石炭の燃焼　酸素濃度による違い

はじめに

石炭の燃焼について酸素濃度を変えた雰囲気下でTG-DTA測定を行い、燃焼に伴う減量および発熱に及ぼす酸素濃度の影響を評価しました。

測定・解析例

測定は、石炭粉末約5mgをPt製試料容器に入れ、Air のO₂濃度（20%）を基準として、AirとN₂ガスを混合して調整した酸素濃度4%、10%、20%の各雰囲気下（200mL/minフロー）、昇温速度10℃/minで実施しました。

図 1　TG-DTA測定結果

各雰囲気において300°C付近から650°Cにかけて燃焼に伴う2段階の減量と発熱が現れています。酸素濃度が低くなるに従って、減量および発熱ピークは高温側にシフトし、開始温度と終了温度の差も大きくなっています。

図 2　減量率-温度　プロット

図2に10%～90%の各減量率に達する温度をプロットした結果を示します。各減量率に達する温度は、酸素濃度が低くなるにしたがって高温側にシフトしており、特に減量率が30%以上の領域ではシフト量が大きくなっています。このことから、この領域における燃焼反応は酸素濃度の影響を強く受けることがわかります。

このようにTG-DTAは燃焼などの酸素が関与する反応について、酸素濃度依存性を評価する簡便かつ有効な手法です。