メタネーションの動向、プロセスの設計とシミュレーション技術

第1部 カーボンリサイクル、メタネーションの現状と最新動向

(2022年9月29日 10:30〜12:00)

　研究者として日々カーボンリサイクルなどの研究に携わるとともに、政策立案のサポートや国際的学術誌の基幹エディターとしての仕事、学会の運営、など多岐にわたる業務に携わり、国内外の動向を見てきています。

1. カーボンリサイクルの前提となる自然科学的背景
2. カーボンリサイクルの前提となる社会科学的背景
3. カーボンリサイクル関連の政策動向
4. カーボンリサイクル関連の技術一覧
   1. 外部水素を用いる系
      • 逆水性ガスシフト
      • ギ酸合成
      • メタノール合成
      • エタノール合成
      • メタン合成
   2. 外部水素を用いない系
      • 電解合成など
   3. 二酸化炭素回収関連技術
   4. バイオマス利活用によるカーボンリサイクル
   5. DACやBECCS、ネガティブエミッション技術の現状と今後
5. 今後の展望
• 質疑応答

第2部 実験室規模メタネーションプロセスのプロセス設計

- 反応速度、反応平衡、伝熱を考慮したプロセス設計 -

(2022年9月29日 13:00〜14:30)

　メタネーションプロセスは単に反応速度だけでなく、反応平衡や伝熱 (除熱) がポイントとなります。反応平衡はシミュレーションにより推算できるので、十分反応速度が速いと仮定した条件で操作因子が反応転化率に与える影響をまず把握します。次に、反応系から反応熱を除熱して、反応温度を制御することを伝熱の観点から考察し、反応速度、反応平衡、伝熱の係わりの理解を深めて頂きます。 　本セミナーでは、上記について、これからメタネーション技術に携わる方、着手し始めた方に向けて解説をします。

1. メタネーションプロセスとは
   1. 化学量論式
   2. 反応平衡
   3. 反応速度
   4. 伝熱 (除熱)
   5. プロセス設計、基本設計、詳細設計
2. メタネーションプロセスの実際:反応からプロセスの設計事例まで
   1. 反応速度
   2. 反応平衡シミュレーション
      1. 断熱反応
      2. 熱交換反応
      3. プロセス構築事例
   3. 反応器の伝熱
      1. 反応器の熱交換設計
      2. 反応器の伝熱シミュレーション
   4. プロセス設計事例 (ベンチ設備)
      1. 全体プロセス設計
      2. 冷却系の設計
      3. 機器概要設計
      4. ベンチ設備によるデータ取得
• 質疑応答

第3部 メタネーション触媒反応速度モデルの開発と反応器熱流体数値解析技術

(2022年9月29日 14:45〜16:15)

　メタネーション (サバティエ反応) は発見から1世紀以上が経過しており、優れた触媒の開発といった要素技術の開発が進んでおり、研究開発の段階としては、当該プロセスを大規模で実証するための反応器の設計や熱マネジメント含む化学工学的な研究のフェーズにあるといえます。 　ここでは、反応速度のモデル化や発熱反応であるメタネーション反応の制御や反応器の設計に有用となる反応器の数値流体力学 (CFD) シミュレーションに関する研究事例を紹介します。

1. メタネーションの概要
   1. 触媒
   2. 反応器
   3. プロセス
2. メタネーション反応速度
   1. 測定事例
   2. 反応速度モデルの構築とパラメーター決定の事例
3. 反応器熱流体数値解析
   1. 支配方程式
   2. 計算格子の作成
   3. オープンソース数値流体解析ツールOpenFOAMを用いた解析事例
   4. 市販数値流体解析ツールCOMSOLを用いた解析事例
4. まとめ
• 質疑応答