JP2019179001A - 石炭の酸化反応試験装置、及びこれを用いた石炭の酸化反応の含水率依存性の測定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)石炭の酸化反応の含水率依存性を、当該酸化反応により消費されるか又は発生するガスを分析することにより評価する装置であり、
乾燥した不活性ガスを供給する不活性ガスラインと乾燥した酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスラインとを備えたガス供給ラインと、
前記ガス供給ラインから供給される乾燥ガスを、流量調節機構を介して独立に且つ任意の流量にて供給できる2系統の乾燥ガスラインと、
前記2系統の乾燥ガスラインのうちの1系統の乾燥ガスを、水中でバブリングさせることにより加湿する加湿器を介して、相対湿度が100%の加湿ガスとして供給できる加湿ガスラインと、
前記乾燥ガスラインよりの乾燥ガスと前記加湿ガスラインよりの加湿ガスとが混合されて、所定の相対湿度に調整された調湿ガスとして供給できる調湿ガスラインと
内部に石炭が充填されると共に、前記調湿ガスラインよりの調湿ガスが導入される反応器と、
この反応器から排出されるガスを分析するためのガス分析器と、
温度調整が可能な恒温設備とを備え、
少なくとも、前記乾燥ガスライン、加湿器、加湿ガスライン、調湿ガスライン及び反応器は、前記恒温設備内に格納されていることを特徴とする石炭の酸化反応試験装置。
(2)反応器に供給される調湿ガスの相対湿度と、反応器から排出されるガスの相対湿度とを、それぞれ独立に測定できる湿度測定器を備えることを特徴とする(1)に記載の石炭の酸化反応試験装置。
(3)ガス供給ラインには、前記不活性ガスラインと前記酸素含有ガスラインとを切り替えて供給できる切替機構を備えることを特徴とする(1)又は(2)に記載の石炭の酸化反応試験装置。
(4)前記加湿器は、水を供給する機構と水を排出する機構とを備えることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の石炭の酸化反応試験装置。
(5)反応器とガス分析器との間には、反応器から排出されるガスに含まれる水蒸気を取り除くための除湿機構を備えることを特徴とする(1)〜(4)のいずれか1項に記載の石炭の酸化反応試験装置。
(6)水蒸気の測定が可能なガス分析器を用いるとき、反応器とガス分析器との間の配管を恒温設備の温度より高く保つ結露防止機構を備えることを特徴とする(1)〜(4)のいずれか1項に記載の石炭の酸化反応試験装置。
i)乾燥した不活性ガスと、乾燥した不活性ガスを加湿器により相対湿度100%に加湿した加湿ガスとを混合して、予め、所定の相対湿度に調整された調湿ガスを生成する工程と、
ii)この生成された調湿ガスを、石炭が充填された反応器内に供給し、それを、反応器に供給されるガスの相対湿度と反応器から排出されるガスの相対湿度とが同じになるまで継続して石炭の含水率を一定にする工程と、
iii)前記ii)の工程によって石炭の含水率を一定とした状態のもと、前記不活性ガスを酸素含有ガスに切り替えることにより反応器内に調湿された酸素含有ガスを供給して、石炭の酸化反応を開始する工程と、
iv)石炭の酸化反応を開始後に、反応器から排出されるガスの分析を行う工程とを有することを特徴とする石炭の酸化反応の含水率依存性の測定方法。
(8)さらに、反応器から排出されるガスに含まれる水蒸気を取り除く工程を有することを特徴とする(7)に記載の石炭の酸化反応の含水率依存性の測定方法。
先ず、本発明において使用されるガスは、少なくとも、不活性ガス、及び不活性ガスと酸素ガスとを混合した酸素含有ガスがそれぞれ使用され、それぞれ図1に示されるように、酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスライン1と、不活性ガスを供給できる不活性ガスライン2とを有し、これらをまとめたガス供給ライン4を有するものである。当該ガス供給ライン4には、酸素含有ガスと不活性ガスとを切り替えるための切替機構(図示外)を有することもできる。前記の不活性ガスとして、窒素、アルゴン、ヘリウムなどを使用できる。なお、使用するガスは、乾燥されたガスを使用することが好ましい。
図1に示した試験装置において、ガス供給ラインからのガスとして乾燥空気を使用して、第一の乾燥ガスライン6’からの乾燥ガスと、第二の乾燥ガスライン6’’からの乾燥ガスを水を封入した加湿器7(ステンレス製、容量:1リットル)でバブリングした後の加湿ガス〔加湿ガスライン8(第二の乾燥ガスライン6’’)〕とを、それぞれのガス流量を以下の表1のように調整し、また、恒温設備15の温度を40℃として試験装置内にガスを供給したところ、以下の表1のように、反応器10前の調湿ガスの相対湿度が任意に調整されることを確認した。
図1に示した酸化反応試験装置を使用して、実際に石炭の酸化反応試験を行った。
<石炭の含水率の調整>
先ず、図2に示したような平衡含水率特性を持つ瀝青炭Aを使用して、その含水率の調整を行った。予め含水率2.1%に予備乾燥した瀝青炭A(11)を本試験装置の反応器10(ステンレス製、容量:1リットル)に約130g充填した。次に、恒温設備15の温度を調整して恒温設備15内の温度を60℃まで昇温し、温度が一定になった後、ガス供給ラインからのガスとして窒素を使用して、乾燥ガスライン6(第一の乾燥ガスライン6’)に75mL/min、加湿ガスライン8(第二の乾燥ガスライン6’’)に60mL/minの窒素を流したところ、反応器10前のガス温度は約60℃、相対湿度は約47%Rhで一定となった。反応器10後のガスの相対湿度は、試験開始直後は約70%Rhであったが時間の経過とともに低下していき、約6時間後には約47%Rhで一定となり、その後一定の値を保った(図3を参照)。これは、石炭を通過する際に湿度変化がなくなったことから、石炭とガスの水分授受はないことを意味しており、使用した瀝青炭Aの含水率は一定になったものと見なすことができる。このような操作の後、瀝青炭Aを反応器10から取り出して、加熱乾燥式の水分計によりその含水率を測定すると、1.5%と調整されていた。
