成果報告書詳細
管理番号20090000001138
タイトル平成17年度-平成19年度成果報告書 新エネルギー技術研究開発/バイオマスエネルギー高効率転換技術開発(転換要素技術開発)/触媒懸濁スラリーによる家畜排泄物の高効率高温高圧ガス化技術の研究開発
公開日2010/2/10
報告書年度2005 - 2007
委託先名中国電力株式会社
プロジェクト番号P07015
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17年度-平成19年度成果報告書 新エネルギー技術研究開発/バイオマスエネルギー高効率転換技術開発(転換要素技術開発)「触媒懸濁スラリーによる家畜排泄物の高効率高温高圧ガス化技術の研究開発」
1.触媒懸濁スラリーの流動・伝熱特性の確認
ガス化処理を行う触媒懸濁スラリーの流動特性と伝熱特性の把握を目的に,鶏糞破砕物の粘度測定を行い,鶏糞粉砕物の粘性に及ぼす温度・含水率・活性炭の影響を確認し,みかけ粘性率の推算式を導出した。
また,加圧配管を用いた伝熱特性の確認を行い,総括伝熱係数を表す実験式を導出し,鶏糞粉砕物の熱伝達率は水の75%程度であることを確認した。
2.触媒懸濁スラリーの反応特性の確認
高温高圧ガス化反応の最適条件の把握を目的に,ラボスケールプラントを用いて鶏糞の反応特性を確認した。実験装置では,鶏糞のガス化率に及ぼす鶏糞濃度・活性炭濃度・温度・滞留時間の影響を確認し,活性炭のガス化も考慮した反応速度式を導出した。
3.高効率高温高圧ガス化プロセスの実証運転
高効率高温高圧ガス化プロセスにおける機器配管の内径設計,生成ガス推算,伝熱計算を行い,基本ケースとして鶏糞濃度10 wt%,活性炭濃度5 wt%,10 t-wet/d規模でガス化する場合の物質およびエネルギー収支について評価し,効率向上のためのプロセスの改善や原料濃度を高めたガス化運転を行う場合のプロセス性能の予測を行った。
その結果を確認するため,1wet‐t/d 規模のパイロット試験装置の設計・製作を行い,鶏糞濃度2.0wt%・活性炭濃度0-0.4wt%・原料供給量0.7L/min(1wet‐t/d)でのガス化試験を行い,活性炭のガス化触媒効果を確認した。
また,活性炭濃度5.0wt%・鶏糞濃度5-16wt%でのガス化試験により,鶏糞の完全ガス化を確認した。
パイロット試験装置により,ガス化装置の運転に伴う機器の閉塞や金属材料の腐食・応力腐食割れ(SCC)に対する対策を検討し,対策が有効であることを確認した。
処理規模が10wet‐t/dの実機規模ガス化プラントのプロセス計算を行い,鶏糞濃度が16.0wt%以上であれば,プロセス効率が70%以上となることを確認した。
4.高効率高温高圧ガス化プロセスの評価ならびに実用システムの検討
実用化システムに関連する法令として,高圧ガス保安法・水質汚濁防止法があり,第1種高圧ガス製造所としての保安体制や廃水処理の必要性が確認されたが,これらは,事業モデルの形態・運転条件等の不確定要素に大きく左右される。
採卵鶏鶏糞を原料とした高効率高温高圧ガス化事業を想定した基本システムを構築し,経済性シュミレーターを作成し,収支構造を分析した結果,事業化のためには,(1)副産物販売,(2)活性炭リサイクル,(3)運転の自動化,(4)装置の低コスト化を行った改善システムが必要であることが確認された。
また,LCA手法を用いた環境影響評価を行い,改善システムである高効率高温高圧ガス化プロセスは,CO2削減に有効なプロセスであることを確認した。
事業化にあたっては,『環境配慮型「卵」』などのブランド化をキーワードにした,新たなビジネス展開を図ることが必要と考えられる。
英文要約Title:New Energy Technology Development Project/High Efficiency Bioenergy Conversion Project (Development of Elemental Technologies for Bioenergy Conversion)/Development of the High-temperature/pressure and High-efficiency Gasification Technology for Animal Waste using Catalyst Suspended Bio-slurry (FY2005-FY2007) Final Report
1. Determination of rheologial and heat transfer characteristics of the catalyst-suspended biomass slurry
To determine the rheological and heat transfer characteristics of catalyst-suspended biomass slurry fed to the gasification reactor, viscosity of pulverized chicken manure was measured. .
The heat transfer characteristics of the chicken manure were investigated using a flow reactor. The overall heat transfer coefficient was determined and found to be around 75% of water.
2. Determination of gasification characteristics of catalyst-suspended biomass slurry
To determine the optimum condition for the high-temperature and high-pressure gasification of chicken manure, experimental study was conducted using a laboratory scale plant .
The process analysis for chicken manure treatment was examined. It was confirmed that complete gasification was possible with a shorter reactor.
3. Demonstration of the high-efficiency, high-temperature, high-pressure gasification process Design of the demonstration plant, estimation of product gas composition, and heat transfer calculation of the gasification process were conducted. The base case assumed that the chicken manure content was 10 wt %, the activated carbon content was 5wt % and the capacity was 10 t-wet/d.
To verify the calculation, gasification experiment was conducted in 1 t-wet/d scale pilot plant. The experimental conditions were as follows; chicken manure content 2.0 wt %, activated carbon content 0~0.4 wt %, and flow rate of 0.7 L/min (1 t-wet/d).
Complete gasification of the chicken manure was confirmed (manure content of 5-16wt%, activated carbon content 5.0 wt %).
The energy efficiency of the process of the 10 t-wet/d-scale plant was calculated. The process efficiency was higher than 70% for a chicken manure content higher than 16.0 wt %.
4. Evaluation of the high-efficiency, high-temperature, high-pressure gasification process and development of practical systems for its introduction
The laws relating to safety of high pressure gas systems and water pollution control are applied to these systems. The requirement for the 1st class producer needs to be fulfilled.
Based on the results of economical simulation of this process, the following aspects are needed for economic independence: 1. by-product sales, 2. activated carbon recycling, 3. automation of the operation, and 4. reduction in the plant cost.
The result of LCA shows the gasification process is effective for CO2 reduction.
Therefore it may be effective to develop a new brand such as “Environmentally friendly egg production systems" for economical feasibility.
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