Study on highly-efficient energy conversion technologies of biomass by gasification

生物质气化高效能源转化技术研究

基本信息

批准号：
17F17822
负责人：
成瀬一郎
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-11-10 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17F17822/
关键词：
バイオマスガス化合成ガス充填層タールダウンドラフト

项目摘要

本研究では、バイオマスのガス化過程における詳細な反応挙動を、実験ならびに理論的に解明した。また、炉内への高温水蒸気添加によるガス化反応への影響も検討した。具体的には、熱天秤およびガス化炉として最も簡易な構造である充填層型ガス化炉を用い、木質ペレット、木質チップ等のガス化実験を行った。熱天秤実験では、原料そのものの昇温条件下での質量減少の計測、バイオマスチャーについては等温条件でのガス化挙動の定量化・モデル化を行った。充填層ガス実験では、定常状態下での炉内生成ガス組成の計測等を実施した。主な結果として、熱天秤実験からは、バイオマスの基礎的な総括およびチャーガス化特性をモデル化することができた。充填層バイオマスガス化実験では、自立連続ガス化実験を遂行することができ、生成するガス組成の定量化とガス化ガスの発熱量や冷ガス効率等のガス化特性を明らかにした。その他、アップドラフト条件とダウンドラフト条件との比較や木質ペレットとチップのガス化特性の比較も実施した。最終的に、得られたガス化実験の結果を理論的に考察するため、素反応速度論を用いたガス化炉内の反応解析とガス化反応機構の解明を行った。数値解析は、気相の素反応のみならず、主要な固気ガス化反応の素反応も組み入れて計算した。さらに、最もガス化特性が良い条件については、ガス化炉に設置してあるサンプリングポートから高温水蒸気（300℃）を供給し、タール・すすの抑制実験も試みた。また、素反応速度論解析も用いて、高温水蒸気供給によるタール・すす抑制機構についても、定性的ではあるが考察した。

在这项研究中，我们从实验和理论上阐明了生物质气化过程中的详细反应行为。我们还研究了向炉内添加高温蒸汽对气化反应的影响。具体来说，我们使用热天平和填充床气化器（气化器的最简单结构）对木颗粒、木片等进行了气化实验。在热天平实验中，我们测量了原料本身在高温条件下的质量损失，对于生物质焦，我们对等温条件下的气化行为进行了量化和建模。在填充床气体实验中，我们测量了稳态条件下炉内产生的气体的成分。主要结果是热平衡实验使我们能够模拟生物质的基本概括和焦气化特性。在填充床生物质气化实验中，我们能够进行自持连续气化实验，并对产生的气体成分进行量化，明确了气化气体的热值、冷气效率等气化特性。此外，还对上升气流条件和下降气流条件以及木屑颗粒和木片的气化特性进行了比较。最后，为了从理论上考虑气化实验的结果，我们利用基元反应动力学分析了气化炉内的反应，并阐明了气化反应机理。数值分析不仅结合了气相中的基元反应，而且还结合了主要固-气气化反应中的基元反应。此外，为了找到最佳气化特性的条件，我们进行了通过从安装在气化炉中的采样口供应高温蒸汽（300°C）来抑制焦油和烟灰的实验。此外，利用基元反应动力学分析，我们还定性地考虑了高温蒸汽供给抑制焦油和烟灰的机理。