総括反応モデルから脱却する詳細微粉炭反応モデルの構築

• 研究課題/領域番号: 16K18354
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: エネルギー学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 松下 洋介 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80431534)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 微粉炭 / チャー / 燃焼 / ガス化 / 物質移動 / 熱移動 / 詳細化学反応 / 反応モデル

研究成果の概要

不均一反応と均一反応を伴う単一微粉炭チャー粒子周りの熱・物質移動解析を実施した．その結果，均一反応を考慮することでチャーの消費速度が増加することがわかった．これは粒子近傍で生じるCO酸化反応により酸素が消費されることでChar-O2酸化反応が抑制されるものの，CO2が生成し，高温場が形成されることでChar-CO2ガス化反応が促進されるためである．さらに，種々のチャー粒子径，ガスの温度と組成に対して解析した結果を用いて，三次元微粉炭燃焼シミュレーションでは考慮することができない粒子近傍で生じる均一反応の影響を考慮した酸化反応とガス化反応を含む正味チャーの消費速度を推算可能なモデルを開発した．

研究成果

• [国際共同研究] Loughborough University(United Kingdom)
• [雑誌論文] Efficient Communication Strategy in Parallel Computation Based on Domain Partitioning (2018)
  • 著者名/発表者名: Yohsuke Matsushita, Tomoyuki Katayama, Tatsuya Soma, Shota Akaotsu, Yasuhiro Saito, Hideyuki Aoki
  • 雑誌名: JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING OF JAPAN 巻: 51 号: 1 ページ: 79-82
  • DOI: 10.1252/jcej.17we155
  • NAID: 130006316036
  • ISSN: 0021-9592, 1881-1299
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Modified Boundary Condition of Velocity for Continuity Equation with Non-uniform Density Distribution at Outlet Boundary Plane (2018)
  • 著者名/発表者名: Yokoi, Satoki, Matsukawa, Yoshiya, Saito, Yasuhiro, Matsushita, Yohsuke, Aoki, Hideyuki, Malalasekera, Weeratunge
  • 雑誌名: Journal of Chemical Engineering of Japan 巻: 印刷中
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of semi-parallel reaction model of devolatilization and heterogeneous reaction for pulverized coal particles (2017)
  • 著者名/発表者名: Shota Akaotsu, Junichi Tanimoto, Tatsuya Soma, Yasuhiro Saito, Yohsuke Matsushita, Hideyuki Aoki, Akinori Murao
  • 雑誌名: Fuel Processing Technology 巻: 158 ページ: 104-114
  • DOI: 10.1016/j.fuproc.2016.12.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Approximate Method for the Computation of Wall Temperature Using Thermal Equilibrium and Fluid Temperatures from the Enthalpy and Mole Fraction (2017)
  • 著者名/発表者名: Yohsuke Matsushita, Shota Akaotsu, Satoki Yokoi, Yasuhiro Saito and Hideyuki Aoki
  • 雑誌名: JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING OF JAPAN 巻: 50 号: 2 ページ: 111-114
  • DOI: 10.1252/jcej.16we176
  • NAID: 130005241861
  • ISSN: 0021-9592, 1881-1299
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Oxidation Reactivity of Char Produced in a Pilot-Scale Blowpipe: Effect of the Heating Rate during Pyrolysis (2017)
