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木質系廃棄物の燃料化技術

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木質系廃棄物の燃料化技術
No.09014
木質系廃棄物の燃料化技術
キーワード:木材,廃棄物,ガス化,液体燃料化
はじめに
これらプロセスの中で発生するタールは、
昨今、地球温暖化防止に向けて、再生可能
ガス冷却時に凝縮することから配管などの閉
なエネルギー源としてのバイオマスの利用が
塞原因となり、熱分解の運転継続に支障をき
徐々に進められています。2002 年に建設リサ
たす恐れがあります。また、液体燃料化にお
イクル法が完全施工され、木質系建築廃材の
ける触媒毒とも考えられていることから、タ
分別解体および建築廃材の再資源化が義務付
ールの発生抑制及び完全除去が大きな課題と
けられました。その結果、収集・輸送ルート
なっています。
が確立され、木質系建築廃材が大量に入手で
きるバイオマスとなりつつあります。一方、
気体
バイオマスを資源としたエネルギー変換技術
として、輸送用燃料および化学原料を製造で
きるガス化技術が注目されています。
て当所で検討した結果を紹介します。
バイオマスのガス化の原理
バイオマスのガス化の概要を図 1 に示しま
す。まず、バイオマスは、200~600℃、無酸
素状態において熱分解され、原料の 75~90%
がガス(CO,H2 ,CH4 ,CO2 ,H2O)及びター
ル等のガス状物質に、残りの 10~25%がチャ
ーと呼ばれる固定炭素に転換されます。
次に、供給された酸素または空気によって、
熱分解生成物質であるガス・タールおよびチ
ャー等が部分燃焼されます。燃焼時に発生す
る熱は、熱分解反応の熱源となります。
液体
固体
バイオマス
図1
チャー
バイオマスのガス化の概要
木質系廃棄物を用いたガス化試験
夾雑物を含む木質系廃棄物のガス化試験に
は、炉構造が簡単、かつ一般的にタールの発
生が少ないダウンドラフト型固定床炉を採用
しました。試験炉は、図 2 及び図 3 に示すと
おり、炉中部よりガス化剤として空気を、炉
上部より押込み空気を供給することによって、
炉内に上部から乾燥領域及び熱分解領域、燃
焼領域、還元領域を形成するように製作しま
した。試験には建築廃材を破砕処理した木材
チップをそのまま使用しました。
原料
原料の組成及び発熱量
押込み用
空気
乾燥
ス化が生じ、主に Boudouard 反応(C+CO2
熱分解
燃焼用空気
より、CO と H2 が生成します。
以上述べた 3 つのプロセスを経て、バイオ
C+CO2→2CO
C+H2O→H2+CO
タール
続いて、700~1200℃においてチャーのガ
→2CO)と 水 性 ガ ス 反 応 (C+H2O→H2+CO)に
低分子炭化水素
芳香族
CO,H2,CO2
CH4,H2O,
本稿では、木質系廃棄物を対象とし,それ
らの液体燃料化を目指したガス化技術につい
1200℃
200~600℃
2.8 m
C
wt%
46
H
wt%
6.5
O
wt% 45.3
N
wt%
0.1
S
wt%
1.1
wt%
1.2
灰分
発熱量 MJ/kg 20
燃焼
還元
生成ガス
マスのガス化は進行します。
図2
試験装置の概略(内容量 325 lit)
ガス化炉内の各
における最適な値が 2 であることから、メタ
測定点における平
ノール合成用のガスとしては H2 の割合が CO
均温度分布を図 4
に比較し少ないことが分かります。メタノー
に示します。炉内温
ル合成における最適なガス組成を確保するた
度分布は、いずれの
めには、水蒸気をガス化炉内に投入すること
酸素空塔速度でも
60
により、H
2 の増大を図る必要があります。
50
ガス濃度(%)
炉上部から中部空
気吹込み部(酸化領
域)までなだらかに
温度上昇しており、
図3
試験装置の外観
N2
40
30
H2
20
CO2
CO
CH4
O2
10
燃焼領域が上部に
0
広がらず、乾燥・熱分解領域がガス化炉内に
0
5
10
経過時間(時)
一定範囲で存在していることが分かります。
図5
また、ガス化剤吹込み部の温度がもっとも高
くなっていることから部分燃焼部が安定して
存在していることも確認できます。しかも、
H2/CO
その温度がタールの分解温度域である 800℃
以上に達する場合には、タールの分解が起こ
っていると想定されます。
3
2
3
2
m /hm
酸素空塔速度:17.7 m3/hm2
3
2
m /hm
酸素空塔速度:35.4 m3/hm2
2.5
炉高さ(m)
3
酸素空塔速度:7.9 m3/hm2
m /hm
1.5
20
生成ガス組成 (酸素空塔速度 17.7 m3/hm2)
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0
乾燥領域
2
15
10
20
30
40
酸素空塔速度(m3/hm2)
図6
熱分解領域
H2/CO と酸素空塔速度の関係
酸化領域
1
まとめ
還元領域
0.5
木質系廃棄物を用いてガス化試験を行った
0
0
200
400
600
800
温度(℃)
1000
結果、H2 及び CO を高濃度に含むガスを得る
1200
図 4 炉内温度分布
次に、酸素空塔速度 17.7 m3/h・m2 における
ことができました。また、その H2/CO 値が
水蒸気を除いた生成ガス組成を図 5 に示しま
メ タ ノ ー ル ( CH3OH)、 ジ メ チ ル エ ー テ ル
す。ここで,酸素空塔速度は炉内に投入され
(CH3OCH3)の液体燃料合成が可能であるこ
たガス化剤の酸素量を炉内断面積で割った値
とが分かりました。
1.0~1.5 であったことから、ガス質としては
(=投入酸素量 [m3/h]/炉内断面積 [m2])で
本技術についてご興味のある方は下記にお
す。ガス組成は多少変動しているものの、H2
問合せください。
は平均 18.5 %、CO についても平均 15.3 %
参考文献
の濃度を有するガスが得られています。
1)バイオマスからの気体燃料製造とそのエネ
酸素空塔速度を変化させた時の H2/CO を図
ルギー利用
エヌ・ティー・エス(2007)
6 に示します。H2 /CO 値は 1.0~1.5 であり、
2)バイオマス液体燃料
メタノール合成反応(2H2 + CO→CH3OH)
(2007)
作成者
発行日
環境・エネルギー・バイオ系
Phone:
2010 年 3 月 2 日
エヌ・ティー・エス
大山 将央 、井本 泰造 、岩崎 和弥
0725-51-2565、
-2629 、
-2630
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