成果報告書詳細
管理番号20150000000055
タイトル平成22年度-平成25年度成果報告書 バイオマスエネルギー技術開発 戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発事業「軽油代替燃料としてのBTL製造技術開発 ーバイオマスからのバイオLPG(軽油代替燃料)合成の研究開発ー」
公開日2015/3/31
報告書年度2010 - 2013
委託先名公立大学法人北九州市立大学 日本ガス合成株式会社
プロジェクト番号P10010
部署名新エネルギー部
和文要約件名:平成22年度-平成25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  「軽油代替燃料としてのBTL製造技術開発-バイオマスからのバイオLPG(軽油代替燃料)合成の研究開発-」

液化石油ガス(LPG)は主として家庭用燃料あるいは輸送用燃料として我が国において年間1,700万トンの需要がある。LPGはまた輸送および貯蔵が容易なクリーン燃料であることから、家庭用燃料として国土の約95%をカバーする代表的な分散型エネルギーであるが、その資源は全て化石由来である。本研究においては、再生性資源である草本系バイオマスからそのガス化を経由してLPGを選択的に合成するプロセスを開発した。特にガス化プロセスと合成およびオフガスの活用より成るプロセスの構築により、著しく高いエネルギー効率が期待し得る。(1)バイオマスのガス化 噴流床ガス化ベンチプラントおよび改造型熱天秤によりスギ、タケ、オイルパーム残渣、バガスなどの非食料系バイオマスをH2O/O2をガス化剤として各種条件下でガス化実験を実施し、ガス化条件やほとんど100%の収率でガス化するプロセスを確立した。また、実験結果をもとにガス組成を推定する計算法を確立し、スギ木部のガス化における各種条件での生成ガスの組成を正確に予測することに成功している。ガス化においてその灰分によってガス化特性を制御し得ることを明らかにし、さらに安価な脱硫剤の開発およびin-situ改質触媒の適用により生成ガスの組成、硫黄分およびメタン濃度の低下を実現し得た。(2)ガス化ガスからのLPGの選択的合成の触媒とプロセスの開発 ガス化プロセスで得られる粗ガスの脱硫などの精製後、圧縮してLPG(プロパン、ブタン)に変換するプロセスを開発した。本研究では、メタノール生成とメタノールの水素化重縮合能力を有する特殊ハイブリッド触媒を開発した。実用化における物性的諸問題を解決した。この触媒は高活性で、現時点で7,000時間以上の長寿命を示す。また、この触媒を工業化可能なスケールで製造し得るノウハウも確立した。本プロセスではメタン、エタンなどのドライガスはほとんど生成せず、LPG成分が90%以上の収率で得られる。特にイソブタンが多く、輸送用燃料として優れた特性を期待し得る。また、共存する炭酸ガスも効率良くLPGに変換し得た。LPG生産能力1kg/d程度のベンチプラントを設計、建設、運転し、小試験装置に匹敵する結果を与え、また生成物の燃焼性等についてもテストした。(3)エネルギー的、経済的解析 既述のプロセスについて、エネルギー収率最大の観点からバーチャルプロセスを構築した。含水率20%程度のバイオマスからLPGを合成した場合、エネルギー回収率0.43(重量収率0.13)、GHG削減率約98%と計算された。また、生産コストも100t/d程度の分散型プラントで競争力のあることが推定された。以上まとめると、基盤技術的観点からはガス化、精製、合成とも課題はほぼ解決している。ただし、工業化の観点からは、触媒製造およびプロセスの最適化など技術開発上の課題の解決および原料、収率の向上、さらには国外での立地を視野に入れた、より詳細なLCA解析が望まれる。
英文要約Title : Research and Development Project on the Technology for Biomass To Liquid (BTL) as the Diesel Substitute - Synthesis of Bio-LPG from Biomass (FY2010-FY2013) Final Report

Liquid Petroleum Gas (LPG) has been used for both home fuel and transportation fuel, whose domestic consumption is around 17 million tons a year. LPG is a typical domestic and clean fuel which covers about 95% of Japanese land. However, it is pure petrified energy. In the present project it was developed a highly efficient and environmentally friendly process which utilize only woody biomass, steam and oxygen. The developments are composed of 3 sections shown below. (1) Gasification; An entrained-fow gasifier and a modified thermo-gravimetry evaluates the optimum gasification (with H2O/O2) conditions for Japanese cedar, bamboo, oil-palm residue and baguass to get almost complete gasification. Also, a new method with which the gas composition of the product can be precisely predicted, has been developed. A new low cost reagent for desulfurization and a new sulfur-tolerant methane reforming catalyst make it possible to markedly reduce the content of methane in the product gas. (2) Catalyst and process development for LPG synthesis; raw gas from the gasifier follow the process such as heat recovery, refining and compression to the synthesis process. LPG was produced by subjecting product gas to the reactor containing a specially designed hybrid catalyst, which has been developed by the co-operation between the University of Kitakyushu and Japan Gas Synthesis Co., LTD, to convert the gas under conditions: 250-300 oC and 2-4 MPa. The physical properties for the industrial catalyst have been cleared. The hybrid catalyst can be used almost 2,000 hours without regeneration and over 7,000 hours with regeneration. The process can utilize CO2 containing synthesis gas or CO2 itself to make LPG rich (propane and butane) product with little dry gas production. The selectivity is around 90%. The specialty of this process is that the selectivity of iso-butane is as high as 80%. Reaction results from the micro reactor were proved to be realized with a bench plant whose production capacity is around 1kg/day. (3) Analysis based on energy and cost; The above-mentioned process (virtual one) has been analyzed. When the biomass, whose water content is 20wt%, is converted to LPG, the energy recovery ratio has been estimated as 0.43 (0.13 by weight) and that the GHG reducing ratio being 0.98. The production cost depends strongly on the production capacity and the plant cost, which suggests the reasonable plant size being around 100t/day. As a whole, technologies necessary for LPG production is almost finished. However, more precise LCA analysis which watchs the process optimization and the possibility of the foreign plant is desirable.
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