成果報告書詳細
管理番号20090000001098
タイトル平成19年度-平成20年度成果報告書 バイオマス等未活用エネルギー実証試験事業・同事業調査/バイオマス等未活用エネルギー実証試験事業/下水汚泥を利用したガス化システムに関する実証試験事業
公開日2009/12/5
報告書年度2007 - 2008
委託先名東京瓦斯株式会社 株式会社タクマ
プロジェクト番号P02057
部署名新エネルギー技術開発部 バイオマスグループ
和文要約件名:平成19年度-平成20年度成果報告書 「バイオマス等未活用エネルギー実証試験事業・同事業調査/バイマス等未活用エネルギー実証試験事業/下水汚泥を利用したガス化システムに関する実証試験事業」 下水汚泥のガス化システムは下水汚泥のエネルギー利用と減容化処理を同時に達成可能な方法である。このシステムに関しては、下水汚泥のガス化技術の確立、残渣の処理方法の確立、事業化のための最も効果的なエネルギーの供給方法やシステムの経済性の評価が課題となっている。そこで本実証試験事業において下水汚泥ガス化システムの実証を目的として、平成16年度-平成20年度まで以下の項目を実施し、以下の成果を得た。 (1)下水汚泥を原料としたガス化技術の確立 (1)-1 燃料化試験 本システムは、乾燥設備、ガス化設備、高温集塵設備、タール分解設備、熱回収設備、ガス精製設備、発電設備から構成されている。これら設備(15ton/day規模)の最適運転条件を確認した。ガス化設備の運転条件に関しては、空気比0.30-0.35でガス化効率が最も高くなり、冷ガス効率は60%以上、炭素転換率は90%以上となることを確認した。さらに後段に設置した触媒によりタール分解効率は91-95%を達成した。また、ガス化では亜酸化窒素、シロキサンを排出しないことを確認した。また、今後のバイオマス多様化を求める市場ニーズに対応可能とするため、木質バイオマスとの混合ガス化試験を実施した。汚泥と木質チップの混合比を容積比で1:1、熱量比で3:1として試験を行った結果、安定してガス化できることを確認し、冷ガス効率も汚泥単独によるガス化と同程度であることを確認した。 (1)-2 連続運転試験による評価 3ヶ月連続ガス化運転を実施し、ガス化連続運転2000時間を達成した。ガス化効率は、3ヶ月の運転期間を通して炭素転換率92%以上を維持し、冷ガス効率も平均63%と目標の60%以上を達成した。タールはタール分解触媒にて95%が分解し、システム全体で98-99%が分解・除去できることを確認した。これにより、タールに起因する閉塞等のトラブルはなく、安定運転が可能であった。 (1)-3 各構成機器最適化試験 燥設備および湿式ガス精製設備における運転特性を把握した。下水汚泥の乾燥では、脱水汚泥中に含まれる成分により乾燥物形状や比重が変化し、運転に支障をきたす場合がある。これに対して、乾燥機の回転数の調整で粒径増大を抑制でき、安定運転が可能であることを確認した。 (1)-4 ガス化設備の耐久性評価 実証試験設備における汚泥投入運転時間は約4200時間で、いずれも腐食等による減肉はなく、従来炉と比べて特別配慮を有する箇所はないことを確認した。 (2) 実用化に向けた環境性・経済性評価 これまでの試験結果のデータを基に、ガス化システムと従来焼却システム、炭化システムの比較計算モデルを構築し、環境性・経済性比較の試算を行った。これにより、ガス化システムは、他の汚泥処理システムと比べて、一次エネルギー消費量や温室効果ガス削減量において大幅な削減が可能であり、また、ランニングコストにおいても優位性を持つ結果が得られた。
英文要約Title: Field Test of Sewage Sludge Gasification (FY2007-FY2008) Final Report Sewage sludge gasification is one of the prospective technologies to dispose sewage sludge producing biogas. This technology still has some technical problems in stable gasification, residue treatment and the total system efficiency for practical use. To develop them and to realize the sewage sludge gasification system, the following were done between fiscal year 2004 and fiscal year 2008. (1)Establishment of the gasification technology (1)-1 The gasification test This system consists of a drying system, a gasifier, a high-temperature dust collector, a tar removal system, a heat exchanger for making steam, a low-temperature dust collector, a gas cleaning system and a gas engine. The optimum operating condition for the demonstration system was confirmed. As a result, the gasification system could keep high cold gas efficiency of 60% and high carbon conversion ratio of 90% at the excess air ratio of 0.3 - 0.35. The tar removal rate by the tar removal system was 91 - 95%. The emission of N2O and siloxane from the gasification system was found to be undetectable value. Moreover, the gasification test for sewage sludge to mix wood which mixing ratio is 30% - 50% has been conducted. We confirmed that the performance of this gasification is equal the normal gasification for sewage sludge. (1)-2 Evaluation of the durability test The durability test was conducted for 90 days. In the test, the continuous running of the gasification system for 2000 hours was achieved without any troubles. The high carbon conversion ratio of more than 92% and the average cold gas efficiency of 63%,which exceeded the target of 60%, were also obtained. Furthermore, 95% of the tar was removed by the tar removal catalyst, and the tar removal efficiency of 98-99% by all of the gas cleaning systems was achieved. Consequently, the gasification system could run continuously with no tar problem. (1)-3 Optimization of the main systems The characterization of the drying system and the gas cleaning system was found. (a)Drying system The shape and the specific gravity of the dried sewage sludge in the drying system fluctuate and cause some operational problems experiments. But we found that they are controlled by adjusting the rate of the dryer rotation, and the stable operation can be achieved. (b)Gas cleaning system The target of removal performance in the cleaning system was achieved by optimizing pH of all scrubbers. We found the appropriate consumption of the sulfuric acid, caustic soda and sodium hypochlorite. (1)-4 Durability evaluation of the gasification system In demonstration test for 4200 hours, the gasification system isn’t deteriorated due to corrosion. Therefore, we confirmed the durability of the gasification system is almost same as conventional incineration system. (2)Evaluation of environment and economy for practical use Based on the results from the demonstration test, we conducted an environmental and economical evaluation of this gasification system by developing a calculation model. These results have led us to the conclusion that the sewage sludge gasification system can offer advantages with respect to environmental impacts and running costs compared with the conventional incineration system and other energy conversion system such as carbonization system.
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