ＣＯ２回収型石炭燃焼の特異性を積極活用したクリーンコールテクノロジーの開発

• 研究課題/領域番号: 24686027
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 渡部 弘達 東京工業大学, 工学院, 助教 (40551825)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円); 2015年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2014年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2013年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2012年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
• キーワード: CO2回収型燃焼 / 石炭 / 二酸化炭素 / クリーンコールテクノロジー / O2/CO2/H2O燃焼 / O2/CO2燃焼 / O_2/CO_2燃焼

研究成果の概要

Oxyfuel燃焼は，燃料を酸素および再循環させた排ガスで燃焼させることにより，CO2の直接回収を可能にする燃焼技術である．本研究では，Oxyfuel燃焼の特異性を活用したクリーン燃焼の実現に取り組んだ．微粉炭の揮発分燃焼において，CO2の反応性(CO2 + H → CO + OH)を明らかにし，これを活用することで，未燃炭化水素を抑制できることを明らかにした．さらに，O2/CO2雰囲気のチャーガス化の検討を行い，十分な活性サイト（ここでは，AAEMとの接触サイト）は，反応を促進するだけでなく，O2とCO2ガス化の競合反応を抑制し，O2/CO2ガス化速度を向上させる可能性があることを示した．

研究成果

• [国際共同研究] Massachusetts Institute of Technology(米国)
• [国際共同研究] Massachusetts Institute of Technology(米国)
• [雑誌論文] On the characteristic flow and flame times for scaling oxy and air flame stabilization modes in premixed swirl combustion (2017)
  • 著者名/発表者名: Soufien Taamallah, Nadim W Chakroun, Hirotatsu Watanabe, Santosh J. Shanbhogue, Ahmed F. Ghoniem
  • 雑誌名: Proceedings of the Combustio Institute 巻: 36 号: 3 ページ: 3799-3807
  • DOI: 10.1016/j.proci.2016.07.022
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The structure of swirl-stabilized turbulent premixed CH4/air and CH4/O2/CO2 flames and mechanisms of intense burning of oxy-flames (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirotatsu Watanabe, Santosh J. Shanbhogue, Soufien Taamallah, Nadim W. Chakroun, Ahmed F. Ghoniem
  • 雑誌名: Combustion and Flame 巻: 174 ページ: 111-119
  • DOI: 10.1016/j.combustflame.2016.09.015
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of minerals on surface morphologies and competitive reactions during char gasification in mixtures of O2 and CO2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirotatsu Watanabe, Ken Okazaki
  • 雑誌名: Proceedings of the Combustion Institute 巻: 35 号: 2 ページ: 2363-2371
  • DOI: 10.1016/j.proci.2014.06.119
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Carbonate formation during lignin pyrolysis under CO2 and its effect on char oxidation (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirotatsu Watanabe, Kiyomi Shimomura, Ken Okazaki
  • 雑誌名: Proceedings of the Combustion Institute 巻: 35 号: 2 ページ: 2423-2430
  • DOI: 10.1016/j.proci.2014.06.014
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Oxy-fuel combustionとクリーンコールテクノロジー (2015)
  • 著者名/発表者名: 渡部弘達, 岡崎健
  • 雑誌名: 日本燃焼学会誌 巻: 57 ページ: 8-15
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Experimental Investigation of Carbonate Formation Characteristics during Coal and Biomass Pyrolysis under CO2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirotatsu Watanabe, Kiyomi Shimomura, Ken Okazaki
  • 雑誌名: Energy and Fuels 巻: 28 号: 7 ページ: 4795-4800
  • DOI: 10.1021/ef500832t
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Oxy-fuel combustionと石炭火力 (2014)
  • 著者名/発表者名: 渡部弘達, 岡崎健
  • 雑誌名: 日本ガスタービン学会誌 巻: 42 ページ: 297-302
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Experimental and Kinetic Studies of Chemical Role of CO₂ in Hydrocarbon Oxidation during Fuel-Rich O₂/CO₂ Combustion (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirotatsu Watanabe, Dejudom Kiatpanachart, Ken Okazaki
  • 雑誌名: Journal of Thermal Science and Technology 巻: 8 号: 3 ページ: 504-516
