成果報告書詳細
管理番号20120000000878
タイトル平成22年度~23年度成果報告書 バイオマスエネルギー技術研究開発/戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発事業(次世代技術開発)
軽油代替燃料としてのBTL製造技術開発 BTLプロセスの小型化・高効率化・低コスト化を目指したFT反応装置の研究開発
公開日2012/12/26
報告書年度2010-2011
委託先名中外炉工業株式会社
プロジェクト番号P10010
部署名新エネルギー部
和文要約本研究は、次世代バイオ燃料製造技術として位置づけられているBTL(Biomass to Liquid)プロセスについて、FT反応装置の小型化、高効率化、低コスト化を目指した研究開発を行い、コスト競争力のある技術をベンチスケールで確立するとともに、スケールアップと実用化にあたって必要な技術課題を明確化することを目的とするものである。
また本研究では小型化、低コスト化が容易な固定床反応装置をベースに、熱伝導性を改良するとともに、生成物の回収口を複数設置し、反応器内で自然に分離したFT反応生成物を回収することで、蒸留工程を簡略化できる新規FT反応装置(10L/日規模)を設計・製作し、再委託先が保有するガス化炉、ガス精製装置、シフトコンバーター、圧縮機に接続し、実際に木質バイオマスのガス化で得られたガスを原料として種々の条件で運転データを取り、物質収支、熱収支を明らかにするとともに、その結果に基づいて装置の改良を行った。さらに上記実験で得られた新規FT反応装置の特性データと事業者が自社技術として保有する木質バイオマスのガス化技術、ガス精製技術に基づくデータを使って、BTLプロセス全体のエネルギー効率を計算した。
本研究の成果としては、平成22 年度は新規FT反応装置の設計・製作を行い、再委託先である産業技術総合研究所中国センターに設置した。平成23年度に当該装置を用いて様々な条件での運転データを取得し、並行して装置の改良を行った。各種の条件での運転の結果、圧力4.0 MPa、温度285℃でのFT反応において従来のFT反応装置と比較した場合、FT反応の効率が向上するとともに、反応生成物中の軽油の割合が高くなった。また、得られたデータに基づいてFT反応の物質収支・熱収支を検討すると、熱量基準での原料ガスの炭素数5以上の炭化水素への転換率は44.3%となった。更にここで得られたFT反応の実験データと木質バイオマスのガス化発電・熱供給システムの運転データを用いて、BTLプロセスを実用化規模(原料投入量日量100 t-wet)にスケールアップした場合のプロセス検討を行った。その結果、設備コストは86.5億円から64.7億円へ、エネルギー消費量を3 MJ/sから0.54 MJ/sへそれぞれ目標である25%以上削減させることができる見込みであり、エネルギー収支は22~25、生成物の製造コストが134円/L、エネルギー回収率は0.2となった。
英文要約In this research, we have developed the downsized, high efficiency and low cost novel FT synthesis apparatus in the BTL (Biomass to Liquid) process which is next generation bio-liquid fuel production technology. The purpose is to establish the cost effective technology in the bench-scale and to clarify the technological problem for scale-up and practical application.
Slurry-type reactor is generally used for FT synthesis reaction because this type reactor has good thermal conductivity and the heat generated from FT synthesis reaction is easily removed. The basic design for new FT synthesis apparatus which has the productivity of 10 liters per a day was conducted. The apparatus was also connected to the gasifier, gas purifying unit, shift-converter and high-pressure compressor. FT synthesis reactions under various conditions were carried out in the FT synthesis apparatus using the synthesis gas which was produced by gasification of woody biomass. From these results, material balance and heat balance were calculated and apparatus was improved. In addition, based on the combination of the specific property data of FT synthesis apparatus from above reaction results and the technology data on biomass gasification we accumulated on commercial systems, we have estimated the total process efficiency and cost in the BTL process.
In FY2010, the basic design and manufacture for new FT synthesis apparatus was carried out and the apparatus was delivered and installed at National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Biomass Technology Research Center. In FY2011, we have carried out the FT synthesis reaction under various conditions and obtained various results for FT synthesis apparatus improvement of the FT synthesis apparatus was also done. From the various FT synthesis operations, it was found that the FT synthesis reactivity is enhanced and the rate of diesel fraction in the product is also improved compared with the conventional FT synthesis apparatus at 285℃, 4.0 MPa. In addition, material balance and heat balance were also calculated based from these results. We found that the conversion rate based on the heating value of law material gas to the C5+ hydrocarbon products is 44.3%. Furthermore, based on these FT synthesis reaction data and technology data for biomass gasification power generation and/or thermal supply system operation data, we have investigated the scale-up practical application BTL process(law material:100 ton-wet/day). As the result, cost of facilities could be decreased from 8.65 billion yen to 6.47 billion yen and energy consumption could be decreased 3.0 MJ/s to 0.54 MJ/s respectively, and this reduction degree is higher than the desired value 25%. Energy balance also corresponds to 22-25 and cost of product is 134 yen/L, energy recovery rate is calculated as 0.2 each other.
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