2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a novel coal gasifier with controlling volatile-char reactions and hydrodynamics
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17H03451
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
伏見 千尋 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50451886)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
酒井 幹夫 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (00391342)
官 国清 弘前大学, 北日本新エネルギー研究所, 教授 (90573618)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 石炭 / ガス化 / 流動層 / 高効率発電 / ダウナー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
石英製ダウナー熱分解炉の上部から、900度に加熱した活性炭粒子と、石炭粒子を供給し熱分解実験を行った。反応器内の粒子の滞留時間1秒未満という状況にもかかわらず、加熱した硅砂を熱分解炉に供給することにより、タールは迅速が活性炭に吸着され、軽質タールの放出を完全に抑制することができることを明らかにした。
プロセスシミュレーターを用いて三塔式循環粒度層ガス化炉モデルの作成を行った。ダウナー型熱分解炉900度、気泡流動層ガス化炉800、850度、ライザー型燃焼炉950度とし、ダウナー型熱分解炉に石炭との熱媒体粒子（チャー）を供給し、気泡流動層ガス化炉にガス化剤として水蒸気を供給した際に、熱収支が取れる条件下で冷ガス効率の算出を行った。また、計算された冷ガス効率を用い反応器サイズの検討も行った。
TBCFBガス化炉では、高速で熱媒体粒子が循環することが想定されており、このような系で、求められるダウナー型熱分解炉の下部にて迅速で高効率で気固分離器の設計、製作を行った。その装置を常温常圧で運転し、ガスシール部の高さごとの流動層部へのヘリウムガスの流入量と圧力を測定した。その結果、測定したいずれのガスシール部長さでも十分にヘリウムガスの流入を防げていることが分かった。
固気混相流の世界標準のDEM-CFD法に符号付距離関数と埋込境界法を導入してシンプルなアルゴリズムで循環流動層の数値シミュレーションを実行できる計算手法を開発した。本計算手法の妥当性を検証するために実験を行い、計算結果と実験結果が一致することを確認した。
CFDによるダウナー熱分解炉と移動層タール改質器の熱媒体粒子の流動解析によって、ダウナー熱分解炉中の粒子密度の変化に応じてその下に設けている改質器中の移動層を形成する条件及び移動層中の粒子流動特性を明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
理由
・900℃で予熱した活性炭を石炭とともに供給した際の、熱分解反応の生成物分布を測定することができた。
・実験前後の活性炭の表面官能基と細孔径分布を明らかにした。粒子の滞留時間が0.6秒程度と短時間にもかかわらず、タールが迅速に活性炭に付着して、軽質タール排出を完全に防ぐことができた。
・現在まで、移動層タール改質器中粒子移動特性を明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
・ダウナーでの熱分解直後のガス化の反応性を測定する。
・伝熱や反応速度を考慮した反応器モデルを作成し、想定しているガス化炉において、より詳細な冷ガス効率向上の可能性を検討する。
・大量に熱媒体粒子が循環している系で気固分離を行い、粒子の分離効率を測定する。最適な気固分離器の構造を決定する。
・本研究で開発した数値解析モデルの妥当性検証をさらに進めるため、現在よりも検証条件の範囲を広げて数値解析および実験を行う。
・今後三つの構造内の流動特性の相互影響に関する解析が必要である。
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