成果報告書詳細
管理番号20090000001147
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)/多燃料・多種不純物対応乾式ガス精製システム研究開発
公開日2010/2/6
報告書年度2005 - 2007
委託先名財団法人電力中央研究所
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)「多燃料・多種不純物対応乾式ガス精製システム研究開発」
バイオマスガス化発電システムの実現に必要な,簡素で運用性の高い乾式ガス精製システムの開発を目指して,必要な各種不純物除去剤の開発・選定ならびに不純物除去プロセスの最適化を行った。その成果を踏まえ,実証規模の乾式ガス精製設備にバイオマスガス化ガスを導入しての性能評価と,精製ガスのMCFC単セル設備における発電試験を実施して,乾式ガス精製システムの性能を実証することを目標とした。硫黄化合物の影響を避けられる新規水銀除去剤の候補として銅系吸収剤を選定した。銅系吸収剤は,H2S共存下で水銀を除去できる十分な吸収容量を有している上に,使用後の吸収剤を再生・再利用できる可能性が見出された。さらに,反応器に充填できる強度を有する銅系吸収剤のペレットを試作し,添着活性炭を凌ぐ水銀除去性能が確認でき,プロセスへの適用の可能性が拓けた。ハロゲン化物の除去特性に優れたアルミン酸ナトリウムを主成分として,反応器に充填可能な実用強度とハロゲン化物除去性能を両立できる成形吸収剤の製造技術を確立した。ガラス繊維での強化と反応成分であるナトリウムの高濃度化を図った製造プロセスの改良により,十分な強度を維持しながら除去性能を向上させた成形吸収剤の試作に成功した。この製造技術を適用して大量製造した場合も試作剤に匹敵する強度と性能を有するハロゲン化物の成形吸収剤が得られ開発を完了した。市販の3種類の酸化亜鉛(ZnO)脱硫剤のうち300℃における比較試験で硫黄化合物吸収容量の高かった2種類の酸化亜鉛脱硫剤を候補として選定し,実機適用に向けた性能評価を進めた。特に硫化カルボニルへの対策としてCOS変換触媒の必要性を判断するために,実用規模のプロセスにおける反応条件を想定した性能評価を行った。そのうち低温型の酸化亜鉛脱硫剤は,COS変換触媒無しで想定した硫黄化合物負荷(H2S 400 ppm,COS 100 ppm)に対する性能目標を達成できることが確認され,脱硫プロセスへの適用の見通しを得た。これら重金属類の除去剤,ハロゲン化物成形吸収剤,ならびに脱硫剤の全てについて,実用的な不純物除去剤の開発と選定が完了し,それら不純物除去剤の実機相当条件の性能も把握することが出来た。これらの不純物除去剤を組み込んだ乾式ガス精製システムについて,実証規模のパイロットプラントを用いて,バイオマスガス化MCFC発電システムの運転を実施して,実用的な性能を有していることを実証できた。
英文要約Title: Development of High Temperature Gas Purification System for Multiple Impurities Derived from Various Kinds of Fuels. (FY2005-2007) Final Report
Development and selection of potential sorbents for impurity removal processes preceded to the process optimization, which aims at establishing simple and operable dry gas purification technology to realize biomass gasification power generation systems. The demonstration test of the power generation system, which consists of biomass gasification and unit cell of molten carbonate fuel cell, was conducted by applying the obtained sorbents to the pilot plant of dry gas purification system. The sorbent development was carried out for the processes of mercury, halide, and sulfur compounds. The copper based sorbent was selected for appropriate mercury removal in coexisting hydrogen sulfide. The sorbent has advantage in its regenerable and reusable feature as well as the capacity for mercury. Its applicability to the actual process was confirmed by reproduction of pelletized sorbent whose mercury capacity exceeded the performance of the impregnated activated carbon specifically prepared for mercury removal in a same condition. Halide removal sorbent was developed by applying the sodium aluminate as a primary component for halide removal. Production procedure for the halide sorbent was established to reconcile the reactivity for halide removal and practical strength for installing to the actual fixed bed reactors. Most suitable sorbent was produced by the glass fiber reinforcement procedure of sodium enriched raw material, which was extracted among the various preproduction trials. The succeeded procedure was confirmed by applying to the mass production at an industrial scale apparatus, whose products performed desired strength and halide capacity comparable to the prototype sorbent. Desulfurization sorbent was selected from commercially available sorbents by comparable tests performed at 300 deg C. Two candidates of zinc oxide of low temperature type sorbents were selected for further evaluation at the operating condition of actual removal process under sulfur load with 400 ppm of hydrogen sulfide and 100 ppm of carbonyl sulfide. The specific zinc oxide was selected because of its distinguishable reactivity to carbonyl sulfide; the catalytic COS convertor can be eliminated by applying the sorbent to the sulfur removal process. According to these results, the development and selection of superior sorbents for mercury, halides, and sulfur compounds were completed. The demonstration tests of biomass gasification power generation system were conducted by applying the sorbents in each reactor of the pilot plant of dry gas purification process. The actual biomass derived raw fuel was introduced to the purification system and purified fuel was supplied to the fuel cell. The demonstration test successfully confirmed the applicability of the power generation by exhibiting the stable operation of the system under the superior impurity removal performance due to the superior sorbents.
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