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循環流動層は、燃焼、ガス化、焼成など多くの産業プロセスにおいて広く利用されています。伏見研究室(と共同研究先:東大、弘前大、産総研、九大)では、種々の流動層のうち、三層結合型循環流動層(TBCFB)を石炭のガス化へ応用する技術について研究しています。石炭のガス化とは、二酸化炭素などの地球環境に悪影響を及ぼすガスの排出量を削減しつつ、石炭から燃料となるガスを得る技術です。

効率よく石炭をガス化するためには、石炭の熱分解により生じるタール蒸気を除去する必要があります。タール蒸気は、石炭のガス化を強く阻害することが知られています。これまでの研究において、TBCFBで不活性固体培地と一緒に未反応の石炭を大量に循環させることによって、熱分解においてタール濃度が大幅に低減する可能性が指摘されていました。質量および熱の収支、熱分解及びガス化の動力学の観点からは、高い質量流束(単位時間、単位断面積あたりの質量流量)でチャーとともに大量の不活性固体培地を循環させることが必要ですが、これまでそのようなデータは存在しませんでした。

そこで、研究グループでは、高い質量流束下でのTBCFBにおける固体の二成分混合物(珪砂とナイロンショット(石炭の代用))の流体力学的挙動を検証しました。

その結果、現状のTBCFBで、顕著な問題を生じさせずに大量のナイロンショットを循環させることに成功し、また新規開発された圧力収支モデルを用いることによって、高い質量流束において珪砂とナイロンショットのそれぞれの固体質量流束などの重要な実験データが得られました。

この研究は、地球環境に優しいエネルギー技術の研究として役立ちます。

詳しくは、Advanced Powder Technologyをご覧ください。

Circulating fluidized beds (CFBs) have been widely used in industrial processes such as combustion, gasification, calcinations etc.

Fushimi Research Group (with collaborators from Univ. of Tokyo, Hirosaki Univ., National Inst. of Adv. Industrial Sci. & Tech., and Kyushu Univ.) has been studying around the technologies of a triple-bed circulating fluidized bed (TBCFB) as a coal gasifier. Coal gasification is a technology of extracting the fuel gas from coal, preventing from emission of adverse affecting gas on the global environment.

It is imperative to increase rate of steam gasification of char at low temperatures and to promote tar decomposition/reforming in the TBCFB gasifier. Tar vapor is a stronger inhibitor of gasification. Some studies so far show a possibility of rapid tar decomposition by circulating a large amount of unreacted char together with inert solid media in the TBCFB. From viewpoint of mass and heat balance, and kinetics of pyrolysis and gasification, it is necessary to circulate a large amount of char and inert solid media with high mass flux. However, there has been no study around such condition.

In this research, flow behaviors of binary mixture of silica sand and nylonshot (coal char substitute) were investigated in a TBCFB.

Through the research, the large amount of nylonshot can be successfully circulated without causing significant segregation in the present TBCFB. Moreover, the modified pressure balance model was successfully set up to predict the mass flux of binary solids mixture.

This research is useful for the “green” energy technologies.

For further reading: Advanced Powder Technology

東京農工大学・化学システム工学科からの研究トピックス:
Research topic from TUAT Chemical Engineering