流動触媒層反応器の宿命的限界を突破するためのフィードフォワード制御システムの開発

• 研究課題/領域番号: 25420819
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 反応工学・プロセスシステム
• 研究機関: 鹿児島大学
• 研究代表者: 甲斐 敬美 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (00177312)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 流動層 / 反応装置 / 非流動化 / 自動制御 / モル数減少 / 体積減少 / 触媒反応器 / 流動化停止 / メタン化反応 / フィードフォワード制御 / 圧力変動 / メタネーション / ウェーブレット解析 / モル数減少反応 / 制御 / 自己相関係数

研究成果の概要

反応によるモル数減少を伴う反応を流動層反応器で行うと、非流動化により安定な操作が不可能となる。これは反応によってエマルション相でのガス速度が最小流動化速度よりも小さくなることが原因である。本研究では二酸化炭素の水素化を流動層で行い、変動する圧力の平均、標準偏差、優勢周波数および周期性によって非流動化が起きやすい条件になったことを検知できることを示した。また、これらのインデックスにしきい値を設定し、その値を超えると温度やガス供給を停止することによって反応条件を非流動化域からシフトさせる自動制御を行った。これによって、非流動化の頻度やその程度を緩和し安定な操作が可能となることを明らかとした。

研究成果

• [雑誌論文] Pressure Fluctuation Analysis of the Defluidization Caused by a Reaction Involving Gas-Volume Reduction in a Fluidized Catalyst Bed (2015)
  • 著者名/発表者名: Takami Kai, Norihiro Tanaka, Kei Mizuta, Tsutomu Nakazato, Nitsuyuki Nakajima
  • 雑誌名: JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING OF JAPAN 巻: 48 号: 6 ページ: 436-443
  • DOI: 10.1252/jcej.14we334
  • NAID: 130005078109
  • ISSN: 0021-9592, 1881-1299
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mechanism of the Initial Phenomena of Defluidization Caused by Switching Fluidizing Gases (2014)
  • 著者名/発表者名: Takami Kai, Yuki Hirano, Tsutomu Nakazato, Kei Mizuta
  • 雑誌名: JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING OF JAPAN 巻: 47 号: 3 ページ: 241-247
  • DOI: 10.1252/jcej.13we246
  • NAID: 130003390888
  • ISSN: 0021-9592, 1881-1299
  • 査読あり
• [雑誌論文] Decrease in the fluidization quality of fluidized beds containing binary mixtures of different catalyst particles (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuki Hirano, Takami Kai, Toshio Tsutsui, Tsutomu Nakazato
  • 雑誌名: Chemical Engineering Science 巻: 96 ページ: 98-105
  • DOI: 10.1016/j.cej.2012.10.066
  • 査読あり
• [学会発表] 体積減少を伴う反応を流動触媒層で行う場合の流動性制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 甲斐 敬美、田中 啓寛、中里 勉、水田 敬、中島 充幸
  • 学会等名: 化学工学会第47回秋季大会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] 体積減少をともなう反応を流動触媒層で行う場合の流動性制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中啓寛，甲斐敬美，水田敬，中里勉，中島充幸
  • 学会等名: 第２０回流動化・粒子プロセッシングシンポジウム
  • 発表場所: 岡山理科大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2014-12-11 – 2014-12-12
• [学会発表] ガス体積減少反応に起因する非流動化のウェーブレット変換による解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中啓寛，甲斐敬美，水田敬，中里勉，中島充幸
  • 学会等名: 第２０回流動化・粒子プロセッシングシンポジウム
  • 発表場所: 岡山理科大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2014-12-11
• [学会発表] Application of wavelet transform for analysis of defluidization caused by the reaction involving gas-volume reduction (2014)
  • 著者名/発表者名: Norihiro Tanaka, Takami Kai, Kei Mizuta, Tsutomu Nakazato, Mitsuyuki Nakajima
  • 学会等名: The 27th International Symposium on Chemical Engineering
  • 発表場所: Putra World Trade Centre(Kuala Lumpur, Malaysia)
  • 年月日: 2014-12-05 – 2014-12-07
• [学会発表] 流動触媒層反応器における非流動化発生時の圧力変動特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中啓寛，甲斐敬美，水田敬，中里勉
  • 学会等名: 化学工学会第４６回秋季大会
  • 発表場所: 九州大学（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] 流動触媒層反応器での流動性悪化時におけるウェーブレット変換を用いた圧力信号の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中啓寛，甲斐敬美，中里勉
  • 学会等名: 第25回九州地区若手ケミカルエンジニア討論会
  • 発表場所: ANAホリデイ・インリゾート宮崎（宮崎県宮崎市）
  • 年月日: 2014-07-26 – 2014-07-27
• [学会発表] 流動触媒層反応器での非流動化発生時の圧力信号のウェーブレット解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中啓寛，甲斐敬美，水田敬，中里勉
  • 学会等名: 第51回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場（福岡県北九州市）
  • 年月日: 2014-06-28
• [学会発表] Rapid detection of defluidization during the reactions accompanied by volume decrease in a fluidized catalyst bed (2013)
  • 著者名/発表者名: Norihiro Tanaka, Takami Kai, Akihiro Matsumura, Tsutomu Nakazato
  • 学会等名: 2013 Joint of Japan/Taiwan/Koria Chemical Engineering Conference
  • 発表場所: 市民会館崇城大学ホール（熊本市）
• [学会発表] 体積減少を伴う反応を流動触媒層で行う場合の非流動化の迅速検知 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中啓寛，松村彰洋，甲斐敬美，中里勉，中島充幸
  • 学会等名: 第１９回流動化・粒子プロセッシングシンポジウム
  • 発表場所: 桐生市市民文化会館（桐生市）
• [学会発表] 流動触媒層でモル数減少を伴う反応が進行する場合の非流動化の迅速検知
  • 著者名/発表者名: 田中啓寛，甲斐敬美，中里勉
  • 学会等名: 第49回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場（北九州市）
• [備考] 鹿児島大学 研究者総覧
  • URL: http://kuris.cc.kagoshima-u.ac.jp/200438.html