成果報告書詳細
管理番号20130000000573
タイトル平成23年度-平成24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 先進的トレファクション技術による高密度・高炭化率固形燃料の研究開発
公開日2014/5/9
報告書年度2011 - 2012
委託先名学校法人近畿大学 中外エンジニアリング株式会社
プロジェクト番号P10010
部署名新エネルギー部
和文要約先進的なトレファクション技術(ATT)を開発し、半炭化あるいは高密度・高硬度炭化率固形燃料の開発を目指し、次の成果を得た。
1.先進的トレファクション技術の開発と半炭化および高密度・高硬度炭化率固形燃料の基礎研究開発
1-1 原料によるバイオコークスの反応度の違いを検討
バイオコークスの原料による違いは、前処理(粉砕有無、粉砕サイズ等)、元素比率(CHN 等)、生化学的組成(セルロース、ヘミ・セルロース、リグニン比率:計測可能範囲での条件付)等の影響因子を検討し、特に成分分析による発熱量予測式を得た。
1-2 形成条件によるバイオコークスの反応度の違いを検討
形成条件は、初期含水率、加熱温度、加圧力、加工時間等を影響因子として検討し、スケール則を見出した。
1-3 バイオコークスからのATT の最適な条件抽出
ATT は、加熱温度、加圧力、加工時間によって、その性質は大きく左右される。その最適かつ実用的な最短時間形成を求めて、条件抽出を行なった。
1-4 ATT で形成された固形炭化物の評価
固形炭化物の炭化度は、重量とその元素分析(CHN)による炭素量から評価を行った。
2.半炭化および高密度・高硬度炭化率固形燃料の装置開発および試験装置の設計・製作
本研究開発では、高密度・高硬度炭化率固形燃料製造装置の開発と試験装置の設計・製作し、次世代の固形燃料転換装置の活路を見出した。ここでは、実用向けの大型バイオコークス(直径50-100mm、重量1-10kg を中心としたサイズ)を対象とした。
2-1 大型バイオコークスの反応度向上試験
大型バイオコークス製造では、既に実績データより、軸方向の加圧力の不足(反応シリンダー側面での静止摩擦力による損失)により、比重(1.2 以上)と反応度が軸方向にばらつきが生じることを確認し、2 軸圧縮可能な大型試験装置を開発し、反応度向上を図った。
2-2 大型バイオコークスからのATT による固形炭化物の形成試験
近畿大学で得られた小型バイオコークスのATT 最適条件により、大型バイオコークスのATT最適条件を抽出し、固形炭化物製造実証試験を行った。炭化装置は、同時加圧-加熱装置により、加圧力とその加圧時間、加熱温度とその加熱時間の影響因子として、最適な条件抽出を行った。
3. バイオ固形燃料によるバイオ溶解炉への適用評価と溶解試験(担当:近大、ナニワ炉機研究所)
バイオコークスをエネルギー資源とするキュポラ、広義にはバイオ溶解炉向けの炭化固形燃料の基礎溶解試験を実施し、適応能力のレベル評価を行った。
4. LCA 解析
バイオコークス製造に係わるCO2 排出量に関して、LCA の視点を含めた評価を行った。
5.最終評価
ATT によるバイオ固形燃料としての物理的な評価とLCA、特にエネルギー収支、エネルギー回収率についての評価を行った。
英文要約The following results were obtained on the Advanced Torrefaction Technology (ATT) development that aims to develop high density and high hardness value semi-carbonized solid bio-fuel.
1. Development of advanced torrefaction technology: basic research and development of high density and high hardness value semi-carbonized bio-fuel.
a) Raw material-dependent study of the differences in the reactivity of Bio-coke.
Examining the differences in the factors influencing the reactivity of Bio-coke arising from the variations of the raw materials regarding pretreatment (pulverized or not, pulverization size, etc.), elemental ratio (CHN, etc.), and biochemical composition (cellulose, hemicellulose, a lignin ratio within measurable range); and reviewing the relationships of these factors to the predicted calorific value obtained by component analysis.
b) Study of the reactivity of Bio-coke as affected by manufacturing conditions.
Studying the influencing factors, such as the initial moisture content, the
processing temperature, pressure, and time in Bio-coke production and deriving a scaling rule.
c) Optimizing conditions for the ATT of Bio-coke.
The ATT attributes are greatly influenced by heating temperature, pressure, and processing time. The optimum condition with practically the shortest formation time was sought for and was used for extraction.
d) Evaluation of the carbonized solid formed through ATT.
The degree of carbonization of the carbonized solid produced through ATT was evaluated by determining the carbon content by weight and elemental analysis (CHN).
2. Semi-carbonized and high hardness value carbonized solid fuel equipment design, development, testing, and manufacture.
In the research and design, testing, development, and production of equipment for the production of high density, high hardness value carbonized solid fuel, the next generation solid fuel conversion method is being advanced. This study aimed to produce large-sized Bio-coke (size consisting mainly of 50 to 100 mm diameter, and 1 to 10 kg weight) for practical use.
a) Reactivity improvement test of large-scale Bio-coke.
In large-scale Bio-coke production, losses due to static friction in the inner cylinder walls causes a lack of pressure in the axial direction and results to variation in reactivity and a difference in specific gravity of 1.2 or higher in the products. A biaxial compression large-scale test equipment has been developed to improve reactivity compared to the previous recorded data.
b) Carbonized solid formation tests through ATT of large-scale Bio-coke.
With the optimum conditions for ATT extraction from small type Bio-coke
determined at Kinki University, conditions for ATT extraction from large type Bio-coke were optimized and products were subjected to carbonized solid verification test. The carbonization equipment, with simultaneous heating and pressurization, depends on influencing factors such as amount of pressure, pressurization time, heating temperature, and heating time for optimizing the extraction conditions.
c) Solid bio-fuel application and evaluation testing for bio-smelting furnaces Kinki University and Naniwa Roki Co., Ltd. research institutes.
Tests for cupola furnaces to use bio-coke as energy source were conducted to determine up to how much of this carbonized solid fuel can be used for smelting to evaluate the adaptive level capacity.
d) LCA Analysis.
Evaluation of the CO2 emissions involved in Bio-coke manufacture was conducted on LCA perspective.
e) Final Assessment
Physical evaluation and LCA, particularly on energy balance and energy recovery, were done on the solid bio-fuel produced through ATT.
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