成果報告書詳細
管理番号20140000000588
タイトル平成25年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(バイオマス) ハイブリッドキルンの構造設計に関する研究開発
公開日2014/9/17
報告書年度2013 - 2013
委託先名プラント機工株式会社
プロジェクト番号P10020
部署名イノベーション推進部
和文要約平成25年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(バイオマス) ハイブリッドキルンの構造設計に関する研究開発

本研究の目的は、エネルギー効率の高いバイオマスガス化プラントを開発することにある。
これによって小規模プラントでも経済的に成り立つことができ、これまで対象とならなかった、一か所あたりの発生量の少ないバイオマスが再生可能エネルギーとして有効利用されることが可能となる。本研究の基本方針は、バイオマスの(1)熱分解ガス化、(2)熱分解で生成したタールの改質、(3)熱分解で生成したチャーの改質を、ひとつの装置で同時に行う「螺旋円筒を内装した水平回転円筒炉(以下ハイブリッドキルンという)」を開発することにある。本研究の方法は、ハイブリッドキルンの(1)常温可視装置(コールドモデル)の運転、(2)ベンチスケールプラント(既設)による熱分解実験運転、(3)パイロットプラントによる熱分解・改質実験により、最適設計仕様を明らかにする技術アプローチ、並びに、(4)ハイブリッドキルンを用いた発電事業の経済性を算出する経済アプローチの両面から目標達成をはかる。
コールドモデル実験の達成状況
内径400mm、長さ1200mmの透明プラスチック製模型(コールドモデル)を製作し、これに固体粒子を投入してその挙動を目視観察した。次に装置の一方から空気を送入して、螺旋円筒内の固体粒子層を通気するさいの圧力損失を把握した。螺旋円筒部での圧力損失が小さいことから、充填率が低く、空気が粒子層を通過していない吹き抜け現象が推定された。次に、螺旋円筒の入口に原料の流出を制限する障壁を設けて、同様の実験を行った。圧力損失はわずかではあるが増加した。ハイブリッドキルンの内部構造の改造が必要であることが明らかになった。
ベンチスケールプラント実験の達成状況
内径200mmφ、長さ700mmLの電気ヒーター加熱式水平回転円筒炉(ベンチスケールプラント)に予め固体粒子を入れておきここに木粉ペレットを送入して熱分解し、生成したガス、タール、チャーの量を把握した。 固体粒子として、(1)炭(2)シリカアルミナ(3)消石灰を用いた。無添加の場合と比べるとガス量の増加が見られたが、いずれの場合もガスには相当量の未反応タールが含まれており、タール蒸気と固体表面での気固接触反応は部分的であることがわかった。
パイロットプラント実験の達成状況
能力20kg/hのパイロットプラントを設置した。 パイロットプラントの中心装置は、内径480mmφ、長さ1200mmLの水平回転円筒で、その内部に内径180mmφ、長さ700mmLの4本の螺旋円筒を内装したハイブリッドキルンである。木粉ペレットを投入して生成するガス、タール、チャーの重量を測定するとともに、ガスの成分分析を行った。ガスの成分を、従来型水平回転円筒熱分解装置のそれと比較すると、水素が2倍以上になり、一方、二酸化炭素、メタン、エチレンなどが減っておりガスの軽質化が進んでいることが示唆された。タールの気固接触による水蒸気改質反応が進行しているものと推定されるが、今後さらなる運転解析が必要である。
事業化計画の達成状況
下水処理場内に下水汚泥と間伐材チップの混合物(バイオソリッド)の熱分解発電プラント設置して、廃棄物処理費用の削減と電気料金の軽減を図る事業の経済性評価を行った。
プラント規模は60トン/日、建設費は20億円である。キャッシュフロー利益は、1億5000万円/年、営業利益率は1.3%で経済性評価は高いとは言えない。この経済性評価は、ガス化効率0.5のときでこの技術は既に確立されている。本研究開発で目標とするガス化効率0.9の発電プラントを用いた場合、同様の条件で経済性評価を行った。営業利益率は30.4%で、既存技術と十分対抗できる。
英文要約Title: New Energy Venture Business Technology Innovation Program / New Energy Venture Business Technology Innovation Program (biomass) / Development of structural design of Hybrid Kiln (FY2013) Final Report

The objectives of this research is to develop an efficient biomass pyrolysis gasification plant. The strategy of this research is developing "a level rotation spiral cylinder furnace (named hybrid kiln)." The hybrid kiln can perform (1)formation of pyrolysis gas (2) steam reforming of the tar (3)steam reforming of the char, simultaneously.The tactics of this research are combination of (1) operation of visible equipment (cold model) of hybrid kiln (2) pyrolysis operation by a bench scale plant (existing), (3) pyrolysis and the steam reforming by pilot plants, and (4) efficiency evaluation of a pyrolysis power generation plant using hybrid kiln
1. The achievement situation of a cold model experiment
The cold model (a level rotation cylinder 400 mmφ and 1200 mmL made from a transparent plastic ) was manufactured. The solid particulate was supplied to this, and the action was checked with eyes.The intromission of the air was carried out and the pressure loss of the gas has been grasped. Since the pressure loss in the spiral cylinder was small, and it was presumed that air has not passed the particle layer.Next, the barrier which restricts the outflow of materials was formed in the entrance of the spiral cylinder, and the same experiment was conducted.The pressure loss increased a little. It became clear that the internal equipment of a hybrid kiln needs to be converted.
2. Achievement Situation of Bench Scale Plant Experiment
Using the established bench scale plant (a level rotation cylinder furnace of 200mmφID, 700mmL), the pyrolysis experiment was conducted and the influence of the solid particulate to mix has been grasped.
The wood pellet was put to the kiln (temperature of 800℃). Where the solid particulate was put in beforehand, and quantity of the generated gas, tar, and char have been grasped. Solid particulate is (1)charcoal (2)silica-alumina catalysts (3)hydrated lime. 
The gas volume increased in comparison with the additive-free case. 
However, in any case, a considerable quantity of unreacted tar is contained in gas, and the tar vapor- solid catalytic reaction was partial. It is presumed that the pass through phenomenon same as a cold model has produced.  
3. Achievement Situation of Pilot Plant Experiment
The pilot plant (a level rotation cylinder of 480mmφID,1200mmL) was installed. ,A wood pellet was supplied at 800℃ and the weight of the gas , tar, and char was measured ,and the component analysis of gas was conducted.
Hydrogen more than doubles as compared with it of conventional type level rotation cylinder, and, on the other hand, carbon dioxide, C2, and C3 gas are decreasing . It is presumed that the steam reforming reaction by contact of gas and a solid is advancing.
4. Achievement Situation of Social Needs Conformity
Economical efficiency evaluation of the pyrolysis power generation of sewage sludge and lumber from thinning was performed. The construction costs of a plant of 60ton per day are 2 billion yen, and the cash flow profits are 150 million yen per year, and an operation income to sales is 1.3%. It cannot be said that economical efficiency evaluation is high.
The gasification efficiency of the pyrolysis equipment used here is 0.5.
When the pyrolysis plant of target gasification efficiency 0.9 is used, the cash-flow profits are 270 million yen and an operating income to sales is 30.1% and can rival the existing technology enough.
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