研究者詳細 - 成瀬　一郎

論文 - 成瀬　一郎

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廃棄物焼却炉におけるNOx濃度予測に向けた簡略燃焼反応機構の検討

傳田知広, 薄木太一, 植木保昭, 義家亮, 成瀬一郎

廃棄物資源循環学会研究発表会講演集 29 巻 ( 0 ) 頁： 301 2018年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人廃棄物資源循環学会

本研究では、ストーカ式廃棄物焼却炉における燃焼挙動の予測を目的に、簡略燃焼反応機構を適用した三次元燃焼シミュレーション手法を開発している．著者らは、これまで実用的な簡略燃焼反応機構を選定し、炉内温度分布およびCO濃度分布を概ね良好に計算できることを示した．本報では更にNOx濃度を予測するため、窒素分の化学種および素反応式を加えた新たな簡略燃焼反応機構を作成した．さらに、作成した簡略燃焼反応機構の計算精度を検討するため、汎用的な詳細燃焼反応機構であるGRI-Mech3.0をベンチマークとした層流拡散火炎の二次元解析を実施したので、ここに報告する．

DOI： 10.14912/jsmcwm.29.0_301

脱硝触媒による水銀の酸化・吸収・脱離機構の解明 Open Access

義家亮, 坂井田雅哉, 植木保昭, 成瀬一郎

東海支部総会講演会講演論文集 2018.67 巻 ( 0 ) 頁： 528 2018年

脱硝触媒による水銀の酸化・吸収・脱離機構 Open Access

義家亮, 坂井田雅哉, 植木保昭, 成瀬一郎

環境工学総合シンポジウム講演論文集 2018.28 巻 ( 0 ) 頁： 307 2018年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

The Minamata Convention on Mercury was adopted in 2013, and regulations on mercury emissions are becoming stricter all over the world. Coal combustion is one of the major mercury emission sources. The majority of mercury emissions from coal combustion is in elemental mercury. This is because elemental mercury is water-insoluble, although oxidized mercury is water-soluble and easily captured by wet scrubbing systems. In this study, we expected the De-NOx catalyst to have a mercury oxidation/capture performance and conducted mercury oxidation/capture experiment using the De-NOx catalyst as a sorbent. In the result, when HCl existed in the atmosphere, the De-NOx catalyst oxidized all of vapor mercury. On the other hand, when HCl existed in the atmosphere, the De-NOx catalyst showed high mercury capture performance. Furthermore, De-NOx catalyst maintained high mercury capture performance at a high temperature (743 K)

DOI： 10.1299/jsmeenv.2018.28.307

廃棄物燃焼過程におけるNOx生成特性の解明

塚本和峻, 義家亮, 成瀬一郎, 植木保昭, 傳田知広, 薄木太一

廃棄物資源循環学会研究発表会講演集 29 巻 ( 0 ) 頁： 309 2018年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人廃棄物資源循環学会

現在，日本のごみ処理方法のほとんどが焼却である．ごみ焼却には一般的にストーカ炉が用いられている．近年ストーカ炉では，低空気比高温燃焼が主流となっている．しかしそれにともなう問題として，火炎の不安定さに起因する大気汚染物質NOxや温室効果ガスN<sub>2</sub>Oの発生量の上昇が挙げられる．本研究では廃棄物の燃焼によるNOx生成機構の解明を目的に，廃棄物模擬燃料としてRDFを用いた燃焼実験を行いRDFの燃焼挙動及び燃焼ガスの分析を行った．RDF質量減少において，RDFは温度に比例し燃焼は速く進んだ．排ガスの測定結果から，NOx濃度は従来と異なり，温度上昇とともに減少した．RDF近傍で発生する局所的な還元雰囲気による影響と考えられる．また，素反応速度解析を用いたRDF燃焼シミュレーションを行い，比較・検討を行った．その結果，高温時HCN，NH<sub>3</sub>はほとんどがNO，N<sub>2</sub>O，N<sub>2</sub>に転換していることが分かった．

DOI： 10.14912/jsmcwm.29.0_309

“ふんりゅう”とのおつきあい

成瀬一郎

日本エネルギー学会機関誌えねるみくす 96 巻 ( 3 ) 頁： 234 2017年

P-1-2 微粉炭燃焼における灰粒子の凝集・脱離挙動のモデル化

松山達也, 植木保昭, 義家亮, 成瀬一郎

日本エネルギー学会大会講演要旨集 26 巻 ( 0 ) 頁： 256 - 257 2017年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人日本エネルギー学会

