2009 Fiscal Year Annual Research Report
還元反応を利用した有機系廃棄物の高効率ガス転換に関する研究
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19310054
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
清水 正賢 Kyushu University, 大学院・工学研究院, 教授 (30325500)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西岡 浩樹 九州大学, 大学院・工学研究院, 准教授 (80294891)
前田 敬之 九州大学, 大学院・工学研究院, 助教 (50150496)
大野 光一郎 九州大学, 大学院・工学研究院, 助教 (50432860)
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| Keywords | 有機系廃棄物 / ポリエチレン / ゴミ固形化燃料 / 酸化鉄 / 炭材内装塊成鉱 / 拡散係数 / 熱拡散率 |
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| Research Abstract |
酸化鉄・石炭成型体の伝熱特性をハロゲンフラッシュ法によって、成型体内のガス拡散特性をWicke-Kallenbach法によって測定した。さらに、直接加熱や間接加熱と異なるマイクロ波加熱実験を廃棄物-酸化鉄混合試料を用いて行った結果、以下のことが分かった。
(1) 流動度の大きい石炭は鉱石-石炭間が面接触となるため熱拡散率が大きくなり、反応が進行すると鉱石が熱拡散率の大きいFeへ還元されるため熱拡散率がさらに大きくなる。
(2) 成型体内のガス拡散はKundsen拡散が無視でき、表面拡散の影響も小さいことが分かった。また、反応率の上昇にともない炭材のガス化と酸化鉄中の酸素除去により気孔率が増加するため、CO-CO_2混合ガスの有効拡散係数は上昇し、有効拡散係数はT^<1.50>に比例することが分かった。
(3) 廃棄物-酸化鉄混合試料を用い、マイクロ波加熱で還元を行ったところ、4分間の加熱で還元率がほぼ100%の還元鉄が得られた。鉄は溶融しており、炭素も析出していた。加熱開始後は短時間で高温域に到達し、それに伴い大量のガスが発生した。発生したガスは反応初期の段階ではCO_2とCH_4も発生はしているが大半をH_2及びCOが占めることから、熱分解、還元、改質が同時に進行していることが分かった。
以上の測定結果を基に、熱伝導、拡散、反応、ガス流動を考慮した成型体の非定常数学モデルを開発し、解析を行った結果、実験値と比較的良い一致を示した。しかし、実測値を完全に再現するためには、さらに多くのパラメータを設定する必要があるものと考えられる。
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