成果報告書詳細
管理番号20130000000152
タイトル*平成24年度中間年報 バイオマスから高品位液体燃料を製造する水蒸気-水添ハイブリッドガス化液体燃料製造プロセスの研究開発
公開日2013/6/25
報告書年度2012 - 2012
委託先名国立大学法人群馬大学 キンセイ産業株式会社
プロジェクト番号P10010
部署名新エネルギー部
和文要約各タスクについて、以下の成果を得た。
1-1 3室内部循環流動層粒子循環システムの確立(群馬大学)
従来、1粒子についてのみ検討してきたJ型ループシール構造の粒子循環モデルについて、別の粒子径に対して適用可能かどうか検討した。2種類のガラス粒子(dp=105μmおよび125μm)について、粒子循環速度を測定し、その定式で整理できることが示された。 実験データが少ない(粒径2水準、層高2水準)ため、25年度により多くの条件で実験データを収集し、a-dを粒径および層高の相関式として整理する。これによって、各反応塔の熱物質収支を満足するための粒径と充てん量を推算する方法を確立する。3室内部循環流動層コールドモデルを使用して、上記の粒子循環量速度相関式の検証を行った。コールドモデルに色つき粒子を投入し、各流動層の色度変化をCCDカメラで実測した。色度変化の実測値と、粒子循環速度相関式から予測された流動層の色度はおおむね一致しており、相関式を利用して粒子循環を制御可能であることが示された。
1-2 3室内部循環流動層実証機の確立(群馬大学・キンセイ産業)
2t/dの3室内部循環流動層を設計・製作した。昇温試験を完了し、珪砂による流動化実験を実施中した。製作した試験装置を使って、木質バイオマスを熱分解炉に供給し、タールの回収を行った。熱分解で得られたタールのガス化炉へ供給系はほぼ問題なく稼働することを確認した。しかし、蒸気ラインの保温不足による水蒸気量の不足で、3室全体を流動化させる試験はできていない。蒸気ラインの改修およびタール、ガスの分析は25年度に実施することとした。
1-3 水添ガス化反応器の確立(キンセイ産業・群馬大学)
熱分解タールを水添ガス化するベンチスケール反応装置を製作した。製作し水添ガス化反応装置について、タールの水添ガス化を実施するための予備実験を行った。予備実験において、触媒層温度600度、水素100%、 ガス空塔速度10cm/s(滞留時間1s)での安定運転を確認した。さらに、予備硫化を行わないCoMo触媒充てん状態で、上記条件において0.67g-tar/minでタール供給実験(100分)を行い、タールによる供給系等の閉塞が生じないことを確認した。25年度に、触媒予備硫化のための排ガス処理系を組み込み、予備硫化を行ったCoMo触媒による熱分解タールの水添ガス化試験を実施することとした。
2-1a 廃棄物/バイオマス熱分解ガス化時の有害成分の挙動の明確化(再委託:小山高専)
森林バイオマス中には窒素や硫黄などの含有率が低く、環境影響やシステム全体への影響が少ないと判断されることから、当初の実施計画を変更し、畜産廃棄物(豚糞コンポスト)を対象として、熱分解時における窒素の挙動を調査した。
2-2a 有害成分による触媒被毒と被毒対策の提案(群馬大学)
廃棄物系バイオマス、畜産排せつ物までを対象として、触媒を被毒する可能性のある有害物(塩素、硫黄、窒素、金属類)のうち、塩素による触媒被毒とその回避策について検討した。廃棄物系バイオマスに塩化ビニル樹脂(PVC)が混入してくる場合を想定し、実験試料として木質バイオマス(ヒノキ)とPVC の混合物を使用した。実験試料を、Ni/Al2O3 触媒およびCoMo/Al2O3 触媒を充填した固定層二段反応器で熱分解させ、生成ガス収率の変化を観察した。
3-1a 液体燃料の評価と要求品質の明確化(群馬大学)
製造した液体燃料の評価を行うため、燃料液滴の蒸発寿命曲線および蒸発速度定数の測定システムを完成させた。製作した寿命曲線測定システムによって、水および灯油の蒸発寿命曲線を求め、両者の蒸発寿命曲線が問題なく測定できることを確認した。24年度中に、1-3で液体燃料を製造できていないことから、水添ガス化前の熱分解タールについて、蒸発寿命曲線を測定した。熱分解タールは、静置することで油分と考えられる相、水相および沈殿物に分離するため、最も量の多い水相と、振とうして全体を均一に混合した試料を用いた。熱分解タール(水相、混合物とも)の最大蒸発率点は250度付近にあり、蒸留水と灯油の中間的な性質をもつものと考えられた。
英文要約Biomass resources such as agricultural wastes or animal mature are widely spread to cause the high collection and transportation costs, so that large scale utilization of such biomass is hard to be established. To utilize the biomass development of a small scale plant with high economic efficiency is required.
To establish an economically efficient plant development of a small scale process for the unutilized biomass, which produces high grade oil and electricity matching with local demand, is proposed as a steam - hydrogenation hybrid gasification process. The hybrid process involves pyrolysis of biomass/wastes to produce tar, steam gasification of the tar with water gas shift reaction to produce hydrogen, hydrogenation of the tar to produce liquid fuel or raw materials, and incinerator for char produced by the pyrolysis. To construct and demonstrate the hybrid process the following tasks were carried out in this year.
(1)-1 Establishment of particle circulation method for three compartment internal circulating fluidized bed (3C-ICFB)
Correlation equation of particle circulation rate for J shaped pneumatic valve was formulated as a function of aeration velocities and inlet/outlet bed heights. Particle circulation rate measured by using a cold model 3C-ICFB approximately corresponded to the value estimated by the correlation equation.
(1)-2 Construction of 2t/d 3C-ICFB demonstration plant
2t/d 3C-ICFB was constructed. Test work for 3C-ICFB has been carried out by circulating silica sand.
(1)-3 Development of a hydrogenation reactor
A bench scale hydrogenation reactor was constructed. Heating test of the reactor was successfully completed under the condition of pure hydrogen at 600℃. Tar feed system was also confirmed to operate steadily for several hours.
(2)-1 Elucidation of nitrogen behavior during pyrolysis
For prediction of nitrogen behavior in the process, nitrogen compounds produced during pyrolysis were identified and quantified by using a lab scale tube reactor by pyrolizing pig manure compost. Increasing in pyrolysis temperature caused increasing in tar-N and volatile-Ns and decreasing in char-N. Devolatilization of nitrogen was caused by decomposition of amines and nitriles in composts.
(2)-2 Catalyst poisoning by chlorine
Poisoning of Ni/Al2O3 and CoMo/Al2O3 catalysts by chlorine compounds produced from wood biomass and poly-vinyl chloride (PVC) was evaluated by a lab scale reactor. Even 0.5 wt of PVC contamination reduced up to 20% of gas production by Ni/Al2O3. In CoMo/Al2O3 catalyst, significant CO2 and lower hydrogen production was observed to be considered poisoning of the catalyst.
(3) Evaluation of producing oil and definition of appropriate operation condition
To evaluate produced liquid fuel a measurement system of evaporation lifetime for fuel droplets was constructed. Preliminary test of the system was carried out by using water, kerosene and pyrolytic wood tar. The system successfully evaluated evaporation lifetime of droplets.
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