<p>One of major problems in pulverized coal combustion process is ash deposition which causes corrosion of the heat transfer tube, decrease in the heat exchange rate, blockage of the gas flow path, etc. The properties of ash particle such as particle number, particle diameter and elemental composition are very important factors to predict and control such ash deposition phenomena. Moreover, it is also important to distinguish whether an ash particle is Included Mineral (IM) or Excluded Mineral (EM). In this study, we made the models of single pulverized coal particle in combustion process using the CCSEM data of different carbon conversion and coal types gotten by DTF experiment in authors' previous study and evaluated properties of ash particles through the simulation.</p>

DOI： 10.20550/jietaikaiyoushi.26.0_256

廃プラスチックの熱分解・ガス化挙動の評価

松永新平, 植木保昭, 義家亮, 成瀬一郎

廃棄物資源循環学会研究発表会講演集 28 巻 ( 0 ) 頁： 301 2017年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人廃棄物資源循環学会

今日，廃プラスチックのエネルギー回収を実現する燃料化プロセスにおいて，タール生成低減と生成ガス増加を目的とした水蒸気添加等をともなうガス化の技術が期待されている．本研究では，3種のプラスチックについて，熱分解および水蒸気ガス化のバッチ炉実験を行い，そのガス・タール・すすの生成挙動について分析した．プラスチック試料としてABS(アクリロニトリルブタジエンスチレン), PC(ポリカーボネート), PE(ポリエチレン)の粉砕物を用いた．試料の粒径は1～2mmである．プラスチック試料の熱分解・ガス化は横型のバッチ炉を用いて行い，ガス採集実験とタール採集実験に分けて行った．炉内にN<sub>2</sub>ガスを流して不活性雰囲気にし，温度をそれぞれ973K，1073K，1173Kまで上げてから試料を約1.2g投入した．水蒸気ガス化時には炉内に水蒸気を過剰に添加した．投入された試料は熱分解・ガス化され，ガス，タール，すすを生成した．その後，採集したガス，タール，すすの成分分析，質量分析を行った．

DOI： 10.14912/jsmcwm.28.0_301

固形産業廃棄物の基礎燃焼挙動 Open Access

浅井俊比古, 植木保昭, 義家亮, 成瀬一郎, 寺崎淳一, 上野直樹

日本エネルギー学会誌 96 巻 ( 6 ) 頁： 167 - 175 2017年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人日本エネルギー学会

<p>固体可燃性廃棄物の基礎的な燃焼挙動を把握するために，電気加熱式バッチ炉を用いて固体可燃性廃棄物の等温燃焼実験を行い，廃棄物の燃焼挙動に及ぼす炉壁温度および雰囲気ガス中酸素分圧の影響について検討した。また，すべての試料について実験結果をもとに各種反応モデルを用いて速度論解析を定量的に試みたところ，以下のような知見を得た。まず，炉壁温度および酸素分圧を上昇させると燃焼完結時間は短くなる。揮発分放出時間は瀝青炭，オイルコークスおよび複合材系廃プラスチック，95％反応時間はオイルコークス，複合材系廃プラスチックおよび瀝青炭の順に短くなる。オイルコークスは容積反応モデルとグレインモデルによる並列モデルで，複合材系廃プラスチックおよび瀝青炭は容積反応モデルと細孔モデルによる並列モデルを用いることにより実験結果の反応挙動をモデル化できる。固定炭素燃焼の活性化エネルギーはオイルコークスが最も大きく，複合材系廃プラスチックおよび瀝青炭はほぼ類似している。いずれの試料においても揮発分放出については酸素分圧の反応次数がほぼ0，固定炭素燃焼は酸素分圧の反応次数がほぼ1 となる。</p>

DOI： 10.3775/jie.96.167

固体燃焼・ガス化過程における反応・環境汚染物質・灰成分の挙動解明に関する研究

成瀬一郎

日本エネルギー学会機関誌えねるみくす 96 巻 ( 3 ) 頁： 236 - 241 2017年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人日本エネルギー学会

<p>Both resources and environmental controls have globally become obvious. Although alternative energy resources should be utilized more and more, it is also necessary to enhance efficient and ecological use of fossil fuels, which have undertaken basis of global energy society. As coal is one of the even-distributed and reasonable fossil fuels worldwide, huge amount of coal has been consumed in economically developed countries, such rising countries as China and India and economically developing countries. As a result, not only tightness of the coal supply, but also increase of load of the global environment have worried in the near future. From the present viewpoint and the future trend, coal must utilize efficiently and ecologically, and another solid fuels, including biomass and solid wastes, must also be recognized as one of the alternative ones. Additionally, development of both the global, ecological and efficient utilization technologies for those solid fuels and the core and component technologies to support them as well as the academic studies to elucidate the mechanisms in the phenomena occurring have been much more important in the near future to sustain the basis of global energy society.</p>

