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NEDO 「バイオマスエネルギー技術研究開発/戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発事業」/
「ABC(Advanced Biomass Co-gasification)次世代バイオマス液体燃料製造システム技術の開発」
技術開発部
一般財団法人 石炭エネルギーセンター
事業成果報告会
2013.7.25
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研究開発の目的:
(1)バイオマスと補助石炭の共ガス化で、ガス化炉運転の安定化を図り、熱効率を向上。
(2)三塔式CaO媒体CFBガス技術でガス化、メタンやタール等改質、脱硫、H2/CO比調整を
同時促進し、簡易ガス精製(水洗浄・脱塵)のみで、合成ガスとしてBTL設備に提供。
(3)少量軽質タール、硫黄に耐え、安価な新FT合成触媒によるBTL設備を開発。
(4)合理的なガス化、FT合成のシステムマッチング、油製造効率の最大化。
油燃料製造
>50%
本提案システムの基本構成と技術開発項目
BTL設備 ガス化設備
(2) CaO 熱媒体循環 流動層ガス化炉 (ガス化+改質+ 炉内脱硫+H2/CO比調整)
(1)バイオマス+補助石炭(入熱基準1割以下)
ガス 洗浄 脱塵、
洗浄水
(3)耐タール耐硫黄 FT 合成
効率
洗浄排水
高温排ガス
生成ガス H2S < 10ppm 軽質タール<0.5g/m3
H2/CO比=1-2
無排水処理
水蒸気 (熱)
合成ガス
水蒸気
空気
バイオマス乾燥
事業の目的、概要
オフガス (メタン、プロ パン、・・・)
(4)
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年度 平成24年度~平成25年度 延長:平成26年度~平成27年度
目標 合成油製造効率が50%以上のガス化と触媒の確認及びマッチングシステムの構築
項目 ガス化(JCOAL) 液化 システムマッチング
(JCOAL) システム検証、スケールアップ検討
検討内容
①流動層CaOハンドリ
ング検討とタール改質
の検討 ② バイオマスと石炭
共ガス化の検討
③ 三塔循環流動層に
よる最適ガス組成の制
御検討
① 耐タール、耐硫黄
触媒の開発(岐阜大)
② スラリー反応層に
よる触媒寿命、ガス組
成影響、装置コンパク
ト化の検討(産総研)
① トータルシステムの
最適構成(JCOAL)
② 反応器、プロセスの
熱、物質収支(岐阜大)
③ 経済性、油性状、市
場性検討(JCOAL、岐阜大)
ガス化から液化までの連続試
験を含め、提案システムの検証、
スケールアップ因子把握
装置設計とスケールアップ検
討能力のあるプラントエンジニ
アリングメーカーが参加予定
本技術の開発計画、課題、分担 H24,H25(H26,27)年度 開発計画:
実施体制
一般財団法人石炭エネルギーセンター
国立大学法人岐阜大学
委託
再委託
独立行政法人産業技術総合研究所
バイオマスリファイナリー
研究センター
推進委員会
NEDO 平成24年度 8月21日採択
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CaO熱媒体循環流動層ガス化炉
(ガス化+タール改質+炉内脱硫)
バイオマス+ 石炭
補助燃料ガス洗浄脱塵、
洗浄水
(5)耐タール耐硫黄
FT合成
バイオマス油燃料
洗浄排水
高温排ガス
生成ガス
高温焼却
水蒸気(熱)
合成ガス
水蒸気
空気 バイオマス乾燥
JCOAL の担当内容
1.三塔式循環流動層ガス化装置によるバイオマス/石炭共ガス化技術開発
2.トータルシステム検討
3.事務局
1.三塔式ガス技術開発
・共ガス化(H2/CO=1-2)
・CaOによるメタン、タール等改質 (軽質タール<0.5g/m3)
・炉内脱硫(H2S < 10ppm)
2.トータルシステム検討、 評価
・最適プラント構成
・Aspenツールによるシステム解析
(熱有効利用、OFF-GASリサイクル、
効率アップ(油製造効率>50%))
・効率、経済性、市場評価
CaSO4, フライアッシュ
ガス化塔
媒体(CaO)、CaSO4
水蒸気、or CO2
ライザー
バイオマス石炭CaOベース媒体
空気or O2
クリーンガス
排ガス
850~1000℃
650~850℃
排ガスサイクロン
媒体サイクロン
ガス化ガス(H2, CO, CH4, ・・・CnHm)
媒体CaO
燃焼塔
媒体CaO
850~1000℃
改質塔
ボトムアッシュ
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第2四半期 第3四半期 第4四半期 第1四半期 第2四半期 第3四半期 第4四半期
① 三塔式循環流動層バイオマスガス化技術開発
①-1 流動層による CaOタール改質促進反応条件の検討(JCOAL)
①-2 バイオマスと石炭共ガス化の反応条件の検討(JCOAL)
①-3 三塔式循環流動層による循環、流動及び反応条件の検討(JCOAL)
③ ガス化と液化マッチングシステムの解析
③-1 トータルシステムの最適構成の検討(JCOAL)
③-3 経済性、合成油性質、市場の検討(JCOAL)
トータルシステム技術開発
事務局(ワーキング、委員会、報告)
研究項目
平成24年度 平成25年度
三塔式ガス化技術開発
成果報告H25実施計画実施計画
温度、流動による模擬タ
ール改質への影響の検討
バイオマス、石炭の供給方法の検討
バイオマス・石炭の共ガス
小型三塔循環流動層ガス化装置の試作
バイオマス・石炭の共ガス化とタール改質の連
