成果報告書詳細
管理番号20150000000451
タイトル平成23年度-平成26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(次世代技術開発) 高効率クリーンガス化と低温・低圧FT合成によるBTLトータルシステムの研究開発
公開日2015/6/16
報告書年度2011 - 2014
委託先名株式会社マイクロ・エナジー 国立大学法人富山大学
プロジェクト番号P10010
部署名新エネルギー部
和文要約BTLの主要要素技術は、バイオマスガス化とFT合成からなるが、BTL製造システムとしてそれらを一貫連結しようとすると、それぞれを単独に実施する場合に比べて様々な高度化や最適化が必要となる。特に、バイオマスを原料とするため事業規模が小さくなることから、小型化・低コスト化を図る必要がある。また、設備費の低減や運転・管理の簡易化の点から反応条件緩和が求められる。一方、反応条件の緩和は収率低下を招き、製造コストを高めるおそれもある。本研究開発では、これらの要素技術を高度化しつつトータルシステムとして最適な仕様を追究することで、バイオマス利用に適した簡易かつ低コストな新たなBTLトータルシステムの構築に取り組んだ。その結果、以下のように、それらの要求を満足するための要素技術としてクリーンガス化技術、ガス組成の高度化技術、低圧FT合成技術を開発し、次世代型の簡易かつ低コストなBTLトータルシステムの基礎を構築できた。

(1) 二段階・過熱水蒸気ガス化の研究開発
ガス化の前段で炭化を行うとともにガス化時のガス化剤として過熱水蒸気を用いることで、タールを含まないFT合成に適したガスを安定的に得る技術を開発した。[H2]+[CO]>90%、[H2]/[CO]≒2への制御を達成した。

(2) タール分解触媒の研究開発
タール分解触媒を用いて熱分解ガス中のタール濃度低減を図り、熱分解出口で50mg/Nm3未満、改質後1mg/Nm3未満を達成した。

(3) 高効率クリーンガス化高度化開発
 スケールアップが可能な縦型炉でFT合成に適したガスを安定的に得る技術を開発し、原料多様化試験、FT合成との一貫連結運転を実施した。

(4)低圧FT合成触媒の研究開発
 低圧条件下でも高い活性を持つ触媒を開発した。触媒活性はコバルト系で600g/cat-kg.h、鉄系で450g/cat-kg.h、寿命特性は100時間で活性低下2%以下となるなど高性能化を達成した。

(5)低圧FT合成プロセスの研究開発
ベンチスケールの低圧FT合成システムを構築し、実ガスを用いた試験運転を通じて改善・改良を行った。

(6)トータルシステムの最適化研究開発
開発した要素技術に基づき、ガス化・低圧FT合成の一貫製造システムを構築した。実バイオマス原料からBTLを製造する試験運転を通じて改善・改良を行い約100時間以上の運転を達成した。
英文要約Description of research and development, results, etc.

To produce alternative fuels instead of petroleum, this project aims to convert biomass via synthesis gas (CO+H2) to premier diesel (normal paraffin) with the newly developed multi-functional Fischer-Tropsch (FT) synthesis catalyst, at low temperature and low pressure, coupled with novel biomass gasification technology to obtain clean synthesis gas from any kind of raw biomass.
Generally, low reaction pressure and low reaction temperature of FT reaction will significantly lower the activity of the catalyst and decrease the space-time yield (STY) of FT oil. We develop new FT catalyst by adding ruthenium promoter to enhance the low temperature and low pressure Co-based FT catalyst activity, via hydrogen spillover theory. Furthermore, catalyst preparation process is improved in detail for the co-precipitated iron-based FT catalyst. It is proved that the Fe-based FT catalyst prepared by this new method exhibits higher FT activity correspondingly than the conventional catalyst.
As bellow to the following effect, we establish technical basis of next generation BTL total system.

(1) Research and development of two-stage superheated steam gasification
A technology for stably obtaining a tar-free gas suitable for FT synthesis was developed by combining carbonization in the pre-gasification stage and the use of superheated steam as the gasification agent during gasification. The level of [H2] + [CO] was controlled to more than 90%, and [H2]/[CO] was controlled to approximately 2.

(2) Research and development of a tar decomposition catalyst
The tar level in the pyrolysis gas was reduced using a tar decomposition catalyst to less than 50 mg/Nm3 in the pyrolysis exhaust gas and less than 1 mg/Nm3 after reforming.

(3) Enhancement/development of highly efficient clean gasification
A technology for stably obtaining a gas suitable for FT synthesis using a scale-up vertical furnace was developed, and testing using different raw materials and consolidated operation with FT synthesis were conducted.

(4) Research and development of a low-pressure FT catalyst
Catalysts having a high catalytic activity under low-pressure conditions were developed. The performance of catalysts was greatly improved, and the catalytic activity was 600 g/cat-kg/h for the cobalt FT catalyst, and 450 g/cat-kg/h for the iron FT catalyst. The decrease in catalytic activity was 2% or less after 100 hours.

(5) Research and development of a low-pressure FT reactor technology
A bench-scale low-pressure FT reactor system was built and then improved and enhanced during test runs using a real gas.

(6) Research and development for optimization of the total system
Based on the developed constituent technologies, an integrated production system by gasification and low-pressure FT synthesis was built. The system was improved and enhanced during BTL test runs using real raw biomass and operated for approximately 100 hours or more.
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