DOI： 10.20550/jieenermix.96.3_236

P-7-10 脱硝触媒による水銀酸化・捕捉機構の解明

坂井田雅哉, 義家亮, 植木保昭, 成瀬一郎

日本エネルギー学会大会講演要旨集 26 巻 ( 0 ) 頁： 336 - 337 2017年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人日本エネルギー学会

<p>The Minamata Convention on Mercury was adopted in 2013, and regulations on mercury emissions are becoming stricter all over the world. Coal combustion is one of the major mercury emission sources. The majority of mercury emissions from coal combustion is an elemental mercury. This is because oxidized mercury is water-soluble, but on the other hand elemental mercury is water-insoluble. In this study, we expected the De-NOx catalyst to have a mercury oxidation/capture performance and conducted mercury oxidation/capture experiment using the De-NOx catalyst as a sorbent. In the result, when HCl is present in the atmosphere, the De-NOx catalyst oxidized mercury and when HCl is not present in the atmosphere, the De-NOx catalyst showed high mercury capture performance. Furthermore, De-NOx catalyst maintained high mercury capture performance at a high temperature (743 K)</p>

DOI： 10.20550/jietaikaiyoushi.26.0_336

P-5-4 各種プラスチックの熱分解および水蒸気ガス化の挙動

松永新平, 義家亮, 植木保昭, 成瀬一郎

日本エネルギー学会大会講演要旨集 26 巻 ( 0 ) 頁： 308 - 309 2017年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人日本エネルギー学会

<p>Among various recovery processes from waste plastics, the gasification with steam addition is one of the promising technologies to reduce unwanted tar and increase the conversion to syngas. In this study, batch furnace experiments of pyrolysis and steam gasification were conducted on three kinds of plastics. Gas, tar and soot and generation behaviors were examined in them. Granular samples of ABS (acrylonitrile butadiene styrene), PC (polycarbonate) and PE (polyethylene) were used as simulated waste plastics. All experiments were duplicated using different sampling trains for gas collections and tar collections. Nitrogen gas was fed into the furnace to achieve an inert atmosphere, and the temperature was raised to 973 K, 1073 K and 1173 K, respectively. 1.2 g of the sample was inserted into the furnace. In the steam gasification experiment, water vapor was entrained by the nitrogen.</p>

DOI： 10.20550/jietaikaiyoushi.26.0_308

P-1-4 石炭ガス化プロセスにおける微量成分分配挙動

渥美翔太, 植木保昭, 義家亮, 成瀬一郎

日本エネルギー学会大会講演要旨集 26 巻 ( 0 ) 頁： 260 - 261 2017年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人日本エネルギー学会

<p>In this study, we conducted coal gasification experiments by electrical drop tube furnace. In the experiments, we used Low Pressure Impactor (LPI) for the particle sampling in different particle size. Captured particles are dissolved in the acid on each particle size and the trace element concentrations of the solutions in the particles are analyzed by ICP-AES. For the consideration of the result of the experiments, we conducted thermodynamic equilibrium calculations. Calculation results support to investigate the chemical compounds of trace elements in the gasification atmosphere.</p>

DOI： 10.20550/jietaikaiyoushi.26.0_260

P-1-3 流動層を用いたOxy-Fuel石炭燃焼におけるSOx放出挙動

浅井良介, 義家亮, 植木保昭, 成瀬一郎

日本エネルギー学会大会講演要旨集 26 巻 ( 0 ) 頁： 258 - 259 2017年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人日本エネルギー学会

<p>Oxy-fuel coal combustion has drawn attention in the world as useful technique to achieve carbon dioxide capture and storage (CCS). It is a technology to enrich CO<sub>2</sub> in exhaust gas by the flue gas recirculation with additional pure O<sub>2</sub> to combustion atmosphere, which makes easy to capture CO<sub>2</sub> downstream. Meanwhile, bubbling fluidized bed coal combustion has advantages of direct de-sulfurization in bed material and reduction of thermal NO<sub>X</sub> in low combustion temperature. However, there are few studies of oxy-coal fluidized bed combustion including emission behaviors of SOx and NOx. In particular, SO<sub>3</sub> is of special concern, because the elevated SO<sub>2</sub> and H<sub>2</sub>O concentrations in boiler by the flue gas recirculation may promote the formation of SO<sub>3</sub>. Objectives of this study are to understand SOx emission behaviors during the oxy-coal fluidized bed combustion under the actual flue gas recirculation condition, compared with those under the air and CO<sub>2</sub>-O<sub>2</sub> combustion conditions.</p>

