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石炭ガス化炉解析モデルの開発

目的
・従来の石炭燃焼やガス化とは異なり、石炭を高温高圧水中で、生成するCO2をCaO等の吸収剤で吸収しながら反応させることにより、単一の反応器内で大量の水素を効率よく生産すると同時に、発生するCO2を容易に分離回収する技術を開発する事を目的としている。
・本技術で生産される水素の一部は水に由来するもので、石炭をエネルギー源としてクリーンな水素を大量に生産できるとともに、生成するガスの大部分は水素で、しかも、その水素は石炭中の灰分や硫黄分等を含まず、非常に純度が高いことから、ガス精製を必要とせずそのままクリーンエネルギーとして燃料電池、ガスタービン、水素自動車および化学原料として使うことを考えている。

解析条件
汎用熱流体解析コードPHOENICSを使用し、ガス、微粉炭、固体ペレット、タールの4つの相の流動や反応を含む移動床式石炭ガス化炉を解析する
4相流計算における、各相の取り扱い物質は以下である。
   第1相  ガス  CO,CO2,O2,H2O,H2,CH4,N2
   第2相  粒子  含有水、石炭、チャー、灰
   第3相  固体  石炭と酸化カルシウムのペレット及び固体反応生成物
   第4相  液体  タール

Figure 1. 計算結果(タール生成速度・微粉炭揮発速度)

Figure 2.各成分計算結果1

Figure 3.各成分計算結果2

まとめ
・MUSES (MUltiply SharEd Space Procedure) のテクニックを使用し、ガス、微粉炭、ペレット、タールの4つの相の流動や反応を含む移動床式石炭ガス化炉内の反応による炉内温度、ガス・固体成分分布を得ることが可能となった。
・同時にペレット相酸化カルシウムの反応を取り扱うことにより、ペレット投入初期に起こる酸化カルシウムの反応による温度上昇を見ることが可能となった。

石炭ガス化炉解析モデルの開発

三菱マテリアル株式会社 戴

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