ガス化ガス中のタール全体像の詳細解析による高性能タール改質塔の開発支援

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K07038
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 村上 高広 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (70335107)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安田 肇 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究グループ付 (20358203)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: タール / ガスクロマトグラフ質量分析 / 電界脱離質量分析 / 流動層 / ガス化 / 褐炭

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、石炭等のガス化で副生するタール成分の全体像を明らかにすることを目的とする。方法として、ガスクロマトグラフ質量分析（GC/MS）および電界脱離質量分析（FD-MS）の分析手法を組合せ、これらを総合的に解析することにより、従来行われていた分子量300程度までの低分子側のタールに加え、これまで見落としていた分子量300以上の中・高分子側までのタール全成分を詳細に明らかにする。本研究において、実験室規模の流動層ガス化炉を用いて、褐炭の水蒸気ガス化実験を1123Kで行い、合成ガス中のタール成分について検討した。前述したGC/MSによる低分子成分の化合物同定に加え、FD-MSによる分子量分布測定を組合せて詳細に解析した結果、タールの主成分は、分子量24および26間隔の規則性をもつ特徴を示し、それらは多環芳香族化合物からなり、分子量で100-600程度の範囲に分布することを明らかにした。さらに、ガス化剤である水蒸気量を増やしてガス化実験を行った結果、水蒸気量が多い方が、その改質効果により、合成ガスの生成量は増加する一方、タール濃度は減少することが分かった。ただし、タールの主成分においては、水蒸気量に関わらず、分子量24および26間隔の規則性をもつ特徴を示し、それらは多環芳香族化合物からなり、分子量で100-600程度の範囲に分布することを明らかにした。以上より、本研究で提案したGC/MSおよびFD-MSを組合せた新たな分析法により、タールの低分子から中・高分子成分までを明らかにした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

実用的なガス化条件において、褐炭の流動層ガス化実験を行い、本研究で提案したGC/MSおよびFD-MSを組合せた新たなタール成分分析法により、これまでの分子量300程度までの低分子側の化合物同定に加え、中・高分子側への分子量増加の規則性および分子量の範囲も含め、中・高分子成分までの全体像を明らかにできたことから、当初計画通りに進展している。

Strategy for Future Research Activity

当初計画に基づき、流動層ガス化条件において、ガス化剤、温度など広範な範囲において行い、本研究で提案したタール成分分析手法によりタールの全体像を明らかにする。まずは、ガス化剤の影響について検討するために熱分解条件で実施し、水蒸気による結果と比較・考察を行う。

Causes of Carryover

当初計画していた学会発表において、申請時までに成果が出なかったため参加しなかった。平成30年度では、学会での成果発表を複数回計画している。さらに、流動層ガス化炉における石英ガラス製の反応管を製作する予定である。