高効率発電を目指した廃棄物のガス化 ･ 改質技術の実証
Demonstration of Gasification and Reforming Technology of Waste for High
Efficiency Electricity Generation

早川 諒＊
Ryo Hayakawa

河合卓也＊
Takuya Kawai

皆川公司＊
Koji Minakawa

細田博之＊
Hiroyuki Hosoda

エネルギー源の多様化や二酸化炭素発生量削減の要請から，廃棄物からのエネルギー回収，とりわけ廃棄物発電に期待が集まっている。欧州ではバイオマス発電や，従来よりも高い発電効率が期待されるガス化発電に対して固定価格買取制度など電力買取価格のインセンティブが運用されており，また日本国内においても，2012年７月から，バイオマス発電等で得られた再生可能エネルギーの固定価格買取制度が開始された。今後，国内外においてバイオマスや廃棄物の高効率発電に対するニーズがさらに高まることが予想される。当社では，このようなニーズに対応するため，流動床式ガス化炉とプラズマ式改質炉の組み合わせによる高効率ガス化発電プロセスを開発すべく，仏）EUROPLASMA 社と共同で実証設備を建設し2012年10月から実証試験を開始した。本報では，実証設備の概要およびこれまでに得られた試験結果について報告する。
Feed-in tariff program has been adopted in European market that has expected to biomass generation oradvanced gasiﬁcation technology generating electricity with high efﬁciency. Feed-in tariff program has
been also started in 2012 in Japan, the market of renewable energy at home and abroad will be expanded
under this program. KOBELCO ECO-SOLUTIONS decided to get into the renewable energy market withﬂuidized gasiﬁcation technology and plasma reforming technology. KOBELCO ECO-SOLUTIONS has
started a demonstration test with EUROPLASMA from October 2012. This report shows a story behindof this development, demonstration program and results through demonstration test.

Key Words：
廃棄物

発電Waste to energy

固定価格買取制度

Feed-in tariff

流動床式ガス化

Fluidized bed gasiﬁcation

プラズマ式改質

Plasma reforming

ガ ス エ ン ジ ン

Gas engine【セールスポイント】
欧州および国内でニーズが高まっているバイオマスおよび廃棄物の高効率ガス化発電プロセスを提供する。

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

神鋼環境ソリューション技報

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まえがき

は，部分酸化方式と比較して，プロセス内に供給す欧州では，地球温暖化防止の観点から廃棄物の埋る空気（酸素）の量が極めて少ないため，得られる立規制の強化が進んでおり，廃棄物の熱処理技術が生成ガスの発熱量の低下が少ないという特長があ求められる有望な市場として期待されている。特り，ガスエンジンでの発電に有効な手段であると判に，バイオマス発電や高効率発電が可能となるガス断した。

化発電に対する電力の固定価格買取制度などのイン当社は仏）EUROPLASMA 社と共同で処理規模センティブが整備され，今後，市場が拡大していく20 ton/d の実証施設を建設し，2012年10月から実証と予想され，また国内においても同様に固定価格買設備での実証試験を開始したところである。現在

取制度が整備され，従来よりも高い発電効率が得らは，木材チップを使った試験によりプラントの基本れる技術が求められている。当社では，廃棄物やバ性能の確認試験を行っている段階であるが，今後イオマスのエネルギー回収プロセスのニーズが高ま様々な対象物で試験を行いプロセスの最適化を進めっている国内外において，高効率発電が可能となるていく予定である。

ガスエンジンを活用した発電プロセスの適用性を検本報では，設備の概要およびこれまでに得られた討してきた。

試験の結果について報告する。

1.

ガスエンジンを活用するためには，その燃料となる生成ガス中のタールをある許容レベルまで低減しこれまでの経緯

図１に本開発の全体工程を示す。2010年度からプなければならない。タールの改質にはこれまで触媒ロセスの検討および実証設備の設計を開始した。そ方式や空気や酸素の吹込みによる部分酸化方式１）の後，実証設備の建設工事および試運転を経て2012等が用いられてきたが，触媒によるタールの分解技年10月から実証試験を開始した。

術はまだ実用段階になく，また部分酸化によるガス

2.

化改質を行うと，自らの熱量を消費して改質炉の温高効率ガス化発電プロセスの概要

当社が想定している高効率ガス化発電プロセスの度を上げる必要があり，冷ガス効率が下がるというフロー図を図２に示す。廃棄物もしくはバイオマスデメリットがある。そこで当社は，ガス化炉で生成を流動床式ガス化炉へ供給しガス化した後，後段のしたガスにプラズマを照射し，ガスに含まれるタープラズマ式改質炉にて生成ガス中のタールを改質すルを改質することとした。プラズマ加熱による改質る。その後排ガス処理を行い，ガスエンジンに適し項目

2010年度

2011年度

2012年度

プロセス検討実証設備設計
建設工事
試 運 転
実証試験

図１

廃棄物
バイオマス

全体工程

プラズマ式改質炉

流動床式ガス化炉

ガス処理

ガスエンジン

排気

廃熱回収

蒸気タービン発電

図２22

高効率ガス化発電プロセス

低温廃熱利用

フロー概略図神鋼環境ソリューション技報

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空気
ヒーター ブロワ

流動床
ガス化炉
砂循環
エレベータ

ホッパ

プラズマ
改質器

消石灰

冷却水
ガス
クーラ

バグ
フィルタ

供給機

コンベヤ

フレア
スタック
誘引ファン

ダスト

不燃物

ヒーター
流動空気
ブロワ

図３

実証設備プロセスフロー図

表１ 実証設備の概要
定格

対能

象

力 800 kg/hr
物

RDF と木材チップの混合物
低位発熱量 18.3 MJ/kg

ガ ス 化 方 式 流動床式ガス化炉
改質

方式 空気プラズマ方式

ガ ス 冷 却 方 式 間接熱交換方式
ガ ス 処 理 方 式 バグフィルタ（薬剤吹込み）

写真１

表２ 実証試験の目標値（第１ステップ）
タール露点温度実証設備外観40 ℃以下とを目標とした。当社が想定しているプロセスでた燃料ガスをガスエンジンに供給し発電を行うこと

は，ガス温度をガスエンジンの入口で40 ℃程度まで，従来のボイラータービン発電プロセスより高効で冷却する必要があるが，その時に生成ガス中に含率の発電を実現するものである。

まれるタールが凝縮してエンジン入口でトラブルが3.

