微粉炭の接触熱分解と燃焼による新規な複合発電システムの開発

2000 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 10450291
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 反応・分離工学
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 寶田 恭之 群馬大学, 工学部, 教授 (70154929)
• 研究分担者: 王 杰 群馬大学, 工学部, 助手 (50302451)
• 研究期間 (年度): 1998 – 2000
• キーワード: 石炭 / 熱分解 / 水素 / 触媒 / 流動層

研究概要

本研究では、従来の微粉炭燃焼技術を活かしつつ、よりクリーンで高効率な発電システムを開発することを目的として、微粉炭燃焼技術と新規な流動層接触熱分解炉を組み合わせた全く新しい複合発電システムの開発を行った。
実験には2種類の熱分解実験装置を用いた。すなわち、キュリーポイントパイロライザーを組み込んだ2段式固定層型反応器および連続式加圧流動層熱分解装置である。連続式加圧流動層装置は石炭供給部、ガス供給部、熱分解反応部、石炭チャー回収部およびガス分析装置からなり、熱分解反応器は内径30mm、長さ600mmのインコネル製である。200mesh以下に粉砕した石炭試料を微粒子供給装置を用いて、流動化している触媒層内に供給し熱分解を行った。
熱分解生成物分布は触媒種類、熱分解温度に強く影響された。CoMo/Al_2O_3触媒を触媒とした場合、580℃の水素雰囲気下で熱分解生成物の98%をメタンガスに転換することに成功した。また、Ni触媒を用いると、ガス収率が著しく増加し、600℃で44%のガス収率が得られることを見出した。液状生成物の生成はほとんど認められず、500℃程度の低温度域でも液状物をほぼ完全に分解することに成功した。一方、Fe触媒のタール分解活性は反応前の予備処理条件によって著しく異なることを明らかにした。その結果、900℃の水素気流中で還元処理することにより、Ni触媒の場合と同等の活性を得ることができた。
連続式加圧流動層熱分解装置から回収されたチャーを熱天秤を用いて、酸素10%の雰囲気下で室温より800℃まで昇温し、熱重量曲線より燃焼特性を検討した。その結果、流動層によって急速加熱されたチャーは、低速加熱条件下で調製されたチャーに比べて低温から燃焼が始まることが明らかとなり、本流動層熱分解システムによって燃焼しやすいチャーを容易に生成出来ることが分かった。

研究成果

• [文献書誌] J.Wang,Risa.Ishida,T.Takarada: "Carbothermal Reactions of Quartz and Kaolinite with Coal Cher"Energy & Fuels. 14. 1108-1114 (2000)
• [文献書誌] T.Takarada,K.Hayashi,K.Morishita,M.Yamashita: "High BTU Gas Production by Catalytic Low-Temperature Flash"The 7th China-Japan Symposium on coal and C1 chemistry. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] H.Ota,T.Takarada: "Effect of Low-Temperature Oxidation on Caking Property of Coal"9th Australian Coal Science Conference. (2000)
• [文献書誌] 宝田恭之,山下征則,王杰: "種々のNi触媒を用いた石炭の流動層接触低温熱分解"化学工学会第65年会. G-22 (2000)
• [文献書誌] 王杰,石田里沙,宝田恭之: "高温下における石炭含有鉱物質とチャーとの反応"第9回日本エネルギー学会. 57-60 (2000)
• [文献書誌] J.Wang,R.Ishida,E.Akashi,T.Takarada: "石炭チャー中鉱物質の反応及び溶融挙動"第37回石炭科学会議. 381-384 (2000)