続運転によるタール改質効果、炉内脱硫効果、
最適ガス組成制御条件の最適条件の検証
小型三塔式循環流動層試験による循環流動、
反応条件を検討するとともに、
各反応塔の基本構成と形成を検討する。
プロセス評価ツールによるトータル
システムの概略構成、反応温度、
圧力の検討
前年度の検討成果を踏まえ、ガス化、ガス洗浄、
液化、バイオマス乾燥などトータル
システムの機器構成、運転条件の検討
プロセスの経性、立地条件、合成油性質、
適用市場等を検討
成果報告
実施スケジュール
二段流動層による
8月21日
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1.三塔式循環流動層ガス化の試験検証ー1 CaO によるメタン、タール改質効果の検証
6
上段: 改質炉 (石英ガラス 反応管内径:30mm)
下段: ガス化炉 (石英ガラス 反応管内径:30mm)
バイオマス 石炭、N2
熱電対
熱電対
凝縮器
CaO 粒子 流動層
硅砂、CaO 流動層
供給機
電気炉
風冷ゾン
水蒸気、N2
生成ガス分析
ステンレス製反応管ー>石英ガラス製二段反応管に変更
1000
mm
300
mm
530
mm
ガス クロ
既設二段流動層反応装置
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上段にCaO粒子なし(ブランク) 石炭供給開始後、約数分 タール発生、配管つまりで停止
上段にCaO粒子あり( 100g) 石炭供給開始後、約180分 タール発生なし、連続供給時間約3時間、 (計画停止)
風冷ゾン
凝縮器
風冷ゾン
凝縮器
タール改質試験の一例
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三塔式循環流動層ガス化の試験検証ー2 三塔循環流動層装置による粒子循環流動の検証
石英ガラス製三塔循環流動反応装置
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3E棟1101室 試験室
三塔式 装置 設置
二段 流動 層
実験室写真及び 試験装置の配置
装置設置場所産総研西事業所3E棟1101室 2E棟
から3E棟へ移設2E棟
3E棟
試験装置の設置場所
つくば産総研西事業所
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CaSO4, フライアッシュ
ガス化塔
媒体(CaO)、CaSO4
水蒸気
ライザー
バイオマス石炭
空気or O2
排ガス
850~1000℃
650~850℃
排ガスサイクロン
媒体サイクロン
ガス化ガス(H2, CO, CH4, ・・・CnHm)
媒体CaO
燃焼塔
媒体CaO
850~1000℃
改質塔
媒体CaO
Ca/CaCO3/CaS
400-800℃
低温硫黄再吸収塔
クリーン合成ガス(H2, CO,・・・)
液体燃料
オフガス、重質残渣(CH4, ・・・CnHm)
ガス洗浄
液体燃料合成
三塔式循環流動層ガス化炉と液体燃料合成システム
排ガス H2/CO: 2 タール:軽質タール<5% H2S : <10 ppm
乾燥
燃料油効率 >50%
2.トータルシステム解析ー1 プロセス構成概略、解析目標
解析ツール:AspenPlus
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解析モデルの作成と主な解析結果 解析モデル
解析結果: ガス化生成ガス組成 (再利用あり)
H2/CO 比 [mol/mol]
ガス化冷ガス効率 [ % ]
液体燃料製造効率 [ % ]
2.4 → 1.98 69.9% → 78.35 % 48.1% → 53.89 %
H2 [%] CO [%] CH4 [%] CO2 [%] H2S [ppm]
63.38 31.94 1.81 2.34 3.85
オフガス、排熱再利用 無し、ありの比較
R Y I E L D
S E P
D U P L
D U P L
Q
D U P L
Q
MIXE R
QD U P L
D U P L
Q
MIXE R
R G I B B S
D U P L
D U P L
QMIXE R
ガス化部分 FT合成部分
改質炉
燃焼炉
ガス化炉
スクラバー
硫黄再吸収
乾燥
蒸発
生成ガス(FT合成へ)オフガス(ガス化へ)
FT合成
水分離
予熱
気液分離
低温分離 生成
油
排熱(乾燥へ)
石炭供給
バイオマス供給
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2.トータルシステム解析ー2 プロセス構成、経済性評価
・ ガスクリーンアップ簡素化(脱硫とシフト反応装置が不要)
による経済性効果の検討
・ 合成触媒の合成率、コスト、寿命等による燃料製造経済
性への影響
・ バイオマスガス化燃料油製造プラントの最適規模、及びプ
ラント運転率
調査実施中:
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纏め、及び今後のスケジュール
H25年度 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月
研究実施
WG ○ ○ ○ ○
推進委員会 ○ ○
NEDO 成果発表会
○
ステージゲート評価
○
技術検討、開発試験、データ収集の実施
纏め、評価資料作成
評価
関係者限
・ CaOによるタール改質効果を確認した。
・ 3塔式ガス化試験装置を完成し、循環試験を実施中。
・ 共ガス化条件を検討中。
・ ガス化と液化のプロセス計算プログラムを作成し、全体プロセス最適化を検討した。
・ 経済性評価プログラムを作成中。
纏め:
今後のスケジュール: