成果報告書詳細
管理番号20130000000240
タイトル平成19年度-平成23年度成果報告書 エネルギーイノベーションプログラム ゼロエミッション石炭火力技術開発プロジェクト 次世代高効率石炭ガス化技術開発
公開日2013/5/31
報告書年度2007 - 2011
委託先名独立行政法人産業技術総合研究所 一般財団法人石炭エネルギーセンター 国立大学法人東京大学 国立大学法人大阪大学 国立大学法人九州大学
プロジェクト番号P07021
部署名環境部
和文要約本研究開発では「エクセルギー再生」の概念を導入し、石炭をできるだけ低温で水蒸気ガス化し、そのガス化に必要な熱をプロセス後段の排熱を再生利用し、化学反応を介して熱エネルギーを質的に再生することでシステム発電効率を飛躍的に向上させる目的として、以下の主要課題に対する研究開発を実施した。
(1)低温ガス化
 チャーの水蒸気ガス化の阻害要因となるタール、揮発分を事前に分離するダウナー型熱分解炉、流動層チャー水蒸気ガス化炉、ライザー形式未燃チャーの部分酸化炉の3塔から構成される循環流動層ガス化炉を選定した。石炭の低温水蒸気ガス化には,揮発成分・チャー相互作用の排除によるチャーガス化の高速化、及び揮発成分・チャー相互作用の強化によるタールの迅速分解が必要であることを提示し、提案する粒子循環型反応器システムの有効性を実験室規模の模擬反応系により検証した。
(2)触媒ガス化
 Caを利用するケミカルルーピングガス化法を連続装置、要素確認装置により検証し、反応の低温化のみならず、タールの分解、硫黄分の除去、CO2の分離回収にも有効であることを確認した。CaCO3, KCl, Na2CO3等の天然鉱物を触媒とする低温ガス化は、担持法等の最適化により、700℃程度の低温域においても十分なガス化速度が得られた。廃棄物を利用する触媒ガス化として、Niの湿式精錬工程液と無電解ニッケルメッキ廃液からのイオン交換担持および担持炭のガス化活性を確認した。分離可能で再利用化可能な触媒として、ペロブスカイト酸化物担体に炭酸カリウム(K2CO3)を担持した触媒を開発した。
(3)炉内流動解析
 ライザー高さ17mのコールドモデルにより、高濃度・高循環量を実現するための構造を調べた。常圧常温での粒子循環量Gsとして546を達成した。同時に、固気分離効率99.88%を達成した。この値から、実機の高温高圧条件では、プロセスが要求する粒子循環量と粒子濃度を達成できると判断される。 また、DEM-CFD法、粒子間付着力等手法を導入し、反応器流動挙動のシミュレーションを行い、おおむねコールドモデルの実験結果を説明できた。
(4)システム検討
 エクセルギー再生を行う、A-IGCC, A-IGFCの最適構成について、プロセスシミュレーターによるプロセス解析を実施した。
 石炭ガス化炉、燃焼器、ガスタービン、HRSG、蒸気タービンと燃焼後CO2回収装置から構成されるA-IGCCでは、アダロ炭を用いた場合の効率は57%(HHV)であるが、酸素製造動力で1%消費するため実質56%(HHV)であり、酸素製造動力以外の所内率を5%として51%(HHV)の送電端効率となる。
 石炭ガス化炉、燃料電池、燃焼器、ガスタービン、HRSG、蒸気タービンと燃焼後CO2回収装置から構成されるA-IGFCでは、エクセルギー再生の概念を活用することにより、熱効率発65%の目標値を達成できることを示した。
英文要約A coal gasification system proposed for even higher efficiency could gasifies coal at low temperatures while reusing the waste heat of high temperature gas turbine or fuel cell for the heat necessary in the gasification, thus establishing an exergy regeneration system to drastically improve the power generation efficiency. Main research results are shown in following.
1. Low-temperature gasification (AIST and Kyushu University)
 A circulating fluidized bed gasification equipment that uses three reactors, a drop tube pyrolytic reactor, a bubbling fluidized bed gasifier, and a raiser combustor was selected, in order to pre separating block matters which are tar and volatile for char gasification. By a laboratory scale facility experiment, it was confirmed that removing volatile matter for raising char gasifiation rate, and interacting volatile matter with char for improving tar decomposition are effective for low temperature coal gasification.
2. Catalytic gasification and chemical loop gasification (Akita University, Gunma University, Kyushu University, JCOAL)
 CaO chemical-loop coal gasification was confirmed by using continuous and batch experimental facilities. Results shown that, CaO chemical-loop is useful not only for improving low temperature coal gasification rate, but also for decomposing tar, removing sulfur materials and capturing CO2 during gasification. By optimizing loading conditions, CaCO3, KCl and Na2CO3 content natural minerals can be used to obtain enough catalysis coal gasification rate even at lower temperature as 700 oC It is also confirmed that, the Ni-loading on coal using the process liquid in Ni-refining and the electroless Ni-plating waste liquor is useful to obtain the activity of coal catalysis gasification under low temperature. A separable type catalyst by loading K2CO3 on perovskite support was also developed for reuse.
3. Analysis of the fluidization in the reactor (The University of Tokyo, Osaka University, AIST)
 The particle fluidization properties under high-speed and high density were investigated by using in a large circulation fluid bed cold model with a riser is 17m high. Results shown that, the Gs can achieve 546, and the solid-gas separation rate can be higher as 99.88%.
Reactor fluidization was simulated using a DEM-CFD method and an interparticle adhesion force model, and result was compared with the cold model experiment.
4. System study (AIST)
 The A-IGCC/A-IGFC systems with optimal composition were analyzed by using a process simulator. Results shown that, the A-IGCC system constituted with gasifier, combustor, gas turbine, HRSG, steam turbine and post CO2 capture, had power efficiency as higher as 57%(HHV). The net efficiency was about 51%(HHV) without plant auxiliary power 7%. The A-IGFC system constituted with gasifier, fuel cell, combustor, gas turbine, HRSG, steam turbine and a post CO2 capture had possibility to achieve the target of power efficiency 65% with exergy regeneration in the system.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る