Joe.H のバイオマス・ECO活動

最新バイオマス・ガス化/オイル発電等再生可能エネルギ‐設備・最新技術情報の紹介と実践報告です!

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ガス化装置、やっと日本でも注目を浴びてきています。
バイオマス固定電力の買取制度の影響だと思います。ソーラー発電も飽和状況です。
次はバイオマス初発電!?!?
と言うことだと思います。
 
買取価格もいろいろです。固定価格以上での電力販売も可能の様です。
 
但し、このガス化装置も、単にバイオマスチップによるガス化発電だけではありません。
いくら買取電力価格が高くても、その原材料費、装置価格が高くては意味がありません。
特に、採算性等が重要です。ビジネスとしてのガス化なら、なお更です。
 
ガス化装置も、多種多様です。
これまでも、特徴ある幾つかの製品を紹介してきました。
漠然とガス化装置(Gasifier)といっても、その分類により、何百という製品が販売中、或いは開発中です。
ガス化装置用の発電手段は、通常ガスエンジン発電ですが、他に、ガスタービン発電、或いはガス・ボイラー蒸気発電、燃料電池発電等がありますが、今回はガス化装置中心です。
 
例えば、このガス化装置、次の様な様々な角度から分類してみました
 
発電能力から;小型10KW〜100KWサイズまで、中型100KW〜2000KW程度、それ以上の大型、超大型まであります。
小型自動化タイプの例では、Power Labs社の20KW紹介済みです。
 
処が、それより一寸大きさで信頼できるタイプとなると、これまで適当な製品がなかったのですが、最近見つけた下記製品は有力で、当方も注目しています。 
この製品(Elite400)は、Power Labs社と同様、ガス化装置、エンジン(ターボ)も含め総て米国製です。
発電能力は、通常50〜70KW程度ですが、使用原料により変ります。
丁度、Power Labsの製品の3〜4セット分の能力です。従って、20KWではもの足りない、100KWでは一寸大き過ぎ。。と言う方には最適な製品です。
その他、本製品の特徴は、オール・ステンレス製で、5年間品質保証付です。
但し、価格もそれなりです。現地価格は35万ドル(約3600万円、本年8月末までの価格)ですから、(超)高級スポーツカー価格並です。趣味用では、無理かな?と言う感じです。いずれ何時か、もう少し詳しく説明しますが、どうしても早くという方はお問い合わせ下さい。
このクラスの製品、以前紹介済のStark Properties社(米)の製品は最大50KWまで可能ですが、ガス化装置(中国製)+エンジン(米国製)+発電機(イタリア製)です。こちらは、大型の国産車価格程度です。
 
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原料の種類から;一番単純な木質チップ限定タイプ、農業廃棄物(トーモロコシ、モミ殻等)も可のタイプ、家畜糞(鶏、牛等)、食品廃棄物、一般廃棄物(MSW)、プラスティクや廃タイヤも処理化のタイプ、医療廃棄物、無機物(鉄、ガラス等)混在も処理可能なタイプ、。。。等、総て(放射線物質以外)可能と公言している会社の製品もあります。ガス化装置購入を考える場合、最初に考えるべきは、この原料の選択です。
 
原料供給サイズから;通常4〜9cm程度のチップを使いますが、他に、1〜2mm以下、10〜50cmで問題なし、。。。等です。一般に、ガス化装置の仕様に、必ず原料サイズは指定されていますが、高エネルギーガス、流動層等の高性能タイプのチップは、通常細かいものが要求されます。
 
原料含水率から通常は、原料の水分10〜20%以下ですが、更に水分の少ない5%以下という製品も時にあります。殆どの製品はこの範囲です。
通常、バイオマスは40〜60%程度の水分を含みますので、予備乾燥工程が必要になります。 ある特定の製品は、60〜70%まで、乾燥処理不要、問題なしと言う製品もあります。後述の高温処理プラズマ方式、二段分解・ガス化法、特定の高温ガス化処理法(Sierra Energy)です。
繰り返しますが、水分の多い原料をガス化する場合は、通常大きな長所(乾燥処理の設備不要)となります。
 
