タール改質炉内強混合・生成ガス再循環によるタール・スート排出量低減に関する研究

• 研究課題/領域番号: 17760691
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: エネルギー学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 波岡 知昭 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 助手 (90376955)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円); 2006年度: 500千円 (直接経費: 500千円); 2005年度: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
• キーワード: タール改質 / 旋回流 / 再循環流 / ガス流動 / スート低減 / バイオマス / 廃プラスチック / 温度分布 / 炉内濃度分布

研究概要

有機系廃棄物のThermal recycle手法の一つとして、ガス化発電による高効率発電技術が提案されている。ガス化発電プロセス実用化の課題の一つに、ガス化反応時に副生するタールが後段配管及び発電用原動機内で析出し、それらが長期連続運転に支障をきたす点が挙げられる。タール排出量低減手法として触媒を用いる方法は数多く提案されているが、一般廃棄物や一部の産業廃棄物中には腐食性物質が含まれている場合があり、その場合触媒の利用は難しい。無触媒ガス化に関する研究では、2段ガス化法が提案されており、2段目(改質炉)の運転条件(空気比・水蒸気比)がタール排出量及び生成ガス発熱量に重要な役割を果たしていることが報告されている。しかし実機では、運転条件だけでなく、炉内ガス流動状態もタール排出量に対しても影響を及ぼすものと考えられる。しかしながら、それらに着目した検討はほとんど行われていない。本研究では、タール・スート生成量に及ぼす2次空気吹き込み方法、すなわち2次空気の吹き込み向き及びガス流速の違いが炉内温度分布、さらにそれらの分布がタール・スート排出量に及ぼす影響について、計算および実験により検討した。
数10t/day規模を想定した改質炉寸法で、タールモデル物質(エチレン)の部分酸化・改質反応を想定した数値計算を行った。2次空気吹き込み向きは、管型改質器に対して、r方向(半径方向)及びθ方向(円周方向)について検討した。両方向とも、炉内温度分布は異なるが、局所的な高温域が出来る一方で、低温の領域も発生し、反応熱がタール改質に対して十分活用できないだけでなく、スート生成量が増加する可能性が高いことがわかった。θ方向への吹き込みとともに、反応器を急拡大させることで生成改質ガスを再循環させた場合、強混合により炉内温度の分布が均一となり、低温部を吹きぬけることによる未改質タール排出量は低減し、また局所高温域が減少するため、スート生成量も低減することが推測される。