  • 著者名/発表者名: Shota Akaotsu, Junichi Tanimoto, Tatsuya Soma, Yasuhiro Saito, Yohsuke Matsushita, Hideyuki Aoki and Akinori Murao
  • 雑誌名: Energy & Fuels 巻: 31 号: 10 ページ: 10760-10767
  • DOI: 10.1021/acs.energyfuels.7b01923
  • 査読あり
• [学会発表] O2/CO2系を対象とした微粉炭チャーの燃焼時における気相反応の影響の数値シミュレーション (2018)
  • 著者名/発表者名: 石母田健悟, 赤尾津翔大, 齋藤泰洋, 松下洋介, 青木秀之
  • 学会等名: 化学工学会第83年会
• [学会発表] 総括反応に基づく単一微粉炭チャー粒子周りの燃焼シミュレーション -CO酸化反応の影響- (2017)
  • 著者名/発表者名: 石母田健悟, 赤尾津翔大, 齋藤泰洋, 松下洋介, 青木秀之
  • 学会等名: 第17回日本伝熱学会学生発表会
• [学会発表] 総括反応により気相反応を考慮した単一微粉炭チャー粒子周りの熱・物質移動解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石母田健悟, 赤尾津翔大, 齋藤泰洋, 松下洋介, 青木秀之
  • 学会等名: 第54回日本伝熱シンポジウム
• [学会発表] 異なる炭種を吹き込む場合の高炉のブローパイプ内における微粉炭の燃焼解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 赤尾津翔大, 石母田健悟, 齋藤泰洋, 松下洋介, 青木秀之, 野澤創平，村尾明紀
  • 学会等名: 第26回日本エネルギー学会大会
• [学会発表] 微粉炭燃焼シミュレーションの新たな (2017)
  • 著者名/発表者名: 松下洋介
  • 学会等名: 第26回日本エネルギー学会大会
• [学会発表] 微粉炭燃焼の新たなモデリング (2017)
  • 著者名/発表者名: 松下洋介
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会「資源環境調和型焼結技術創成」研究会 第2回研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 高炉ブローパイプ内における褐炭の燃焼・ガス化シミュレーション (2017)
  • 著者名/発表者名: 赤尾津翔大, 石母田健悟, 齋藤泰洋, 松下洋介, 青木秀之, 村尾明紀, 野澤創平
  • 学会等名: 第55回燃焼シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 微粉炭チャーの反応過程における気相反応の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石母田健悟, 松下洋介, 青木秀之, 赤尾津翔大, 齋藤泰洋
  • 学会等名: 日本学術振興会製銑第54委員会 第191回委員会
• [学会発表] 微粉炭の揮発分放出と不均一反応の半並発反応モデルの構築 (2016)
  • 著者名/発表者名: 赤尾津翔大, 谷本惇一, 相馬達哉，齋藤泰洋, 松下洋介, 青木秀之, 村尾明紀
  • 学会等名: 第54回燃焼シンポジウム
  • 発表場所: 宮城県・仙台市
  • 年月日: 2016-11-23
• [学会発表] Mass Transfer Analysis of Oxidant around a Single Coal Particle during Devolatilization under High Ambient Pressure Conditons (2016)
  • 著者名/発表者名: Shota Akaotsu, Kengo Ishimoda, Tatsuya Soma, Yasuhiro Saito, Yohsuke Matsushita, Hideyuki Aoki
  • 学会等名: The fourth International Forum on Heat Transfer
  • 発表場所: Sendai, Miyagi, Japan
  • 年月日: 2016-11-02
  • 国際学会
• [学会発表] 高炉のブローパイプにおけるガス化反応が微粉炭の反応過程に及ぼす影響の数値解析的検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 赤尾津翔大, 谷本惇一, 石母田健悟, 相馬達哉, 齋藤泰洋, 松下洋介, 青木秀之, 野澤創平, 村尾明紀
  • 学会等名: 第53回石炭科学会議
  • 発表場所: 広島県・福山市
  • 年月日: 2016-10-26
• [学会発表] 詳細化学反応を考慮した流体解析におけるヤコビ行列の計算法の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松川嘉也, 齋藤泰洋, 松下洋介, 青木秀之
  • 学会等名: 第25回日本エネルギー学会大会
  • 発表場所: 東京都・新宿区
  • 年月日: 2016-08-09
• [学会発表] 最近の微粉炭燃焼のモデリング (2016)
  • 著者名/発表者名: 松下洋介, 谷本惇一, 赤尾津翔大, 石母田健悟, 齋藤泰洋, 青木秀之
  • 学会等名: 日本学術振興会 石炭・素資源利用技術第148委員会 第157回研究会
  • 発表場所: 東京都・千代田区
  • 招待講演