成果報告書詳細
管理番号20130000000882
タイトル平成24年度成果報告書 ゼロエミッション石炭火力技術開発プロジェクト ゼロエミッション石炭火力基盤技術 次世代高効率石炭ガス化技術最適化調査研究「CO2分離型化学燃焼石炭利用技術に関する検討」
公開日2013/10/19
報告書年度2012 - 2012
委託先名一般財団法人石炭エネルギーセンター バブコック日立株式会社 株式会社IHI
プロジェクト番号P07021
部署名環境部
和文要約 本調査研究では国内外の技術を調査、評価し、全体システムの可能性及び将来のマーケットを検討し、実用可能な技術開発ロードマップを作成した。
(1)欧米を中心とした技術開発動向の調査
 世界中で開発されている化学燃焼方式の特徴、開発資金、マーケット、技術開発の到達度、課題、実用化見込み等を整理した。
(2)海外及び国内技術の比較、評価、選定
 調査結果から有望な化学燃焼石炭利用技術を選定し、その技術構成をさらに詳しく調査した。化学燃焼技術に関連する特許を90件抽出し、開発の障害となる基本特許はないことを確認した。
(3)流動層反応器(既存)試験によるプロセス反応条件の検討
 小型流動層に格子酸素キャリア担持粒子を充填し、流動化させて所定の温度で反応を行い、研究結果を統一的に評価する方法を検討した。石炭を流動層に投入した初期からCO2とCH4だけでなくH2も生成しており、CO2の初期生成速度は固定層の約2倍になっている。
(4)システム検討
 H24年度は全体システムの構成及び全体システム構成を検討した。技術の基本的な機器構成は、AR、FRの2つの反応器と、キャリア粒子を循環させる、サイクロン、カーボンストリッパー、ループシール等がある。熱回収について、AR、FRより排出される高温ガスからの蒸気生成が基本となる。排ガス処理について、炉内脱硫の実施、OXが発生しない特徴から、サイクロン等脱塵設備によって構成される。
(5)FS及びマーケット調査
 CLCによる発電コスト(発電単価)は、CO2回収率が高い場合には、SCPC、IGCC、Oxyfuelのいずれに対しても有利になることがわかった。また、実用化の早期(CCS導入なし)では高濃度窒素(N2)、高能濃度二酸化炭素(CO2)ガスを製品として販売すれば利益を確保できることがわかった。
 マーケットとして、容量150MW未満の比較的小型の石炭火力発電設備と産業用ボイラーが想定される。  
(6)ヒートバラ、マスバラによる効率検討
 石炭1000トン/日のCLC/CLGプロセスの解析を行った。FRの移動熱量に対しARの移動熱量は8倍程度であることがわかる。ARの設計においては、熱移動の考慮が重要であることがわかる。
(7)石炭、キャリアの動的反応解析
 世界中に研究開発している各タイプの酸素キャリアの開発状況と特徴を調査した。Fe系の酸素キャリアは反応活性が良く、コストが比較的低いことがわかった。今後、このタイプ酸素キャリアの耐摩耗性、低コスト製造等課題の解決が注目される。
(8)開発に向けた課題整理及び開発ロードマップ作成
 CLC技術開発の課題抽出と整理、及び技術開発ロードマップの見直しを実施した。高活性かつ耐摩耗の酸素キャリア開発はCLC技術開発にとって最も重要なこととなる。上述各項目の調査結果を基に、技術開発ロードマップを見直した。
英文要約Title: Zero-Emission Coal Fired Power Generation Technology Development Project, Zero-Emission Coal Fired Power Generation Basic Technology, Research for Next-Generation High-Efficiency Coal Gasification Technology Optimization, Research for CO2 Selective Chemical Looping Coal Utilization Technology.
 We surveyed technologies in the world, system attached facility development trends and by means thereof investigated the possibilities and future markets of overall systems, and created a practicable technological development roadmap.
1. Investigation of technological development trends, centering on western countries
 We investigated the features, development funding, markets, progress of technological development, challenges, practical application potential around the world.
2. Comparison, evaluation, and selection of overseas and domestic technologies
 We selected promising technology and researched in further detail the technical structure thereof. We reviewed 90 patents relating and verified no basic patents that would impede development.
3. Study of process reaction conditions by (existing) fluid bed reactor testing
 We investigated a method of evaluating the results in a uniform manner. When introducing coal into a fluid bed, the initial rate of generation of CO2 was about double that of a fixed bed.
4. System study
 We investigated overall system structures. The fundamental mechanical structure of the technology consists of AR and FR reactors, and cyclone separators, carbon strippers, loop seals, etc. that circulate carrier particles.
5. FS and market study
 It is clear that where the CO2 recovery rate is high, CLC has advantages over any of SCPC, IGCC, et al.. Small boilers of up to 150MW both in Japan and overseas are envisaged initially. At early utilization stage (without CCS), to sale high concentration of N2 and CO2 also can make profit.
6. Efficiency study by heat balance and mass balance
 We analyzed CLC/CLG process of 1,000t/d and found that the heat amount of AR is about 8 times that of FR. In the design of AR, consideration of thermal migration is important.
7. Analysis of coal and carrier dynamic reactions
 We studied all types of oxygen carriers being researched and developed around the world. Iron-based oxygen carriers have good reaction activity and are relatively cheap.
8. Clarifying the issues and creating a roadmap for development
 We implemented identification and management of CLC technological development issues as well as a review of technological development roadmap, based on the results of technical and market research.
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