2017 Fiscal Year Research-status Report
Improvement of fuel combustion in regenerator of Calcium-Looping CO2 separation process
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17K06914
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
清水 忠明 新潟大学, 自然科学系, 教授 (10211286)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 二酸化炭素分離 / 流動層 / カルシウムルーピング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1塔式小型流動層実験を行い、CaO等循環粒子を模擬した流動化粒子中に燃料を投下し、粒子による揮発分保持効果を定量的に評価した。内径53 mmのステンレス製流動層を実験用い、装置を電気炉で加熱して所定の温度に保った。CaO粒子を充填して底部から窒素ガスを流通し粒子を流動化した中に燃料(ポリエチレンペレット)を投下して熱分解させ揮発分を発生させた。なお、ポリエチレンペレットは加熱するとすべて揮発化し、固体炭素は残らないことはあらかじめ分かっている。発生した揮発分の一部がCaO粒子に捕集されたが、捕集されなかった一部を層の上の空間にO2を供給して燃焼してCO2に転化した。また、粒子が捕集した揮発分についてはO2供給を層底部に切り替えて燃焼することでCO2に転化した。この操作により、揮発分中の炭素がCaOに捕集される量を定量化し、CaOが揮発分中の炭素を保持する効果があることが実証された。また固定層を用いた実験の結果も合わせて、温度が高くなると捕集効果があること、また捕集された炭素の燃焼は温度にあまり依存しないことから、当初期待されていた揮発分捕集による揮発分燃焼の抑制と、炭素燃焼速度の抑制によりホットスポットの形成抑制効果があることが期待できる。
この保持効果があることから、プロセス設計を行って、実際にCaOによる炭素保持効果を発揮するための装置形式をいくつか提案し、炭素保持を促進するために反応器の温度を維持するための部分燃焼用酸素の所要量などを計算で求めた。また、温度を制御するフィードバック機構についても検討を行った。
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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
当初の研究目標である、CaO粒子による揮発分保持について、1塔式流動層実験装置を用いて実証することができた。また、この反応を利用した具体的な装置形式について提案でき、プロセス設計で酸素所要量なども計算し、プロセスの実現可能性があることが分かった。揮発分保持を促進するための温度を維持するためのフィードバック制御機構についても提案した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまではバッチでCaO粒子に揮発分を保持させていたが、今後はより現実のプロセスの条件に近いCaO粒子の連続供給、連続抜出をするための2塔式流動層反応装置を用いた実験を行い、連続的にCaO粒子と燃料粒子を供給した条件で揮発分保持割合を評価する。これは当初の予定通りである。なお、2塔式実験では、より揮発分保持効果の評価が精密にできるように、当初予定の高温粒子循環型方式から、いったん冷却した粒子を循環させてその中から粒子をサンプリングできるように改善した装置を用いる。
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