Decomposition rates of solid intermediate products which are formed in decomposition of urea in high temperature atmosphere

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K03968
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 古畑 朋彦 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (80261585)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 座間 淑夫 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (30594113)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 尿素分解反応 / 尿素分解生成物 / 尿素SCR / NOx還元 / 燃焼排ガス後処理

Outline of Annual Research Achievements

燃焼排ガス中のNOxを除去するシステムとして尿素SCR法が実用化されている．このシステムでは尿素が高温の燃焼排ガス中で分解することにより生成するアンモニアをNOxの触媒上での還元に利用しているが，その分解過程で生成する固体の中間生成物が触媒上に堆積する可能性があり，特に始動時など排ガス温度が低い条件では問題になると考えられる．そこで本研究では，尿素および尿素の分解生成物の分解挙動について，排ガス中の水蒸気および触媒として利用されるゼオライトの影響も含めて，特に分解速度に着目して実験的に検討することを目的としている．令和元年度は，平成30年度と同様の実験手法により，主に尿素分解生成物としてのビウレット，シアヌル酸，メラミン，アンメリド，およびアンメリンの高温雰囲気中での分解速度，および水蒸気雰囲気中での分解速度を測定するとともに，ゼオライトの影響についても調査していくこととしていた．しかしながら，実験を進める際に，ビデオ画像から天秤の変位を計測し，試料の質量減少を求める過程における不正確さが問題として指摘された．具体的には，画面から手作業で変位を読み取る際にどうしても不正確さが生じてしまうことにより，複数回同じ画像の計測を行っても必ずしも同じ質量減少となるとは限らないことや，微細な変化が見逃されてしまうことが挙げられた．そこで，ビデオ画像を画像処理することにより，天秤の変位を計測する手法を開発した．この手法を用いて改めて尿素の質量減少を測定するとともに，尿素の分解生成物であるメラミンの質量減少も計測した．それらの結果から，尿素の分解過程には３つの段階が存在すること，１段目と３段目の質量減少は水蒸気濃度の影響を受けないこと，２段目の質量減少は水蒸気濃度の影響を受けること，３段目の質量減少はシアヌル酸の質量減少と類似していることなどを見いだすことができた．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

令和元年度は平成３０年度と同様の実験手法により尿素分解生成物としてのビウレット，シアヌル酸，メラミン，アンメリド，およびアンメリンの分解速度を測定する予定であったが，実験の正確さを高めるために，ビデオ画像の画像処理により天秤の変位を計測し，質量減少を求める手法を確立した．その結果，メラミン，アンメリド，およびアンメリンの高温雰囲気中での分解速度，および水蒸気雰囲気中での分解速度を測定することはできなかったが，計測の正確さが大幅に向上したことにより，それまでの手作業による計測では見逃されてきた微細な変化を捉えることができるようになり，新たな知見を見いだすことができた．また尿素分解生成物のうちシアヌル酸については実験を行い，尿素の分解挙動との比較を行い，尿素の分解過程におけるシアヌル酸の寄与を指摘することができた．以上から，予定とは異なるものの新たな知見を得ることができたことから「おおむね順調に進展している」と判断した．

Strategy for Future Research Activity

令和２年度は，これまでに確立した実験手法により尿素分解生成物としてのビウレット，メラミン，アンメリド，およびアンメリンの高温雰囲気中での分解速度，および水蒸気雰囲気中での分解速度を測定する．次いでゼオライトの影響についても調査していく．令和元年度に開発した画像処理による計測法は，コンピュータにより自動的に行われるため，これまで計測に割かれていた時間をデータ収集に当てることができるようになった．これにより，研究遂行速度が向上すると考えられ，目標の達成は十分可能であると判断できる．さらに，測定精度を一層向上するための実験方法についても検討を進める．