ガス化法プロセスから;最も普及しているのは、Dawn-Draft型ですが、他にUp-Draft型(以上主に小型)、当方お薦めのDawn-Draft/Up-Draft型のミックス版Twin-Fire型(中型、 http://blogs.yahoo.co.jp/hirai476/18630265.html)、更には、流動層型(Bubbling型、Circulation型2筒タイプ)(大型)、機能別多段型(乾燥、熱分解、ガス化等)。。等、他に、最新技術の電磁波(Microwave)やプラズマ(Plasma)を使うタイプもあります。
 
プラズマ方式(トーチ)は、国内でも導入されています。MSW等の廃棄物処理は、機能上からも極めて優れています。但し、設備費、運転費(特に、使用電気エネルギー)ともに高額ですので、ビジネス上は採算が取り難い様です(公共向け!)。
使用電気エネルギーや設備費を大幅に改善したプラスマガス化装置も最近出てきています。1例は、紹介済の注目次世代低温プラズマガス化法(Cold Plasma Gasifier)です。
 
更に、最注目、Plasma2Energy社の(高エネルギー効率で、有毒物質発生のなく、運転経費も抑えた)究極(!?)の最新技術Microwave-Induced Plasma Gasificationタイプ(電磁波による高温プラズマ・ガス化分解プロセス)もあります(。 
 
発電ならMSW1kgで2.2KWも発電できるとも言われています。但し、電磁波発生電気エネルギー分を差し引くと1.5〜1.8KW位まで低下しそうです。総ての有毒ガス化合物は高温分解されますので、無害合成ガスが得られます。MSW等のガス化は、環境に優しいプロセスが最重要です。
 
現状、10トン/日のプラントが3年以上前から稼動中です。他に、日産500トンも計画中(117M$)とか(?)言われています。製品は合成ガス、残渣はスポンジ状岩石(Slag=鉄溶鉱炉滓、溶岩滓の様な冷却固化物質)が得られます。
収率の例ですが、バイオマス原料なら、合成ガス97%、分解3%、スラグ1%以下、廃タイヤ/プラスティク原料の場合合成ガス40%、分解油59%、スラグ1%(以下)と言ううことです。
従って、油化装置( http://blogs.yahoo.co.jp/hirai476/19097473.html )としても、極めて優れていると言えます
イメージ 2
 
この他、ガス化と言うより、炭化炉(主製品炭、合成ガス副生品)のプラントもあります。
或いは空気、酸素を遮断し熱分解して、分解ガスを得る分解ガス化炉(Pyrolysis)タイプもあります。
最大の特徴は、その分解温度と(空気が遮断される為、)フラン、NOx、硫化水素ガスなどの発生が無いことです。
下記は特殊な低NOxガスバーナーを使う分解ガス化炉の例です。高エネルギーガスが得られます。
 
イメージ 3
更に、低温炭化炉(分解炉で炭製造、副生不純物ガス成分除去)+高温ガス化炉(炭・純カーボンを使い高純度合成ガス製造)を使う、機能別多段タイプの二段分解・ガス化法もあります。例えば、スエーデンのCortus Energy社 WoodRoll が有名です。高濃度水素合成ガス、ガス精製が不要等が特徴です。
上記も、基本的に同じです。最近注目している新型タイプです。本Blogs未公開ですが、他にも2〜3例あります。
 
注目している理由は簡単です。
酸素遮断の低温熱分解法(Pyrolysis)と、(時には)酸素、蒸気を加える高温ガス化分解法(Gasification)と言う、それぞれのプロセス特性の長所を使い、短所を補った理想処理系だからです。
 
尚、余談ですが、一般に分解とは、原料(バイオマス、MSW等)を空気(酸素)を遮断した状態で熱分解(この場合はガス化)する意味です。時には、蒸気(水)を併せて投入し、合成ガスの収率、品質を改善する場合もあります。
一方、バイオマスガス化(分解)は、空気(酸素)を加えた状態で、熱分解・ガス化することと区別されています。何れも、熱分解操作であり大差は無いのですが、。。。多少、ガス化反応機構が異なるだけです。
 