DOI： 10.20550/jietaikaiyoushi.26.0_258

石炭燃焼排ガス中水銀の酸化・捕捉特性

坂井田雅哉, 植木保昭, 義家亮, 成瀬一郎

廃棄物資源循環学会研究発表会講演集 28 巻 ( 0 ) 頁： 323 2017年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人廃棄物資源循環学会

現在、石炭燃焼に伴い排出される水銀による大気汚染が問題となっている。石炭燃焼により煙突から排出される水銀のうち大部分を0価の元素水銀が占めている。これは、2価の酸化水銀は水溶性のため排ガス処理プロセスとしてあらかじめ備え付けてある湿式脱硫装置などにより回収されるのに対して、元素水銀は非水溶性のため回収が困難であるという理由からである。そこで、本研究では酸化・捕捉剤によりガス中の元素水銀を酸化・捕捉することで取り除く方法を提案している。酸化・捕捉剤としては水銀酸化性能を有していることを期待して、粉末状の脱硝触媒を用いた。脱硝触媒粉末および比較試料の水銀用活性炭を酸化・捕捉剤に用いて充填層型の元素水銀酸化・捕捉実験を行うことで、脱硝触媒粉末の水銀酸化・捕捉性能を評価し、脱硝触媒粉末による石炭燃焼排ガス中水銀の酸化・捕捉機構について検討した。

DOI： 10.14912/jsmcwm.28.0_323

Sintering characteristics of CaO-rich municipal solid waste incineration fly ash through the addition of Si/Al-rich ash residues

Hu Hong-Yun, Liu Huan, Zhang Qiang, Zhang Ping-An, Li Ai-Jun, Yao Hong, Naruse Ichiro

JOURNAL OF MATERIAL CYCLES AND WASTE MANAGEMENT 18 巻 ( 2 ) 頁： 340 - 347 2016年4月

記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：Journal of Material Cycles and Waste Management

Thermal treatment is a promising technology for the fast disposal of hazardous municipal solid waste incineration (MSWI) fly ash in China. However, fly ash produced in grate incinerator (GFA) is rich in CaO and chlorides, which promote the formation of toxic hexavalent chromium [Cr(VI)] and ash agglomeration during the thermal process, inhibiting the thermal disposal of GFA. In this study, sintering characteristics of CaO-rich GFA were improved by adding Si/Al-rich MSWI ash residues. According to the results, ash agglomeration was well suppressed during thermal treatment of the mixed ash. Si/Al/Fe-compounds competed with un-oxidized Cr-compounds to react with CaO and suppressed Cr(VI) formation. Meanwhile, chlorides in GFA facilitated heavy metal volatilization from added ashes to the secondary fly ash, favoring the recovery of these metals. Ca-aluminosilicates was found as the main mineral phase in the thermally treated mixed ash, which has attractive potential for applications. The formation of the aluminosilicates made the heavy metals that remained in the treated mixed ash more stable than the thermally treated single ash.

DOI： 10.1007/s10163-014-0341-z

Products of High Temperature Gasification of ABS, PC and PE

NEDJALKOV Ivan, YOSHIIE Ryo, NUNOME Yoko, UEKI Yasuaki, NARUSE Ichiro

日本燃焼学会誌 58 巻 ( 186 ) 頁： 234 - 241 2016年

記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人日本燃焼学会

<p>In this study a series of steam gasification experiments were performed on three thermoplastics - Acrylonitrile butadiene styrene (ABS), Polycarbonate (PC) and Polyethylene (PE), in a batch reactor. The effects of steam flow rate and reactor temperature (600～1000℃.) on the amount of tar, soot and char have been studied. The results were then compared with those of Pyrolysis, from our previous study. In addition time of flight mass spectrometry (TOF-MS) analysis was performed to identify the fingerprints of several different tars. It was found out that steam addition has varying effects on each of the studied polymers. It had a positive effect on soot reduction in the case of ABS and PE; tar reduction in PE; and some char reduction in PC. Temperature increase was found to decrease the relative amount of tar while increasing char production. According to the TOF-MS data, the average molecular weight of tar increases with temperature increase.</p>

