分子動力学解析によるカルシウム系高性能脱硫剤の開発支援

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650811
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: 成瀬 一郎 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (80218065)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 栗田 典之 豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (40283501)
• Keywords: 脱硫 / 石炭燃焼 / 分子動力学 / 石灰石

Research Abstract

次世代の石炭利用技術には、さらなる高効率化と環境調和性が求められており、このような観点から、石灰石による炉内脱硫や加圧燃焼が可能という特徴を有する流動層石炭燃焼では、加圧流動層石炭燃焼や石炭ガス化/燃焼トッピングサイクルのような複合発電システムが実用化あるいは開発段階にある。これらのシステムでは、アルカリ金属化合物が石灰石の脱硫効率を向上させる可能性があることが指摘されているので、本研究では、炉内脱硫特性に及ぼすアルカリ金属化合物の効果について検討した。
実験では、まず、アルカリ金属を含むCa化合物である貝殻中のアルカリ金属と塩素に着目して、この影響を定量的および理論的に究明することを目的とし、アルカリ金属化合物微量添加石灰石による脱硫実験ならびに分子動力学計算による生石灰構造の変化に関する解析をそれぞれ実施した。つぎに、石灰石へ様々なアルカリ金属化合物あるいは塩化物を微量添加して脱硫実験を行ったところ、脱硫率を向上させる最適な添加物質はNaClであった。さらに、貝殻、石灰石およびNaClを微量添加した石灰石の焼成後の結晶構造をX線回折分析装置によって分析したところ、貝殻とNaCl添加石灰石によるCaOは結晶化していたのに対し、石灰石のみのそれはアモルファス構造であった。このような実験事実から、脱硫性能は焼成後の試料の結晶構造に起因するものと考え、つぎに、この結晶構造の相違について分子動力学法により、CaO単独の場合とCaO1分子をNaCl1分子に置換した場合の構造変化について解析した。その結果、CaOのみではアモルファス化するような高温状態であっても、NaClを置換すればCaOの結晶構造は維持されることを明らかにした。さらに、KClおよびLiClに対しても同様の解析を行った結果、NaClがCaOの結晶化を最も促進した。これは、各アルカリ金属塩化物のポテンシャルエネルギーや各アルカリ金属のイオン半径の差異によるものであった。

Research Products

• [Publications] Takahiro Murakami: "Simulations of Effect of NaCl-doping on CaO Structure by Molecular Dynamics"J.Chem.Eng.,Japan. (Accepted). (2002)
• [Publications] Takahiro Murakami: "Molecular Dynamics Simulations on Effect of Sodium Chloride into Calcium Oxide on Desulfurization Characteristics"The 11^<th> Intl.Conf.Coal Sci.. (CD-ROM). (2001)