その他の特徴は、合成ガスの純度が高く精製処理が不要、多収率で高エネルギーガス(ガス組成も異なる)が得られる(同一の原料で最大化の発電等が可能)、毒性ガスを外気に放出しない、残渣は、主に灰分のみ、残留炭素が少ない為、残渣量が少なくて済みます。。。。。特に、残渣が、有毒物が含まれ肥料やカーボン原料に不向きで、その残渣処理に困る場合等、特に有効です。
仮に、発電だと通常、廃棄物(MSW,RDF/RPF等)1kgの原料で、ガスエンジン発電電力は0.7〜1KW程度ですが、1.5〜最高2.0KWも発生できる見込みです。
 
ガス化・加熱方式から;自己バイオマスの部分燃焼熱を使うタイプ(1筒型で小型のDawn-Draft/Up-Draft型の直接加熱方式)、一旦加熱して出来た分解ガス(合成ガス)を燃焼し、原料加熱するタイプ(間接加熱方式、熱媒体加熱方式)、残渣カーボンを熱源とし無機材料(ボール)を熱移動媒体とするタイプ(2筒型の流動層型)、。。。等あります。
 
酸化剤(空気等)から;通常原料の一部を燃焼して加熱する場合は、空気中の酸素(酸化剤)使いますが、他に、純酸素ガス投入法、蒸気投入法。。。等です。
プラズマや電磁波法は、電力加熱ですので、酸化剤は不要です。但し、必要電力は、通常自己合成ガスを使い自家発電による電力を使用する自己完結型です。合成ガスの組成を管理(より高エネルギー化)する為、水(蒸気)、酸素ガスを使う場合もあります(例、Sierra Energy)。
 
合成ガス成分特性から;通常粗合成ガスには、粒子、タール成分を含み、空気を酸化材に使う場合(低エネルギー合成ガス)、ガスのフィルター・洗浄・精製処理(湿式、乾式)が必要です。 
タール処理不要なタイプ(高温プラズマ方式、高温ガス化方式)、簡単処理で充分なタイプもあります(高エネルギー合成ガス、高濃度水素、窒素含有なし)。。。等。
他に、都市ガスと同じ様にメタンガス製造するタイプ、高純度水素ガスを製造するタイプ(燃料電池発電用、水素車用)もあります。
分解ガス化炉内で、無酸素状態で無触媒/触媒を使い水素、メタン、エタン等の特定の炭化ガスを製造目的とする場合も有ります。プロセス特性、用途によりいろいろです。
 
ガス化反応度から;通常は750〜850℃程度ですが、炭化炉は300〜400℃程度、高濃度水素タイプ(低タールタイプ)だと1000〜1200℃程度です。
灰分を溶融固形化(道路用等の石材)するタイプは、少なくとも1400℃以上の高温、Sierra Energyは、2、200℃(残渣溶融/Slag)の高温処理です。プラズマガス化装置はそれ以上の温度でガス化されます。
尚、Sierra Energy社は、鉄溶鉱炉の技術をヒントにバイオマス(MSW)ガス化装置を作ったものです。
下記の後半に概説を紹介しています。
 イオマス(MSW)合成ガスの保有エネルギーは、通常、天然ガスの3分の1程度
合成ガスエネルギーからバイオマス(MSW)合成ガスの保有エネルギーは、通常、天然ガスの3分の1程度です。特に、酸化材として空気を使う場合(Dawn-Draft等)の合成ガスの場合は、約50%は空気中の窒素(N2)分が含まれてしまいますので、当然低熱量(カロリー)ガスとなります。従って、天然ガス用のガスエンジンでは3分の1程度の馬力=発電能力となってしまいます。これに対して、流動層型は、基本的に空気を使いますが、2筒式で、窒素が入り難い構造の為、中程度のカロリーガスが得られます。プラズマ/電磁波方式だと天然ガスのエネルギーに近い高合成ガスが製造できます(窒素ガス:ほぼゼロ、高水素濃度)筒式で、窒素が入り難い構造の為、中程度のカロリーガスが得られます。プラズマ/電磁波方式だと、天然ガス類似の高エネルギーが得られそうです。
 
