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

基本信息

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

项目摘要

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。

利用气化发电的高效发电技术已被提出作为有机废物热回收方法之一。气化发电工艺实用化的挑战之一是气化反应过程中副产物焦油在下游管道和发电发动机中沉淀，影响长期连续运行。人们提出了许多使用催化剂来减少焦油排放的方法，但一般废物和一些工业废物可能含有腐蚀性物质，因此很难使用催化剂。在非催化气化的研究中，提出了两级气化方法，第二级（重整器）的操作条件（空气比/蒸汽比）对焦油排放和生成气体热值起着重要作用。据报道，这一目标已经实现。然而，在实际设备中，人们认为不仅操作条件而且炉内气体的流动状态都会影响焦油的排放量。然而，几乎没有研究关注它们。本研究考察了二次吹风方式对焦油烟尘产生量的影响，即二次吹风方向和气体流量的差异、炉内温度分布以及对焦油烟尘产生量的影响。通过计算和实验研究了这些分布对焦油和烟灰排放量的影响。假设使用数十吨/天的重整器对焦油模型材料（乙烯）进行部分氧化重整反应，进行了数值计算。关于二次送风的方向，我们研究了管式重整器的r方向（径向）和theta方向（圆周方向）。在两个方向上，炉内温度分布不同，既有局部高温区，也有低温区，这不仅妨碍了反应热充分利用于焦油重整，而且增加了焦油重整的热能。事实证明，这是很有可能的。当重整气体通过沿θ方向鼓风而使反应器快速膨胀而再循环时，由于强烈混合，炉内温度分布变得均匀，并且未重整焦油通过低温段鼓风被排出。由于局部高温区域缩小，烟尘产生量减少。