Verification of catalyst flow, catalyst activity and reforming performance by plasma jet in a plasma-catalitic gas reforming

等离子催化气体重整中等离子射流验证催化剂流动、催化剂活性和重整性能

基本信息

批准号：
22K18918
负责人：
小林信介
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Gifu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18918/
关键词：
大気圧プラズマ噴流層触媒ガス改質プラズマ流動層

项目摘要

二酸化炭素排出量削減の観点から，誘電体バリア放電(Dielectric Barrier　Discharge, DBD)により触媒を活性させると同時にプラズマ化した反応ガスを活性触媒に接触させることで合成を行うプラズマ-触媒複合システム(Plasma-Catalytic System, PCS)を用い，低温・常圧下においてスイッチ一つでCO2から合成ガスやアルコールなどの化学出発原料を直接合成可能な新たな高効率ガス改質装置の開発する．PCSの効率化においてはプラズマと触媒粒子の相互作業が鍵となることから，本研究では反応制御，特に温度制御に大きな課題を抱える固定層PCSに対して，触媒粒子を流動・循環させることで常にフレッシュなプラズマと触媒粒子を効率的に接触させることが可能な噴流層PCSの開発を実施した．今年度は噴流層PCS制御において重要なとなる充填粒子性状および粒子充填量が反応ガスの転化率に及ぼす影響について評価を行なった．充填粒子には触媒粒子や導電性の高いカーボン粒子，銅粒子を用い，反応ガスにはCO2を用いた．実験の結果，導電性粒子を充填することにより低印加電圧でプラズマの生成が可能であることが明らかとなった．ただし，銅粒子を用いた場合には改質時に微粒子の一部が溶融し，層内に付着してしまうことが明らかになった．一方で，カーボン粒子を用いた場合には低印加電圧でプラズマ生成が可能であるとともに，長時間の運転が可能であることがわかった．カーボン粒子の充填量を変化させた場合，層内の粒子密度によりプラズマ分布が大きく異なり，また充填量の増大ともに反応ガスの転化率も大きく異なること分かった．ただし，粒子充填量が多くなると逆に転化率が低下する傾向も見られた．噴流層PCSは固定層PCSに比べて高い転化率が得られるものの，最適流動化条件および充填量の選択が重要であることがわかった．

从减少二氧化碳排放的角度出发，我们开发了等离子体催化剂复合系统（Plasma-catalystcompositesystem），利用介质阻挡放电（DBD）激活催化剂，同时使等离子体形成的反应气体接触-催化系统（PCS））开发了一种新型高效气体重整器，可以在低温常压下通过一次开关直接从CO2合成合成气和酒精等化学原料。由于等离子体与催化剂颗粒之间的相互作用是提高PCS效率的关键，因此本研究旨在通过使催化剂颗粒流动和循环来提高固定床PCS的效率，而固定床PCS在反应控制，特别是温度控制方面存在重大挑战我们开发了一种喷动床 PCS，可实现新鲜等离子体和催化剂颗粒之间的有效接触。今年，我们评估了喷动床PCS控制中重要的填充颗粒的性质和填充颗粒的量对反应气体转化率的影响。填充颗粒采用催化剂颗粒、高导电碳颗粒和铜颗粒，反应气体采用CO2。实验表明，通过在材料中填充导电颗粒，可以在低施加电压下产生等离子体。然而，当使用铜颗粒时，很明显一些颗粒在改性过程中熔化并粘附到层上。另一方面，发现当使用碳颗粒时，可以用低施加电压产生等离子体并且可以长时间运行。发现当碳颗粒的填充量改变时，等离子体分布根据床中的颗粒密度而显着变化，并且随着填充量的增加，反应气体的转化率也显着变化。然而，随着颗粒负载量的增加，转化率有降低的趋势。虽然喷动床 PCS 提供比固定床 PCS 更高的转化率，但我们发现最佳流化条件和填充量的选择很重要。