成果報告書詳細
管理番号20140000000849
タイトル平成22年度-平成24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) 超高温常圧水蒸気を用いたバイオマス廃棄物の高効率ガス化技術によるコジェネシステム開発」
公開日2015/4/24
報告書年度2010 - 2012
委託先名日本ファーネス株式会社 国立大学法人名古屋大学
プロジェクト番号P10020
部署名イノベーション推進部
和文要約件名: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) 超高温常圧水蒸気を用いたバイオマス廃棄物の高効率ガス化技術によるコジェネシステム開発

本研究開発では、超高温常圧水蒸気を用いたガス化技術により木質バイオマスを効率的にガス化させ、得られた合成ガスを燃料に発電を行うと同時に合成ガス冷却およびエンジン冷却で得られた熱を利用するCHPシステムを構築させることを試みた。必要な装置構成を考案し、試作機を製作することによって木質バイオマス原料のガス化実験データを得る一方で、名古屋大学においてはDTF(Drop Tube Furnace)を用いたガス化基礎試験から理想的な系における炭素転換率や水蒸気雰囲気でのTG(Thermogravimetry)測定によりチャーのガス化速度を推定するなど基礎的な検討も並行して実施された。その結果、ガス化温度を640℃から820℃に上昇させることで炭素転換率は約5倍に増加することや、800℃から1000℃へ水蒸気温度を増加させるとチャーのガス化速度が約7倍になることが実験的に確認された。 ガス化装置の試作においては、固体原料の破砕・供給設備に多くの試行錯誤を要したが、最終的に、系内の燃焼システムから排気熱を利用して乾燥機能を加えつつ搬送させるシステムを完成させ、ガス化炉へバイオマス原料を連続的に供給させることができる設備を試作した。ガス化を実験的に行った結果、主要可燃成分としては、水素濃度が18%、CO濃度が25%前後、CH4が11%程度で合成ガスの発熱量は10-13MJ/m3Nであった。また、得られた合成ガスをディーゼルエンジン発電機の給気側に燃料として供給し、熱量的に30%の軽油アシストで50kWの発電が安定的に可能であることが確認された。また、我々は地産地消を可能とする分散型設備を目指しているものの、バイオマス原料を装置のある場所まで集積させるコストは重要であるため、その検討も実施した結果、山地、森林から伐採木の搬出に小規模、高効率による方法を用いることで、従来型の大規模な集積方法と比較して著しく低いコストでの集積が可能であることがわかった。経済性検討の結果では、この装置を運用し、熱と電力の供給によって得られる利得から設備投資回収期間や採算性に関する検討も実施した結果、約7年で償却できるという結論を得た。 従って、本試作機をバイオマス発生現場に設置し、連続的なガス化発電を行わせる実証試験を行うことで、実用化が可能であることを実証する段階までシステムを構築することができた。
英文要約Title: New Energy Venture Business Technology Innovation Program / New Energy Venture Business Innovation Program (Biomass) /Development of CHP (Combined Heat and Power) system by gasifying biomass wastes with use of super high temperature normal pressure steam process (FY2010-FY2012) Final Report

The build up a CHP system has been tried by employing the advanced and efficient gasification technology for woody biomass with use of high temperature and ambient pressure steam through this research and development project. The synthetic gases are used as a fuel for diesel engine power generator, and then it obtained hot water by cooling the syngas as well as cooling the engine.  Designing the combination of necessary facilities and manufacturing prototype of CHP system has been done in order to obtaining gasification data. On the other hand, Fundamental experiments have been done to obtain carbon conversion rate under the ideal condition by using DTF (Drop Tube Furnace) or to obtain gasification rate for char particles under the steam atmosphere by using TG (Thermogravimetry) in Nagoya University. As a result, following things have confirmed experimentally. One is that the carbon conversion rate increased about 5times larger when the gasification temperature increased from 640oC to 820oC. Another one is that the gasification rate for char particles increased 7 times larger under the 1000oC of steam temperature than that of 800oC steam temperature. Though it has been took time to overcome the issues for convey system, we made an appropriate conveying facility for supplying continuously the woody biomass tips to gasifier. The facility has a function for drying moisture in feedstock by using hot air which is preheated by sensitive heat of flue gas from steam heater. The major compositions of obtained synthetic gases by gasification are 18% of H2, 25%of CO, and 11% of CH4. The lower heating value is about 10-13MJ/m3N. The syngas has supplied to diesel engine power generator as a fuel, and it was proved that constant 50kW of power generation with assisting 30% of light oil. As we are aiming small system as a decentralized facility, transportation cost of biomass feedstock can be minimized, however, the cost for accumulation of cut off trees from mountain forests is essential issue therefore we investigate what the way of low cost accumulation will be. We found that a small scale carrying tree out method was extremely effective cost compare to ordinary large scale carrying tree out methods. As a result of feasibility study, if the prototype CHP system would be operated continuously, the payback time will be 7 years taking into account of the facility cost, operational cost, profit from selling electrical power and benefit from utilizing hot water and so on. Therefore, the prototype system has reached the stage for demonstration test at the site where the woody biomasses are producing continuously.
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