2014 Fiscal Year Research-status Report
潜熱蓄熱媒体を用いる新規廃棄物バイオマス燃料化プロセス
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26550093
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
葛西 栄輝 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (50134044)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | バイオマス利活用 / 排熱利用 / 潜熱蓄熱 / 炭化プロセス / ロータリーキルン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、１．金属球蓄熱体の合金設計、２．潜熱蓄熱材を用いたバイオマス改質（炭化）実験装置の作製、３．提案プロセスのシミュレーションモデル開発、４．廃熱温度およびバイオマス特性に対応した蓄熱合金設計とプロセス原理提案の各項目について研究を進めている。
H26年度の研究実績の概要は以下のとおりである。
・固相変態に伴う潜熱蓄熱を200～800℃に制御可能な合金組成を求めるため、高温精密DSC装置を使用し、代表的な廃棄物溶融メタル組成および鉄系合金試料の変態温度、潜熱蓄熱量を含む熱的性質について比較検討を行った。その結果、前者が蓄熱体材料として有望であることを確認した。また、700～1000℃での高温酸化実験を行い、耐熱性、耐酸化性について評価した。
・バイオマスの乾燥・炭化実験を行うためのバッチ式の小型実験装置の設計を行った。代表的な試料としては木材チップを念頭におき、反応器のサイズを内径100 mm、長さ300 mm程度と設定し、外熱式で1000℃程度までの加熱を可能とする回転キルン型加熱炉とする。また、チップ試料の定量連続供給および炭化物の連続排出のための機構を設計した。乾留・炭化実験中は炭化室内温度の他、排出ガス中の主な成分（CO, CO2, H2O, 炭化水素ガスおよびタール成分）の連続測定が可能となるように既存のガスクロマトグラフ、赤外線ガス分析計等を整備した。なお、高温蓄熱材を扱うため、装入装置の冷却を工夫し、実験の安全性を確保できる構造とした。
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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
初年度は、実験に使用する予定のバイオマス試料を念頭に、連続的な乾留・炭化実験を実験室レベルで行うことができる実験装置の設計を設計した。また、潜熱併用蓄熱材として廃棄物溶融メタルの有用性を見出した。以上、研究目標を達成し、現在は、実験装置の作製準備と排熱レベルに応じた最適合金組成設計を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度の結果に基づき、以下の検討を行い、新規廃棄物バイオマス燃料化プロセス原理の提案に必要なデータを得る。
・有望な合金系の熱的特性の精査および変態温度と潜熱量制御法の検討：初年度の検討で絞り込んだ合金系に関して、加熱・冷却時のヒステリシス現象を含んだ精度良い測定を行い、熱的特性を精査する。さらに、当該合金系の組成および調製条件と変態温度、潜熱量に関するデータベースを作成する。
・蓄熱材としての合金系の総合評価：雰囲気制御が可能な加熱試験炉を使用し、工業炉排ガスで想定される組成および温度条件下での上記合金系の繰り返し加熱試験を行う。この結果と冷間強度試験結果を総合して蓄熱材としての合金系の総合評価を行う。
・初年度に設計した小型回転炭化実験装置を作製し、上記結果に基づき調製した合金系の蓄熱材を使用した木質バイオマス試料の乾留・炭化実験を種々の条件下で行う。この際、炭化装置内の蓄熱体およびバイオマス粒子の運動と熱交換速度、バイオマス試料の乾燥と炭化挙動に関する広範囲な条件における基礎データを収集する。
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