  • DOI: 10.1299/jtst.8.504
  • NAID: 130004699329
  • ISSN: 1880-5566
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of CO2 in the CH4 oxidation and H2 formation during fuel-rich combustion in O2/CO2 environments (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirotatsu Watanabe, Fumiya Arai, Ken Okazaki
  • 雑誌名: Combustion and Flame 巻: 160 号: 11 ページ: 2375-2385
  • DOI: 10.1016/j.combustflame.2013.05.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] O2/CO2燃焼における Fuel-NO および Recycled-NO の還元メカニズム(CO2の反応性の影響解明) (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡部弘達，Dejudom Kiatpanachart, Ken Okazaki
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集B編 巻: 79 ページ: 1703-1713
  • NAID: 130003374894
  • 査読あり
• [雑誌論文] CO2の反応性を活用したOxy-fuel combustion (O2/CO2 combustion)の高度化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡部弘達
  • 雑誌名: 日本機械学会熱工学部門ニュースレター 巻: 69 ページ: 8-12
• [学会発表] O2/CO2/H2O雰囲気における炭化水素の反応メカニズム (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡部弘達，米野孝
  • 学会等名: 第54回燃焼シンポジウム
  • 発表場所: 仙台国際センター（仙台）
  • 年月日: 2016-11-23
• [学会発表] The structures of premixed CH4/air and CH4/O2/CO2 flames in swirl stabilized combustor (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirotatsu Watanabe, Santosh J. Shanbhogue, Soufien Taamallah, Ahmed F. Ghoniem
  • 学会等名: 第53回燃焼シンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば）
  • 年月日: 2015-11-16
• [学会発表] CO2の反応性を活用したO2/CO2燃焼における未燃炭化水素の排出抑制 (2014)
  • 著者名/発表者名: 菅井俊輔, 渡部 弘達, 岡崎健
  • 学会等名: 第52回燃焼シンポジウム
  • 発表場所: 岡山コンベンションセンター（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2014-12-03 – 2014-12-05
• [学会発表] Hydrocarbon formation and oxidation characteristics in CH4 flat flame doped with toluene under air and O2/CO2 environments (2014)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Sugai, Hirotatsu Watanabe, Ken Okazaki
  • 学会等名: The 25th International Symposium on Transport Phenomena
  • 発表場所: Aonang Villa Resort, Krabi, Thailand
  • 年月日: 2014-11-05 – 2014-11-16
• [学会発表] ROLE OF CO2 IN THE SOOT FORMATION AND REDUCTION MECHANISMS IN CH4 FLAT FLAME DOPED WITH TOLUENE UNDER O2/CO2 ENVIRONMENTS (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirotatsu Watanabe, Shunsuke Sugai, Ken Okazaki
  • 学会等名: 15th International Heat Transfer Conference
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center, Kyoto, Japan
  • 年月日: 2014-08-10 – 2014-08-15
• [学会発表] A role of CO2 in volatile matter reaction and soot formation in oxy-fuel combustion (2013)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Sugai, Hirotatsu Watanabe, Ken Okazaki
  • 学会等名: International Symposium on EcoTopia Science 2013
  • 発表場所: Nagoya University (Nagoya)
• [学会発表] Char Gasification Behavior Focusing on Surface Morphology Change during O2/CO2 Gasification (2013)
  • 著者名/発表者名: Kei Yoshikawa, Kiyomi Shimomura, Hirotatsu Watanabe, Ken Okazaki
  • 学会等名: International Symposium on EcoTopia Science 2013
  • 発表場所: Nagoya University (Nagoya)
• [学会発表] Effect of CO2 during Solid Fuel pyrolysis in oxy-fuel combustion (2013)
  • 著者名/発表者名: Kiyomi Shimomura, Hirotatsu Watanabe, Ken Okazaki
  • 学会等名: International Symposium on EcoTopia Science 2013
  • 発表場所: Nagoya University (Nagoya)
• [学会発表] Clarification of gasification behavior of solid fuel char prepared under CO2 atmosphere (2013)
  • 著者名/発表者名: Kiyomi Shimomura, Hirotatsu Watanabe, Ken Okazaki
  • 学会等名: 3rd Oxyfuel Combustion Conference
