成果報告書詳細
管理番号20110000000903
タイトル平成21年度~平成22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等高効率転換技術開発(転換要素技術開発) バイオマス熱的ガス化液体燃料触媒合成における精密ガス精製に関する研究開発
公開日2011/6/29
報告書年度2009 - 2010
委託先名三菱重工業株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約バイオ燃料の合成には、精密ガス精製により、ガス化ガス中に含まれる液体燃料合成触媒の被毒物質を許容値以下にする必要がある。従来技術である活性炭や吸着触媒を利用したガス精製はランニングコストが高く、安価なガス精製技術の開発が望まれている。本開発においては、バイオマスガス化液体燃料触媒合成に必要となる、触媒側の許容値(H2S濃度0.1ppm未満、タール濃度0.1mg/ Nm3未満)をクリアする低コストかつ信頼性のあるガス精製技術を開発し、次の成果を得た。 (1)バイオマスチャーは重質HCに対し、比表面積当たりでは活性炭と同等の吸着容量を有する。また、ハイドロカーボンや硫黄化合物(H2S)の吸着容量は、他の成分の影響をほとんど受けず吸着能における相互作用の影響は小さい。本特性を利用し、重質HCとH2S除去にバイオマスにバイオマスチャーを混合させたバイオマスチャー吸着塔の設計データを取得し、重質HCとH2Sを除去する多成分精製プロセスを構築した。これにより従来ガス精製システムでの吸着材費用に対し、約50%の吸着材費用を低減可能と試算された。(2) H2S(TOS)濃度0.1ppm未満、タール濃度(軽質HC含む)0.1mg/Nm3未満を担保する触媒による精製システムを構築すると共に基礎試験にて目標値を満足する性能を有することを確認した。(3)多管式熱交換器型生成ガス冷却器と多孔質フィルタによるガス冷却・除塵システムの実ガス下での検証データを取得し、設計指針を得た。(4)低コストガス精製の指標とすべくガス化時の副生成物であるタールや固体残渣の特性分析を行い、灰中に含まれるCa(OH)2等のアルカリ金属塩によるタール発生抑制効果が期待できることを明らかにすると共に、バイオマスチャーを吸着材利用した際のS分の吸着形態が物理吸着であることを示唆する分析結果を得た。本技術は様々なガス化炉形式やバイオマス種からのガス化ガスの精製に適用可能であるが、適用に際しては更なるデータ蓄積と事前の検証が必要である。
英文要約Title:Research and Development of Advanced Synthesis Gas Purification Process for Biomass Thermochemical Gasification and Catalytic Liquefaction (FY2009-FY2010) Final Report
Through use of biomass thermochemical gasification and catalytic liquid fuel synthesis technologies, a wide variety of liquid bio-fuels are producible from various kinds and large amounts of biomass feedstock with very short reaction time. In addition, these technologies are applicable to non-edible and wasted lignocellulosic biomass. For extending lifetime of the catalyst and lowering cost, catalytic poisoning contaminations in the synthesized gas have to be reduced to below permitted impurity content value of synthesis catalyst by strict purification. However, gas purification process using activated carbon or adsorption catalyst has high running cost. Therefore, a low-cost and advanced purification process suitable for biomass gasification is required.
Advanced purification system had been developed by this R&D, to satisfy permitted impurity content value of methanol synthesis catalyst: 0.1mg/ Nm3 of H2S and 0.1mg/ Nm3 of tars. (1) Multi component purification system, using biomass particles and biomass char as adsorbent, had been developed. The specific surface areas of biomass char is the same level as that of activated carbon per each carbon contents and it is revealed that adsorption capacity of hydrocarbon and H2S does not have interdependencies each other. It is estimated that a cost reduction rate of about 50% can be achieved by this system compared to the absorbent cost of conventional purification system which using activated carbon and adsorption catalysis. (2) The final purify system by using catalytic reactor had been developed and the verification by the basic purify test had been conducted. (3) The system of biomass char collecting and gasification gas cooling, by using porous filter and multitubuler heat exchanger, had been developed and design data had been obtained. (4) For developing a low-cost advanced purification process, analysis which is chemical and physical properties of gasification byproducts, char and tar, had been conducted as basic study. Gasification with an addition of Alkali ash, such as Ca(OH)2, is effective to increase gasification rates and decrease tar yield. FT-IR and modified TG analyzer results suggest that contaminant sulfur (H2S) in the produced gas was physically adsorbed in the char. The results as mentioned above can be applied for the biomass gasification gas from various types of gasifier and biomass feedstock, but further data collecting and the verification is needed before design implementation.
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