残渣・灰分利用法から;原料の種類、プロセス方式からいろいろですが、。。通常は多くの炭素+無機物を含んだ炭が得られ、肥料用・家畜飼料への混合剤等ですが、石炭ボイラー補助燃料化利用、他にカーボンブラック材、活性炭製造用(後処理が必要)、。。等、他に、高温下で灰分溶融・冷却固化して岩石(Slag)が得られるタイプ(Sierra Energy)等利用法があります。Slagは道路舗装材等の利用があります。
 
装置価格から価格は重要です。
価格は、生産規模、生産国の違い(国産、欧米、中国・インド)、ガス化方式、能力、原料の状態による違い、製品(合成ガスの品質、成分)の違い、。。。等があります。一概には言えません。
一番安価なのは、小型のUp-Draft/Dawn-Draft型で、中国製です。中国製の5KW〜10KW程度の木材チップ用なら、ガス化装置(エンジン+発電機を除けば)、多分10万円台から購入できると思います。
最も高価なタイプは、プラズマ方式の大型プラントだと思います。最低でも、200〜300億円はします。
通常の、欧米製の一流の中大型ガス化・発電装置は、1KWあたり50万円〜100万円程度[現地FOB価格)です。例えば、5000KWなら、25億円以上です。
 
いろいろガス化法の分類をしてきましたが、。。。単なるガス化法、されどガス化法です!!
いろいろです。
このガス化法、それもある特定の原料と特定のガス化方式の組み合せ処理する方法を、10年も20年も研究している人も、世の中には少なくありません。そう簡単な技術でもありません
 
今回は、ガス化の方法をいろんな角度から分類、紹介をしました。
上記1項目だけでも、説明すれば終わりがありませんが、。。。
ここでは各項目簡単に説明しました。
ご質問があれば、下記にご連絡下さい。
 
この分野、世界的にビジネス急拡大中ですし、日本でもやっと注目されだしました。
ガス化装置の導入では、手法もいろいろあり、目的に応じて最適な装置の選択が重要です。

追伸)2017.01.10
本Blogの記事から、約2年半が経過しています。最近の関連発電記事、興味があれば、下記を参照下さい。

上記の記事の製品も扱っていますが、加えて、下記は、最新の代理店契約済のバイオマス発電関連装置です。そのBlog記事は下記を参照下さい。 
顧客の状況により超大型から中小設備まで提供できます。

先ず、本来の本格派売電ビジネスは、
1)中大型ガス化発電機(1〜2MW)によるFIT売電ビジネスhttp://blogs.yahoo.co.jp/hirai476/20935105.html )、及び

2)バイオ油によるFIT対応(超)大型ディーゼル発電ビジネスhttp://blogs.yahoo.co.jp/hirai476/21300390.html ) 
です。他に、

3)小型LiPROガス化発電装置は、主にバイオマスガス化発電の啓蒙活動の一環です。従って、可能なかぎり低価格設定での紹介販売に努めています 但し、小売電派向けに、バイオマス・ガス化発電機(LiPRO/HKW50)も、分散型、地域密着型の本格的な小型機(50KW)として普及する!!? と思います。小規模売電(FIT)向きに、完全自動化、24時間/日、7日/週運転可能です。
 4)同じ小型、低圧発電なら、コンテナ搭載小型メタン発酵設備も、欧米では注目されだしています。
特に、水分の多い、家畜の糞尿、食品残差、農業残差等を使い、微生物の力を使いメタンガスを発生させガスエンジン発電を行うことも比較的簡単に可能です。全てAll-in-Oneで、コンテナー内に納まっています。興味があれば、下記を参照下さい。

追伸ーEnd)
 
。。。と言う事で、今回はガス化法の分類を、各種観点から概説してみました
では、また。。。。
Joe.H
 
追伸)
   上記Blog記事は、一般公開情報です。
 何かコメント、ご意見、及び質問等具体的な相談のある方は、
 ご本人氏名、連絡先電話番号等を添えて、下記メール・アドレス宛へ直接ご連絡下さい。
 非公開情報など内容によっては、お答えできない場合や条件付となりますが、
 可能な限り対応させて頂きますので。。。。
以上
 
 
 

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