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2011 Fiscal Year Annual Research Report

革新的高効率炭素資源転換プロセス構築のための熱化学反応情報基盤の確立

Research Project

Project/Area Number 23686112
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

則永 行庸  九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (00312679)

Keywords炭素資源 / 熱化学転換 / エネルギー / ガス化 / 反応速度論 / 素反応モデル / 質量分析
Research Abstract

本研究は,炭素資源の熱化学転換反応において発生する初期熱分解生成物の気相熱分解,部分酸化,水蒸気改質反応特性を高精度に予測できる素反応速度モデルの構築を目的とする.そこで,初期熱分解生成物,とりわけタールと総称される超多成分混合系の分子組成を解明するための実験技術並びに新規分析手法の開発に取り組む.さらに,初期熱分解生成物に含まれる化学種の気相反応を網羅する素反応速度モデルを量子化学計算等を駆使して構築し,その妥当性を実測値との比較により検証する.そして,これらのデータベース化・公開を通じて,高効率炭素資源転換プロセス構築のための熱化学反応情報基盤確立に繋げることを目的とする.研究初年度であるH23年度の研究実績は以下のようにまとめることができる.
・熱分解装置とGCやGC/MSを直結した石炭,バイオマス粒子の迅速熱分解生成物分析装置を開発し,セルロースや数種類の石炭,草木系バイオマスマス試料の初期熱分解生成物組成を実験的に定義した.さらに,初期揮発成分の気相滞留時間を制御することにより,バイオマス初期熱分解性生物め気相クラッキンゲ反応に関する速度論的データを得た.
・セルロース迅速熱分解生成物を詳細に分析し,一酸化炭素やメタン,エチレンなどの主要生成物以外にアセチレン,プロピン,プロパジエン,シクロペンタジエン等のアルキン,ジエン化合物が生成することを初めて明らかにするととともに,"芳香族構造を含まないセルロース"から芳香族化合物が生成する反応経路におけるこれらアルキン、ジエン化合物の重要性を詳細化学反応モデルおよび実験事実の双方から検討し,,両者が矛盾しないことを確かめた.
・タールと総称される超多成分混合系の分子組成の解明にむけた新規分析手法としてイオン付着イオン化質量分析装置を質量分析装置開発の学内専門家の協力の下,設計して自作した.いくつかのモデルガスを用いた実験を行い,本イオン化法の最大の特長であるフラグメントフリーを確かめた.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

イオン付着イオン化装置の設計、製作を予定通り終えたこどに加えて、固体炭素資源の初期熱分解性生物の気相反応速度論データを取得できた。これらは、次年度以降に予定している反応速度モデルの妥当性の評価に活用できる。これら関連成果に対して4件の依頼講演を行った。

Strategy for Future Research Activity

本年度開発した装置群をフルに活用すると共に、炭素資源初期熱分解生成物に含まれる化学種の気相反応を網羅する素反応速度モデルを量子化学計算等を駆使して構築し、その妥当性を実測値との比較により検証する。さらに、これらのデータベース化・公開を通じて高効率炭素資源転換プロセス構築のための熱化学友応情報基盤確立にむけた基礎を創り上げる。

  • Research Products

    (15 results)

All 2013 2012 2011 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (7 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Detailed chemical kinetic modelling of vapour-phase cracking of multi-component molecular mixtures derived from the fast pyrolysis of cellulose2013

    • Author(s)
      Koyo Norinaga, Tetsuya Shoji, Shinji Kudo, Jun-ichiro Hayashi
    • Journal Title

      Fuel

      Volume: 103 Pages: 141-150

    • DOI

      10.1016/j.fuel.2011.07.045

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Numerical Simulation of Thermal Conversion of Aromatic Hydrocarbons in the Presence of Hydrogen and Steam using a Detailed Chemical Kinetic Model2011

    • Author(s)
      Koyo Norinaga, Ryota Sato, and Jun-ichiro Hayashi
    • Journal Title

