成果報告書詳細
管理番号20100000001475
タイトル*平成21年度中間年報 戦略的石炭ガス化・燃焼技術開発(STEP CCT)次世代高効率石炭ガス化技術開発(H19-H21)
公開日2010/10/21
報告書年度2009 - 2009
委託先名財団法人石炭エネルギーセンター 独立行政法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P07021
部署名クリーンコール開発推進部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:1.研究開発の内容及び成果等
(1)低温ガス化
1. 水蒸気ガス化およびチャーの燃焼の基礎研究(産総研)
低温ガス化では、熱分解に伴い発生する揮発分(主に水素)とタール成分がチャーの水蒸気ガス化に及ぼす阻害効果を低減するため、流動層形式の熱分解炉をガス化反応器の直前に設置し、熱分解とガス化を分離する形式を試みた。アダロ炭による連続ガス化実験を行い、熱分解炉を設置した場合と設置しない場合との結果を比較し、熱分解とガス化の分離の効果を調べた。その結果、熱分解を分離し、分解生成物をチャーガス化反応器に同伴させないことにより、ガス生成量、チャー反応速度のいずれも5~10%程度向上し、熱分解とガス化を分離することは、石炭全体のガス化速度、ガス収率に有効であることが確認された。今回試作した熱分解装置は気泡流動層型であり、熱分解における滞留時間が長く、本プロジェクトで想定しているダウナー方式による迅速熱分解条件ではない。迅速熱分解条件ではさらなる分離の効果が期待できるが、これを確かめるため新たにダウナー形式の熱分解反応器をもつ、2塔循環式ガス化装置を設計試作した。今後これにより迅速熱分解とした場合の効果を検証する。チャーの燃焼速度では、アダロ炭チャーの燃焼における温度、圧力および粒径の影響を調べ、燃焼完結時間は、圧力が高いほど、温度が高いほど、粒径が小さいほど速くなることを明らかにした。粒径が大きいと圧力が高いほど速くなるが、温度が高くなるに連れて、その影響は小さくなる。0.5-1.0mmのような細かい粒子では、圧力の影響は小さかった。
無灰炭の触媒ガス化試験を温度、触媒種を変えて実施することにより、ガス化基礎データを取得し、その最適条件を明らかにする。また、チャーの形態とガス化反応性の関連から、無灰炭での高い反応性の理由を明らかにすることを目的とした。700℃のガス化試験を酸化鉄、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムを用いて行った結果、炭酸カリウムが最も高いガス化速度を与えた。無灰炭からのチャーのガス化は、いずれの温度でも原炭チャーに比べて高く、特に700℃以上でその効果が大きいことが分かった。SEM解析の結果、無灰炭チャーの場合、珊瑚状の多孔質炭素が形成されており、これが原炭チャーに比べて高いガス化速度が得られた理由であると考えられる。
英文要約1. Low-temperature gasification (AIST and Kyushu University)
The authors conducted a continuous gasification to compare coal gasification behavior with the pyrolysis and gasification separation. The results showed that separating the pyrolysis and not accompanying the pyrolysized products in the char gasification reactor increased the gas production and char reaction rate by 5 to 10%, respectively. In FY2009, we obtained test data on tar modification characteristics from testing not only Loy Yang coal but also Adaro coal using a drop tube/fixed-bed two-stage reactor equipped with a fixed-bed reactor immediately downstream from the reactor used for rapid pyrolysis of the coal particles as well as the tar modification characteristics analysis testing technology accumulated to date.
2. Catalytic gasification (Tohoku University, Gunma University, Kyushu University, JCOAL)
Ca (OH)2 saturated aqueous solution and natural soda ash (Na2CO3) aqueous solution were used and the Ca/Na compound catalyst loaded on the Adaro coal using the sequential ion exchange method exhibited a greater steam gasification promotion effect than when using any of them alone.
Ion exchange load is possible from a dilute solution (several ppm) of hydrometallurgy process liquid and nonelectrolytic nickel plating waste liquid. An analysis of the coal tar and biomass waste tar showed a high catalytic activity for the adjusted nickel load lignite char.
 Of the perovskite loaded catalysts, the highest gasification conversion rate was obtained from the K2CO3 10 wt%/LaMn0.8Cu0.2O3 catalyst, which contains 18% Mn. At 700oC the generation of tar was nearly zero while for gasification at 650oC and 600oC almost no tar formation was found.
During FY2009, a high-pressure thermal scale, continuous supply coal gasification equipment, and sorbent recycling (calcination) equipment were used to study the coal char and Ca loaded char reaction rate at the high hydrogen partial pressure/high steam partial pressure, the gas cleaning effect from the absorption of sulfur, etc., by the CaO (CO2 sorbent) in the coal gasification reactor and calcinations reactor, and the coal ash and sorbent separation effect from the calcinations equipment outlet cyclone and filter.
3. Analysis of the fluidization in the reactor (The University of Tokyo, Osaka University, AIST, IHI,)
A test production of a small tri-tower circulation fluidized bed cold model that includes the downer envisioned for the pyrolysis reactor was made, and the affect on the fluid of the gas seal was studied. A maximum particle circulation speed Gs =336 kg/(m2-s) is obtained. Further, actual size and 1/10 scale large circulation fluid bed gasification reactor cold models were designed and constructed.
The transport of particles from the cold model dower bottom fluid bed to the riser bottom was simulated. The results showed that the outlet overflow pipe height does not have a large affect on the particle transport speed or the average residence time.
(4) System study (AIST)
The IGCC/A-IGCC that uses the twin-tower circulation fluid bed gasification reactor was analyzed. The results that it is possible for the A-IGCC if refined gas is used at a high temperature or thermal recycling can be used with similar energy loss and achieve greater efficiency than IGCC using the same gasification reactor. In addition, it was found that even if gas refining technology similar to that of A-IGCC is used, A-IGCC demonstrates a higher efficiency than IGCC of an entrained bed gasification reactor.
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