合物生产容器的形状和尺寸。〇流场的视野：为了确认可见容器的功能，我们在大气压条件下进行了一个可视化实验。