  • 発表場所: Templar castle (Ponferrada, Spain)
• [学会発表] Coal Char Gasification in O2/Ar, Ar/CO2 and O2/CO2 Environments (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirotatsu Watanabe, Li Xiaofan, Ken Okazaki
  • 学会等名: 3rd Oxyfuel Combustion Conference
  • 発表場所: Templar castle (Ponferrada, Spain)
• [学会発表] CO2回収型石炭燃焼におけるすすの生成特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 菅井俊輔，渡部弘達，岡崎健
  • 学会等名: 第51回燃焼シンポジウム
  • 発表場所: 大田区産業プラザPio（東京都）
• [学会発表] CO2 雰囲気下で生成される固体燃料のチャーガス化特性 - 灰組成の影響解明 - (2013)
  • 著者名/発表者名: 下村聖実，渡部弘達，岡崎健
  • 学会等名: 第51回燃焼シンポジウム
  • 発表場所: 大田区産業プラザPio（東京都）
• [学会発表] CO2と灰分の反応に着目した固体燃料の熱分解およびガス化プロセスの解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡部弘達，下村聖実，岡崎健
  • 学会等名: 第50回石炭科学会議
  • 発表場所: 九州大学（福岡市）
• [学会発表] O2/CO2燃焼のすす生成メカニズムにおけるCO2の反応性の影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡部弘達，菅井俊輔，岡崎健
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス2013
  • 発表場所: 弘前大学（弘前市）
• [学会発表] O2/CO2雰囲気におけるチャーのガス化挙動と表面形状変化の特異性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡部弘達，吉川恵，岡崎健
  • 学会等名: 第22回日本エネルギー学会大会
  • 発表場所: 工学院大学（東京都）
• [学会発表] CO2回収型石炭燃焼における揮発分の反応メカニズムの解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: 菅井俊輔，Dejudom Kiatpanachart, 渡部弘達，岡崎健
  • 学会等名: 第50回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: ウェスティンホテル仙台（仙台市）
• [学会発表] O2/CO2雰囲気におけるFuel-NOの生成およびRecycled-NOの還元メカニズム (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡部弘達，Dejudom Kiatpanachart, 岡崎健
  • 学会等名: 第50回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: ウェスティンホテル仙台（仙台市）
• [学会発表] An experimental and kinetic modeling study of CH4 decomposition in air and O2/CO2 fuel-rich combustion (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirotatsu Watanabe, Dejudom Kiatpanachart, Ken Okazaki
  • 学会等名: The 9th Asia-Pacific Conference on Combustion
  • 発表場所: Gyeongju Hilton Hotel(Gyeongju, Korea)
• [学会発表] O_2/CO_2雰囲気におけるチャーの細孔発達挙動の解明 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡部弘達, Li Xiaofan, 下村聖実, 岡崎健
  • 学会等名: 第50回燃焼シンポジウム
  • 発表場所: 愛知県産業労働センターウインクあいち(愛知県)
  • 年月日: 2012-12-07
• [学会発表] 燃料過濃条件下の0_2/C0_2石炭燃焼における炭化水素分解メカニズム (2012)
  • 著者名/発表者名: Kiatpanachart Dejudom, 菅井俊輔, 渡部弘達, 岡崎健
  • 学会等名: 第50回燃焼シンポジウム
  • 発表場所: 愛知県産業労働センターウインクあいち(愛知県)
  • 年月日: 2012-12-06
• [学会発表] C0_2雰囲気下での熱分解特性に着目したチャーガス化メカニズムの解明 (2012)
  • 著者名/発表者名: 下村聖実, 渡部弘達, 岡崎健
  • 学会等名: 第50回燃焼シンポジウム
  • 発表場所: 愛知県産業労働センターウインクあいち(愛知県)
  • 年月日: 2012-12-05
• [学会発表] Effect of fuel-N concentration on NO_x emission during air and O_2/CO_2 coal combustion (2012)
  • 著者名/発表者名: Dejudom Kiatpanachart, Fumiya Arai, Hirotatsu Watanabe, Ken Okazaki
  • 学会等名: The third international forum on heat transfer
  • 発表場所: 長崎ブリックホール(長崎)
  • 年月日: 2012-11-14
• [学会発表] Characteristics of volatile reactions and char gasification in O_2/CO_2 coal combustion (2012)
  • 著者名/発表者名: Li xiaofan. Kumiya Arai, Kiatpanachart Dejudom, Hirotatsu Watanabe, Ken Okazaki
  • 学会等名: 化学工学会 第44回秋季大会
  • 発表場所: 東北大学 川内北キャンパス(宮城)
  • 年月日: 2012-09-19
• [学会発表] H_2およびCO生成に及ぼすO_2/CO_2ガス化の特異性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡部弘達, Kiatpanachart Dejudom, 荒井郁也, 岡崎健
  • 学会等名: 化学工学会 第44回秋季大会
  • 発表場所: 東北大学 川内北キャンパス(宮城)
  • 年月日: 2012-09-19
• [備考]
  • URL: http://www.mech.titech.ac.jp/~epl/
• [備考] http://www.mech.titech.ac.jp/~epl/
• [備考] 東京工業大学大学院理工学研究科機械制御システム専攻エネルギー事象分野
  • URL: http://www.mech.titech.ac.jp/~epl
• [備考] エネルギー事象分野 岡崎研究室
  • URL: http://www.mech.titech.ac.jp/~epl
• [備考]
  • URL: http://www.mech.titcch.ac.jp/~epl