2016 Fiscal Year Research-status Report
高温度域におけるコークスの燃焼・ガス化挙動および灰粒子特性の解明
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16K21089
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Research Institution | Nagoya University |
Principal Investigator |
植木 保昭 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 助教 (90552654)
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Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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Keywords | コークス / 燃焼 / ガス化 / 灰粒子 |
Outline of Annual Research Achievements |
コークスの燃焼およびガス化反応挙動を基礎的に検討するために、コークスの燃焼およびガス化実験を実施した。本研究では、実験試料として実機のコークス炉で製造された粒径10~20mmのコークスを用いた。実験試料を白金製の試料ホルダーに入れて、1400℃に昇温した縦型管状電気炉の反応管内に降下させた。この際の雰囲気ガスはN2ガスである。反応を開始させるために雰囲気ガスを、燃焼実験の場合は空気、ガス化実験の場合は50%CO-50%CO2混合ガスに切り替えた。反応による重量減少を電気炉上部に備え付けた電子天秤により連続的に測定し、各反応率の実験を行った。その結果、1400℃における燃焼は約1500秒、ガス化は約3200秒にて完了しており、燃焼反応の方がガス化反応よりも2倍程度速いことが分かった。 次に、コークスの燃焼およびガス化過程における灰粒子特性(粒径)について検討した。反応中断試料および実験前のコークス試料をエポキシ樹脂により樹脂埋めし、真空含浸装置にて気泡を取り除くために真空引きを行い、樹脂の固化後、切断・研磨した。SEMによりこれらの断面組織を観察・撮影した。その結果、燃焼反応においては、溶融・凝集した灰粒子がコークス表面に存在しており、一方、ガス化反応においては、燃焼反応のような灰粒子の凝集は観察されなかった。 さらに、得られた観察面の反射電子画像(BSE画像)から画像処理ソフトにより個々の灰粒子の粒子径を測定した。その結果、原コークスと比較し、燃焼後のコークス(反応率80%)では粒径の大きな灰粒子の割合が大幅に増加しており、一方、ガス化後のコークス(反応率80%)は原コークスとほぼ同じ傾向を示した。これらのことから、燃焼およびガス化反応過程におけるコークスの灰粒子挙動が大きく異なり、燃焼反応の方がガス化反応と比較して反応過程における灰粒子の凝集が顕著であることが示唆された。
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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
当初、平成28年度の研究計画として、コークスの燃焼・ガス化反応過程における灰粒子挙動を解明する前に、反応過程におけるコークス炭素質の消費挙動および構造変化について基礎的に検討する予定であった。しかし、実験後試料断面のコークス組織の観察・撮影に使用する予定であった既存設備のデジタルマイクロスコープ本体の調子が悪く、実験後試料断面のコークス組織を観察・撮影することが出来なかった。 そこで、平成29年度以降の研究計画としていたコークスの燃焼およびガス化過程における灰粒子特性の検討について平成28年度に実施した。灰粒子特性として主に灰粒子径の定量的な評価を行った。以上のことから、現在までの進捗状況としては、おおむね順調に進捗しているものと考える。
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Strategy for Future Research Activity |
既存設備のデジタルマイクロスコープ本体が使用可能な状態に戻ったため、平成28年度の研究計画としていた反応過程におけるコークス炭素質の消費挙動および構造変化について基礎的に検討する。既存設備のデジタルマイクロスコープにより実験後試料断面のコークス組織を低倍率にて観察・撮影し、コークス組織の画像解析を行う。まず、コークス組織(炭素質および灰粒子)と気孔を目視で判別し、画像解析ソフトを用いて二値化処理を行い、実験後試料の気孔率を求め、コークスの燃焼およびガス化過程における気孔率および炭素質構造の変化について考察する。 さらに、SEM-EDXによりコークス中の各灰粒子の元素分析を行い、各灰粒子の化学組成を求める。反応過程における灰粒子同士の凝集挙動、灰粒子の溶融挙動、それら凝集・溶融に伴う灰組成変化を解明する。
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Causes of Carryover |
本研究の試料として用いているコークスに含まれる灰分の溶融特性温度分析(灰の軟化点・融点・溶流点)を依頼予定だったが、分析試料の準備が間に合わず、平成28年度に実施できなかったため。
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Expenditure Plan for Carryover Budget |
コークスに含まれる灰分の溶融特性温度分析のための分析試料を作製し、平成29年度中に分析依頼する予定である。
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