      Chemical Engineering Journal

      Volume: 178(15) Pages: 282-290

    • DOI

      10.1016/j.cej.2011.10.003

  • [Journal Article] 詳細な化学を考慮した固体燃料熱分解ガスの気相反応速度モデリング2011

    • Author(s)
      則永行庸, ら
    • Journal Title

      日本エネルギー学会誌

      Volume: 90 Pages: 107-113

    • DOI

      http://ci.nii.ac.jp/naid/110008662185

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 石炭基礎講座(9)熱分解の実験手法と反応特性の理解2011

    • Author(s)
      林潤一郎、則永行庸
    • Journal Title

      日本エネルギー学会誌

      Volume: 90 Pages: 905-910

    • DOI

      http://ci.nii.ac.jp/naid/110008750590

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] バイオマス熱分解ガス気相改質反応予測のための基礎研究2012

    • Author(s)
      則永行庸
    • Organizer
      第2回九大&産総研バイオマスセミナー
    • Place of Presentation
      東広島(招待)
    • Year and Date
      2012-03-21
  • [Presentation] 反応熱と改質炉外壁からの放熱を考慮した石炭乾留ガス部分酸化改質反応の数値解析2011

    • Author(s)
      田中亮太, ら
    • Organizer
      第48回石炭科学会議
    • Place of Presentation
      新潟
    • Year and Date
      20111024-20111025
  • [Presentation] セルロース気相熱分解反応における芳香族炭化水素の生成機構2011

    • Author(s)
      高島由花, ら
    • Organizer
      第7回バイオマス科学会議
    • Place of Presentation
      岩手
    • Year and Date
      20110118-20110119
  • [Presentation] 管状反応器GC,GC/MS直結型分析装置を用いたバイオマス初期熱分解生成物の化学組成分析2011

    • Author(s)
      岩永啓太, ら
    • Organizer
      第7回バイオマス科学会議
    • Place of Presentation
      岩手
    • Year and Date
      20110118-20110119
  • [Presentation] Detailed Chemical Kinetic Modeling toward Better Understanding of Complex Reactions of Multi-component Gas Mixtures Derived from Carbon Resources2011

    • Author(s)
      Koyo Norinaga
    • Organizer
      Seminar at Research Center for Composite Materials (RCCM), Shanghai University (SHU)
    • Place of Presentation
      上海(招待)
    • Year and Date
      2011-10-29
  • [Presentation] コークス炉ガスの接触部分酸化・水蒸気改質反応機構の解明と迅速水素製造システムの構築2011

    • Author(s)
      則永行庸
    • Organizer
      公益財団法人鉄鋼環境基金第2回助成研究成果表彰式受賞記念講演会
    • Place of Presentation
      鉄鋼会館(東京都中央区日本橋茅場町)(招待)
    • Year and Date
      2011-09-12
  • [Presentation] 炭化水素熱化学反応のモデリングとシミュレーションその基礎と応用2011

    • Author(s)
      則永行庸
    • Organizer
      第2回ペトロリオミクス合同勉強会
    • Place of Presentation
      東京神谷町(招待)
    • Year and Date
      2011-09-08
  • [Remarks] 研究室HP

    • URL

      http://www.carbonres.com/

  • [Remarks]

    • URL

      http://www.cm.kyushu-u.ac.jp/hayashi/kn/norinaga_jap.html

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 反応シミュレーション装置およびガス化装置2011

    • Inventor(s)
      則永行庸, ら
    • Industrial Property Rights Holder
      九大、三井造船
    • Industrial Property Number
      特願2011-098085
    • Filing Date
      2011-04-26
  • [Patent(Industrial Property Rights)] ガス化装置およびガス化装置の運転方法2011

    • Inventor(s)
      則永行庸, ら
    • Industrial Property Rights Holder
      九大、三井造船
    • Industrial Property Number
      特願2011-145827
    • Filing Date
      2011-06-30

URL: 

Published: 2013-06-26  

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