実証設備の概要

発生しないよう，露点温度を入口温度の40 ℃以下

この高効率ガス化発電プロセスの実証を行うた

め，EUROPLASMA 社 の R&D サ イ ト（ フ ラ ン ス，とすることを目標とした（表２）。
２）対象物アキテーヌ地域圏モルセンクス）に実証設備を建設

本実証試験においては，各種廃棄物やバイオマスした。実証設備の概要を表１，プロセスフローを図などの混合物を対象に試験を行うことを想定してい３，設備の外観を写真１に示す。

るが，今回の試験では，まずは木材チップ（写真4.

実証試験結果２）を原料として基本性能であるガス発熱量および１）目標値

タールの改質性能について確認すべく試験を行っ

本実証試験では，第１ステップとして，ガス化炉た。試験に使用した木材チップの分析結果を表３にでの安定したガス化運転と，ガスエンジンの安定運示す。今回の木材チップ単体の試験では，計画時よ転の阻害要因になるタールの改質性能を確認するこりも低い発熱量での運転となった。

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神鋼環境ソリューション技報23含まれる灰やチャーなども採取されており，採取ビ

表３ 木材チップの分析結果
項

目

単％
dry％
dry％
－MJ/kg
dry％
dry％
dry％
dry％
dry％
dry％

水分
灰分
揮 発 分
燃 料 比
低位発熱量
CH
NOS
Cl

ンのアルコールが黒もしくは黄色く着色されている

位
24.1
0.38
84.00.2
1351.55
7.080.0440.73
0.01未満
0.01未満のがわかる。一方，プラズマ式改質炉出口のものは透明であり，ほとんどタールが含まれていないことが伺えた。
タール濃度は，ガス化炉出口では約10 g/Nm3 程度存在していたが，プラズマ式改質後は0.6 g/Nm3 まで減少しており，残存したタールの主成分はベンゼンおよびトルエンであることが確認できた。改質後のタールの露点温度は20 ℃で，目標値の40 ℃以下であることが確認され，ガスエンジンに十分適用できる改質性能を有することが確認できた。

表４
処 理 量
温

木材チップ

800 kg/h

ガス化炉砂層700 ～ 750 ℃

ガス化炉出口

800 ～ 850 ℃

プラズマ式改質炉出口

1 000 ℃

ガス化炉

0.28 ～ 0.30

プラズマ式改質炉

0.35 ～ 0.45度

運転空気比

写真２

木材チップ外観

運転条件

1 050
1 000３） 運転結果
表４に主要な運転条件を示す。また，図４に温度のトレンド，図５にプラズマ式改質炉出口のガス組

温度［℃］

950

砂層平均
ガス化炉出口プラズマ式改質炉出口

900
850
800
750

成のトレンドを示す。ガス化炉砂層温度，ガス化炉

700

出口温度およびプラズマ式改質炉出口温度に大きな

650
14:00

変動はなく安定した運転ができた。また，ガス組成14:30

についても変動はほとんどなく，安定にガスが得ら

15:00

図４

15:30

16:00

16:30

17:00

17:30

各所運転温度れることを確認した。今回は計画値よりも発熱量の低い木材チップを対象に試験を実施しているためガス中の CO や H2 の濃度がそれぞれ10 ％程度である験を行うことで，より高い発熱量のガスを得る計画である。
４）タール改質性能
次に本プロセスでのタール改質性能について述べる。写真３，写真４にガス化炉出口および，プラズ
マ式改質炉出口のタール採取ビンの様子を示す。タールはアルコールに吸収させる方法を用いて採取した。ガス化炉出口では，タールとともに生成ガスに
24

生成ガス濃度［DRY％］が，今後運転の最適化や発熱量の高い処理物での試1412108COH2
CH4642014:00

図５14:30

15:00

15:30

16:00

16:30

17:00

17:30

生成ガスのトレンド（プラズマ式改質炉出口）

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写真３

むす

ガス化炉出口でのタール採取ビン

び

写真４

プラズマ改質炉後でのタール採取ビン

様な処理物を対象に試験を行い，欧州のみならず，流動床式ガス化炉とプラズマ式改質炉の組み合せによる高効率ガス化発電プロセスを開発するための実証試験を開始した。まず，木材チップを使用した試験を行いガス化発電プロセスの基本性能を確認した。今後は，プロセスの最適化に向けた追加試験を継続するとともに，RDF や各種バイオマスなど多国内のニーズにも適合した高効率ガス化発電プロセスを完成させる予定である。
［参考文献］
１）財団法人エネルギ総合工学研究所ほか：高効率廃棄物ガス変換発電技術開発 平成15年度報告書（2003），
pp.125-170＊

商品市場・技術開発センター プロセス技術開発部 廃棄物処理室

Vol. 9 No. 2（2013 ／ 2）

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