| 研究課題/領域番号 |
21K04748
|
|---|
| 研究機関 | 新潟大学 |
|---|
研究代表者 |
多島 秀男 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (90456351)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| キーワード | ハイドレート / ガス分離 / 気液固三相 / 物質移動 |
|---|
| 研究実績の概要 |
本研究では，申請者所有のハイドレート形成・分解装置を改修利用してハイドレート化ガス分離プロセスでの物質移動特性を明らかにすることを目的とし，特に物質移動係数への種々の因子の影響に注目した。
本研究では，特に2つの課題をそれぞれ検討することにより，ハイドレート化ガス分離プロセスの新たな分離性能評価や設計指針の創出を目指している。本研究では温暖化ガスでありかつ低圧モデルガスとして主にR134a，R32，R410A，六フッ化硫黄，および窒素との混合ガスを用いた。令和3年度は，ハイドレート形成装置改良及びハイドレート形成・ガス吸収時の物質移動特性を評価方法の検討（課題1）と，補足試験のハイドレートスラリー粘性（課題2）の評価に着目した。
課題1物質移動特性：申請者らがこれまでに明らかにしてきたハイドレート化装置の気液分離部改良とスラリーポンプ交換を行った。これまでよりもスラリー流動性・粒子回収を改善することができた。ただし実験可能流量範囲が限られたため，さらに反応器部分からの改良を進める予定である。改良中にはこれまでのデータを再整理・再検討し，みかけの物質移動係数が10-5 m/sオーダーになること，ハイドレート形成中の上昇気泡径や物質移動係数が工学的無次元式で整理できる可能性を示した。
課題2スラリー流動性評価：補足試験として現有する水平ループ管型のスラリー流動解析装置から温度圧力一定条件の下での純ガス（R134a，R32，SF6）ハイドレートスラリーの流動性と粘性を評価した。特にSF6については層流でのスラリー相対粘度は見かけ粒子ホールドアップによってハッペルの式で整理できること，およびスラリー流速と圧力損失の関係から流動様式を評価できることが示唆された。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究では，申請者所有のハイドレート形成・分解装置を改修利用してハイドレート化ガス分離プロセスでの物質移動特性を明らかにすることを目的とし，特に物質移動係数への種々の因子の影響に注目している。
令和３年度は，ガス分離部を中心とする現有装置の改良および新規データの取得，既得測定データの再解析による物質移動特性の評価方法の検討，および粒子挙動評価を行うための補足試験として純ガスハイドレートスラリー粘性の検討を行った。これらは当初計画に基づいたものである。
装置改良については，初めに装置内流動性改善を目指して当初計画通りにガス分離部の製作とスラリーポンプの選定・交換を行った。これにより流動性が改善された。制御流速範囲が限られたが，基本データは取得することができた。より広範囲流速でデータ取得するには，反応器も含めた塔径変化が必要であり，次年度以降の実施を再計画する。物質移動特性に関する既得データの解析では，当初計画通り，上昇気泡径や物質移動係数の算出と無次元数での整理，について評価方法を検討し，おおむね予想通りの関係式で表せる可能性を示すことができている。今後の新規データでさらに検討を進める。粒子挙動評価に関しては，当初予定通り既往の研究に従ってハイドレートスラリー粘性評価を行った。SF6についても，層流でのスラリー相対粘度が見かけ粒子ホールドアップを用いて評価できる可能性，および流動様式をスラリー流速で評価できる可能性を示した。
以上の結果より，令和３年度の本研究計画は当初計画通りほぼ進行しているといえ，「おおむね順調に進展している」とした。
|
| 今後の研究の推進方策 |
令和３年度に引き続き，ハイドレート形成時の物質移動特性および粒子凝集性試験の流動特性に着目する。
物質移動特性については，前年からの引継事項である広範囲流速でのデータ取得を目指し，反応器も含めた塔径の改良を行う。これに伴い，ガス導入部および気液分離部についても同様に見直す。これにより，さらに流動生が改善し広範囲流速でのデータ取得が可能となり，粒子ホールドアップ等の検討範囲も広がるため，物質移動係数の無次元式の適用範囲が広がるものと思われる。順調に進捗できれば，最終年度でのハイドレート分解時についての解析・整理への可用性について先行して検討することが可能である。
流動性に関しては，疑似粒子や凝集抑制物質添加による粒子挙動評価を行うことのために，初めに疑似２次元気泡観察装置を試作し，疑似固液スラリー中での気泡・固体挙動を観察する。疑似固体にはハイドレート粒子を模擬した粒径100~500 μmの粒子から始め，大気圧下でセミクラスレート化する臭化テトラブチルアンモニウム水溶液による検討，最終的にフッ素系ガスによる加圧下でのハイドレート存在下による観察を実施する。気泡や固体の流動性について無次元式による整理を行う。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
当初計画に基づく装置改良については，想定よりも低価格に抑えられたものの，その結果に基づいて本研究での目的である流動性改善効果をさらに期待するために，反応器も含めた改良をさらに進めることとした。しかし，予定する反応器製作に計画・設計から４ヶ月程度を要することとなり，年度をまたぐこととなったために，関係する改良のための物品購入費も含めて次年度使用が生じた。このため，繰越金は主に，これらの反応器製作費用，それに伴うガス供給部とガス分離部の改良費用，設置のための物品購入費用に充てられる予定である。また，一部は当初計画の流動性観察のための材料費用等に充てられる予定である。
当初計画に基づく情報収集・発表のための旅費については，国際会議が中止，国内会議がオンライン開催になったことにより，旅費支出がなかった。今後の会議出席に利用する予定である。
当初計画に基づく人件費については，感染症対策により所属学生への依頼が困難となり，利用を控えた。次年度以降に状況によって実施する予定とする。
|