DOI： 10.20619/jcombsj.58.186_234

廃棄物焼却における初期熱分解の挙動 Open Access

井寺涼, 義家亮, 成瀬一郎, 植木保昭

環境工学総合シンポジウム講演論文集 2016.26 巻 ( 0 ) 頁： 304 2016年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

<p>In order to incinerate heterogeneous fuel such as waste products completely, high excess air ratio was traditionally applied to the burning zone in the incinerator. However, from viewpoints of heat recovery efficiency and flue gas treatment, low excess air ratio at high temperature has been becoming more popular for the waste incinerator year by year. Meanwhile, technologies for NOx emission control should be stricter since high temperature and flame instability under low excess air incineration conditions intend to extend NOx formation. In this study, initial pyrolysis behaviors of wastes in their incineration processes were analyzed to investigate their contributions to NOx formations.</p>

DOI： 10.1299/jsmeenv.2016.26.304

充填層ガス化炉における木質バイオマスのガス化およびタール生成・分解挙動 Open Access

植木保昭, 山田淳司, 布目陽子, 義家亮, 成瀬一郎

動力・エネルギー技術の最前線講演論文集 : シンポジウム 2016.21 巻 ( 0 ) 頁： E224 2016年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

<p>Recently, the issue of global environment becomes worse and it is caused by greenhouse gas such as carbon dioxide. Woody biomass attracts attention since it is a renewable energy source and carbon-neutral. One of the promising methods for energy conversion from woody biomass is gasification technology. The purpose of this study is to clarify the gasification behavior of woody biomass and formation/decomposition behavior of tar in the packed-bed gasifier. Gasification experiments (downdraft gasification) were carried out by using the packed-bed gasifier. In this study, pellets of black pine were fed intermittently and using air as the gasification agent. In the gasification experiments, the temperature distribution and the gas compositions in the gasifier were measured during gasification, and the amount of tar in the gasified gas was measured.</p>

DOI： 10.1299/jsmepes.2016.21.e224

廃棄物発電設備の灰付着と腐食に関する現状と課題 Open Access

長沼宏, 佐々木頼明, 成瀬一郎, 義家亮, 植木保昭, 二宮善彦, CHEN Juan, 野口学, 長洋光

日本エネルギー学会誌 95 巻 ( 11 ) 頁： 1089 - 1104 2016年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人日本エネルギー学会

<p>廃棄物焼却プラントの熱交換器では管表面にごみ中の灰が付着し，伝熱阻害や運転障害，高温腐食などの問題を引き起こす可能性がある。それらの課題解決に向けて，著者らは灰付着・高温腐食低減を可能とする伝熱管の表面改質技術開発に関する基礎的な研究を実施した。本報では，廃棄物焼却炉内での灰付着・高温腐食の機構についてレビューするとともに，本研究で実施した分析・熱力学平衡計算結果によって腐食機構を考察した。また，最近の灰付着・腐食の測定・評価方法や従来提案されている課題解決策を整理し，解決策の有効性や実現性について評価した。</p>

DOI： 10.3775/jie.95.1089

膜分離溶媒抽出を用いた廃潤滑油再生手法の開発 Open Access

義家亮, 片岡直也, 植木保昭, 成瀬一郎

廃棄物資源循環学会論文誌 27 巻 ( 0 ) 頁： 37 - 43 2016年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：一般社団法人廃棄物資源循環学会

現在，潤滑油は多岐の産業分野にわたって使用されており，国内で年間80 万 kLの廃潤滑油が発生しているが，再生潤滑油としての再生割合は約 2 %に留まる。本研究で提案する膜分離を伴う溶媒抽出は，溶媒抽出の際に使用する有機溶媒のほぼ100 %がプロセス内で循環するため省資源であるうえ，残渣は廃油中の不純物成分のみであることから廃棄物を低減できる。本研究ではこの膜分離を伴う溶媒抽出による再生手法の実証を目指す基盤研究として，廃油・溶媒を連続供給する連続処理装置の構築，2 種類の廃潤滑油を用いた連続運転におけるプロセスの評価および再生基油の品質評価を行った。評価項目として硫黄，残留炭素，動粘度，炭素数分布，水分の測定を行った。15 時間に達する連続運転において再生基油抽出が定常状態に達し，また再生基油の品質も15 時間の抽出において顕著な低下はみられず，十分に再利用可能な品質であることが確認できた。

DOI： 10.3985/jjsmcwm.27.37

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