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

焦油重整炉产气充分混合再循环减少焦油和烟尘排放的研究

• 批准号: 17760691
• 负责人: 波岡 知昭
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760691/
• 关键词: 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; 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

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。

有机废物的热回收方法之一是使用气化发电的高效发电技术。实际使用气化发电过程的挑战之一是，TAR是气化反应期间的副产品，在随后的管道和发电发动机中会造成沉淀，从而导致它们干扰了长期连续运行。有许多建议使用催化剂作为减少焦油排放的方法的建议，但是一般废物和某些工业废物可能含有腐蚀性物质，在这种情况下，很难使用催化剂。关于无催化气化的研究提出了一种两阶段的气化方法，据报道，第二阶段的工作条件（空气比和蒸汽比）（改革炉）在焦油排放和生产气体产生的热量中起着重要作用。但是，在实际机器中，人们认为不仅会影响运行条件，还会影响炉子和焦油排放的气流条件。但是，考虑到这些要点几乎没有考虑。在这项研究中，我们调查了二次空气对TAR烟灰产生的方法，即使用计算和实验，这些分布对二次空气吹和气流速度的方向差异以及这些分布对TAR烟灰排放的影响。假设假定焦油模型物质（乙烯）的部分氧化/改革反应，则基于改革反应堆的尺寸（假定为几十吨/天）进行数值计算。对管改革者的R方向（径向方向）和θ方向（圆周方向）研究了二次空气吹动方向。尽管两个方向上的温度分布都不同，但也会产生局部高温区域，并产生低温区域，不仅不能将反应热量用于焦油重整，而且还发现，产生的烟灰量很高。当通过在θ方向上吹动反应器快速扩展反应器来恢复产生的气体时，强烈的混合使炉子中的温度分布均匀，减少了由于低温部分吹出而导致的未改性焦油排放量，并减少了局部高温区域，因此估计产生的烟灰量也可以减少。