2017 Fiscal Year Research-status Report
低温作動型高効率連続再生式PM2.5除去装置の開発に関する研究
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16K12618
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
山本 剛 九州大学, 工学研究院, 准教授 (20321979)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | PM2.5 / 付着力 / 流動層 / 連続再生式 / PM燃焼 / ミネラル / 燃焼促進 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者らは、これまで粒子間付着力を利用した流動層式PM除去装置を開発し、PM2.5の高効率捕集に成功してきた。PMはベッド粒子表面に付着・堆積することから、PMを捕集するとともに酸化処理を行えば、装置は半永久的に使用可能となる。そこで本研究では、流動層の低温燃焼特性に加え、酸化触媒の適用によりPMの低温酸化を促進することで、排ガスの熱で運用可能な高効率連続再生式PM2.5除去装置の開発を目指し、理論的・実験的検討を行う。既存の装置ではPMを酸化処理するのに650℃程度の熱が必要であるが、本法では一般的なバスやトラック等の排ガスに含まれるPM濃度30 mg/m3において、400℃において連続再生式としての稼働が可能であることを示してきた。さらに本法の連続再生式の運用温度を下げるため、平成29年度は酸化促進物質として知られているカリウムをベッド粒子に触媒担持し、実験的検討を行った。その結果、PMの酸化反応が大幅に促進されることが示された。現在、固相温度、PM粒径、空塔速度等の実験パラメーターを振りながら実験を実施している。一方、数値シミュレーションでは、これまで高精度のDrag Forceモデルを導入するとともに、ベッド粒子上に堆積したPMの影響を考慮した付着モデルを構築し、コールドモデルにおける解析を行ってきた。本法により、連続再生式PM除去装置を解析するためには、さらに低温域におけるPM酸化モデルを導入する必要がある。しかしながら、このようなPM酸化モデルは存在しないことから、平成29年度は固相－気相間の相対速度を考慮したPM酸化モデルを構築した。現在は、構築したPM酸化モデルを数値シミュレーションコードに導入し、連続再生式PM除去装置の解析を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画していた実験および数値シミュレーションをほぼ実施することができた。
実験では、ベッド粒子にミネラル分を担持する方法について苦労したが、反応・触媒工学の先生に担持方法を教わることでクリアできた。数値解析では、PM酸化モデル構築のための実験において、放射伝熱の影響を排除するのに苦労したが、様々な工夫をすることにより問題を解決し、PM酸化モデルの構築および数値シミュレーションモデルへの導入を行う等、概ね順調であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度に引き続き、理論的・実験的検討を行う。実験では、平成29年度に作製したカリウム担持触媒ベッド粒子を用い、流動層温度、空塔速度およびPM粒径等をパラメーターとして付着・酸化実験を行う。ここでは、触媒担持ベッド粒子がPMの酸化反応の促進に及ぼす効果について、特に使用するベッド粒子や担持するミネラル分の量の観点から検討する。以上の結果から、PMの酸化温度をどの程度下げることができるのかを明らかにするとともに、どの程度のPM濃度まで300℃で運用可能なのか、またPMの濃度に応じてどの程度の温度が必要なのかを明らかにする。数値シミュレーションでは、はじめに平成29年度に構築した低温域(300－400℃)のArrhenius型PM酸化反応モデルを流動層式PM2.5除去装置の解析プログラムに導入する。解析結果と実験結果との比較から本プログラムの妥当性を検証後、操作条件やパラメーターを変化させながら、PMの酸化反応の促進効果やPMの捕集率に関わる因子について検討し、本装置の最適化を行うとともに連続的に運用できる流動層の温度範囲およびPM2.5の濃度範囲について示す。
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