瀝青炭Aの含水率の調整後、瀝青炭Aは反応器10に充填したまま、引き続き、恒温設備15内の温度を60℃に保った。ガス供給ラインよりのガスを酸素含有ガス(酸素濃度:約21%)に切り替えた後、乾燥ガスライン6(第一の乾燥ガスライン6’)には11mL/min、加湿ガスライン8(第二の乾燥ガスライン6’’)には9mL/minでそれぞれのラインからガスを流して、瀝青炭Aの酸化反応を開始した。反応開始後、反応器10より発生したCO2ガス及びCOガスの濃度を、冷却式の水蒸気トラップ18を経てガスクロマトグラフ14〔株式会社島津製、GC-2014AF(デュアルパックド/FID)〕にて測定し、これを約140時間継続した。結果を図4に示す。
また、比較として、含水率を0%まで乾燥させた瀝青炭Aを用いて含水率の調整は行わず、さらに、酸化反応において使用するガスとして乾燥ガスライン6(第一の乾燥ガスライン6’)のみを使用し、20mL/minにて乾燥した酸素含有ガスを流したが、それら以外は前記の実施例2と同様の方法で酸化反応をさせて、反応器10より発生したCO2ガス及びCOガスの濃度を同じように測定した。結果を図5に示す。
この結果から、本発明に係る装置及び方法を用いることにより、石炭の含水率に応じた酸化反応を長時間に亘って実施できることが分かり、含水率によって石炭の酸化反応が異なるといった結果を実際に確認することができた。
Claims (8)
- 石炭の酸化反応の含水率依存性を、当該酸化反応により消費されるか又は発生するガスを分析することにより評価する装置であり、
乾燥した不活性ガスを供給する不活性ガスラインと乾燥した酸素含有ガスを供給する酸素含有ガスラインとを備えたガス供給ラインと、
前記ガス供給ラインから供給される乾燥ガスを、流量調節機構を介して独立に且つ任意の流量にて供給できる2系統の乾燥ガスラインと、
前記2系統の乾燥ガスラインのうちの1系統の乾燥ガスを、水中でバブリングさせることにより加湿する加湿器を介して、相対湿度が100%の加湿ガスとして供給できる加湿ガスラインと、
前記乾燥ガスラインよりの乾燥ガスと前記加湿ガスラインよりの加湿ガスとが混合されて、所定の相対湿度に調整された調湿ガスとして供給できる調湿ガスラインと
内部に石炭が充填されると共に、前記調湿ガスラインよりの調湿ガスが導入される反応器と、
この反応器から排出されるガスを分析するためのガス分析器と、
温度調整が可能な恒温設備とを備え、
少なくとも、前記乾燥ガスライン、加湿器、加湿ガスライン、調湿ガスライン及び反応器は、前記恒温設備内に格納されていることを特徴とする石炭の酸化反応試験装置。 - 反応器に供給される調湿ガスの相対湿度と、反応器から排出されるガスの相対湿度とを、それぞれ独立に測定できる湿度測定器を備えることを特徴とする請求項1に記載の石炭の酸化反応試験装置。
- ガス供給ラインには、前記不活性ガスラインと前記酸素含有ガスラインとを切り替えて供給できる切替機構を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の石炭の酸化反応試験装置。
- 前記加湿器は、水を供給する機構と水を排出する機構とを備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の石炭の酸化反応試験装置。
- 反応器とガス分析器との間には、反応器から排出されるガスに含まれる水蒸気を取り除くための除湿機構を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の石炭の酸化反応試験装置。
- 水蒸気の測定が可能なガス分析器を用いるとき、反応器とガス分析器との間の配管を恒温設備の温度より高く保つ結露防止機構を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の石炭の酸化反応試験装置。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の石炭の酸化反応試験装置を用いて、石炭の酸化反応の含水率依存性を測定する方法であって、前記恒温設備の温度を所定の温度に調整した後に、
i)乾燥した不活性ガスと、乾燥した不活性ガスを加湿器により相対湿度100%に加湿した加湿ガスとを混合して、予め、所定の相対湿度に調整された調湿ガスを生成する工程と、
ii)この生成された調湿ガスを、石炭が充填された反応器内に供給し、それを、反応器に供給されるガスの相対湿度と反応器から排出されるガスの相対湿度とが同じになるまで継続して石炭の含水率を一定にする工程と、
iii)前記ii)の工程によって石炭の含水率を一定とした状態のもと、前記不活性ガスを酸素含有ガスに切り替えることにより反応器内に調湿された酸素含有ガスを供給して、石炭の酸化反応を開始する工程と、
iv)石炭の酸化反応を開始後に、反応器から排出されるガスの分析を行う工程とを有することを特徴とする石炭の酸化反応の含水率依存性の測定方法。 - さらに、反応器から排出されるガスに含まれる水蒸気を取り除く工程を有することを特徴とする請求項7に記載の石炭の酸化反応の含水率依存性の測定方法。
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