高温乾式ガス精製設備の外観

高温乾式ガス精製技術の開発に取り組む―― 石炭やバイオマスを環境にやさしく使うために ――■ 期待される燃料ガス化・精製技術■ 不純物を確実に取り去る■ 高効率発電技術への適用を目指して● ひとこと エネルギー技術研究所 エネルギー変換工学領域 上席研究員 小林 誠

期待される燃料ガス化・精製技術
CO2などによる地球温暖化や化石資源の枯渇等の問題がクローズアップされる中、電気事業においても在来の火力発電よりも一層高効率な発電技術の導入や、新エネルギーの利用が急務になっています。その中でも、石油・天然ガス等よりもエネルギーセキュリティが高く安定供給が可能と見込まれる石炭を利用した高効率発電や、これまではあまり利用されてこなかったバイオマスなどの再生可能エネルギーを利用する発電技術は、有望な方策と考えられています。
電力中央研究所では、石炭やバイオマスを「ガス化」した燃料ガスを用いる発電技術の開発研究に取り組んでいます。しかし、石炭やバイオマスといった燃料には、環境や発電機器に悪影響を与える不純物が含まれているため、あらかじめ燃料ガスの中からそれら不純物を取り除かなくてはなりません。
そこで当研究所では、石炭やバイオマスをガス化する研究と並行して、製造された燃料ガスに含まれるさまざまな不純物を確実に除去できる高性能ガス精製システムの開発を行ない、エネルギー変換効率が高く環境性に優れた発電技術の実現を目指しています。

■ 開発が進むガス化発電技術■ ガス中の不純物除去が課題

電気事業では、わが国での石炭火力発電の高石炭やバイオマスなどをガス化し燃料ガスに度化を目指し、石炭をガス化した後ガスタービできれば、ガスタービンやガスエンジンで発電ンと蒸気タービンで発電する、石炭ガス化複合に使えます。しかし、それが十分に「環境にや発電（IGCC）を研究し、その実用化を目指してさしい方法」になるとは言えません。元の燃料います。電力中央研究所では、これまでIGCCのの種類によっては、ガス中に腐食性のある硫黄研究開発に貢献し、今も継続してサポート研究化合物やハロゲン化物など、環境や発電機器にを続けています。

悪影響を与えるさまざまな不純物が含まれていさらに当研究所では、IGCCから得られた知見ることがあるからです。そこであらかじめ、そを生かし、今後活用が望まれるバイオマスや廃棄れら不純物を燃料ガスから取り除き、きれいに物を石炭と同じようにガス化して用いる、小規模する（精製する）必要があります。

ながら高効率な発電システムの開発に取り組んでさらに、将来的に燃料ガスを高温形燃料電池います。開発した研究用ガス化炉（図１）では、などに使えるようにするためには、ガス中のダこれまでに木質系バイオマス等を用いて、燃料ガスト、水銀（Hg）、ハロゲン化物（HCl、HF）、スを安定的に製造できることを確認しました。

硫黄化合物（H2S、COS）などを極めて低レベルにする必要があり、一層高性能なガス精製技術を確立する必要があります。

高温分解装置

複合反応器

消石灰
水銀除去器

300℃

成形ハロゲン化物吸収剤
銅系水銀除去剤
酸化亜鉛脱硫剤
燃料ガス＋空気ガス化炉（石炭、バイオマス、廃棄物等）

図1 バイオマス／廃棄物ガス化炉

150℃

バグフィルタ
120℃〜160℃

昇圧機

発電装置（ガスタービン、ガスエンジン、高温形燃料電池など）

図2 高温乾式ガス精製設備のプロセス構成

不純物を確実に取り去る■ 新たな不純物除去剤を開発■ 実用性能にも目処

ガス精製には、不純物を取り除くために液体ハロゲン化物には、アルミン酸ナトリウムとの吸収液を用いる湿式法と、固形の吸収剤を利いう物質を用いた吸収剤の開発を進めてきまし用する乾式法があります。当研究所では、液体たが、これまで反応器に充填できる強度と吸収を用いないことから、ガス温度を高くできるた性能を両立できる製造方法が確立されていませめ、プラントの高効率化に有利で、かつ設備構んでした。そこで、あらためて多数の試作吸収成や運転操作が簡便なため運用コストも低くな剤を評価し、添加剤の種類と添加量の最適化にると考えられる「乾式ガス精製システム」の開より、強度と吸収性能とを両立できる製造方法発を進めています（図２）。しかし、乾式法ではを見出しました。

水銀とハロゲン化物の除去において、既存の除さらにガラス繊維を添加した試作吸収剤につ去剤・吸収剤では目標性能を達成できないこといて、工業規模の押出成形機で製造を試み、強が各種評価試験から分かりました。そのため、度や吸収容量の優れた吸収剤を量産することに当研究所では新たな不純物の除去剤や吸収剤を成功しました（図４）。

独自に開発しました。

脱硫剤に関しては、市販の酸化亜鉛脱硫剤３

まず、水銀については、市販の活性炭に代わ種類のうち基礎評価の結果から低温型脱硫剤をるものとして、新たに銅系の水銀除去剤を開発選定し、実機相当の運転条件における長時間のしました。活性炭では、H2Sがガス中に共存する性能比較試験を行ないました。その結果、選定と著しくその吸収量が低下することが問題となした脱硫剤は、通常併用することが必要とされりますが、当研究所で開発した除去剤では、ていたCOS変換触媒を設置しなくても十分な脱500ppmのH2Sがガス中に共存しても、10倍を上硫性能が得られることが分かりました。実機で回る長時間にわたり水銀を目標濃度以下にできは、触媒併用時よりも脱硫剤の層の厚さを１割るなど、大幅に性能が向上しました（図３）。さ程度増やすだけで、交換期間を３ヶ月以上にでらに、本除去剤は再生して繰り返し使用できるきる、実用的な脱硫塔設計が可能であることがため、使い捨てとなってしまう活性炭に比べ、わかりました。これにより触媒費の削減に加え、廃棄される除去剤の重量を約1/40に減量できる触媒前処理などの予備操作も不要となり、運転見通しも得られました。

コストの軽減が期待できます。

Hg濃度［μg/m3N］

60160℃, H2S 500ppm, HCl 100ppm

50

入口Hg濃度

403020
添着活性炭

銅系吸収剤

10
除去目標濃度
0051015202530354045

水銀の除去時間［h］

図3

活性炭と銅系水銀除去剤の性能比較

図4

量産され設備に充填したハロゲン化物吸収剤

高効率発電技術への適用を目指して■ システムの実用性を検証■ 地球温暖化対策に資するために

当研究所では、これらの除去剤をシステムとこれからの地球環境問題を考えると、将来的して組み合わせた高温乾式ガス精製設備を横須にはエネルギーを無駄にしない循環型社会を形

賀地区・エネルギー技術研究所内に設置し（表成していくことが重要であり、バイオマスや廃紙図）、多種の不純物（Hg、HCl、H2S、COS）棄物等を利用した高効率発電システムが求めらを添加した模擬燃料ガスを用いて、その性能をれています。

検証しました。その結果、出口の不純物濃度と燃料をガス化して利用するシステムは、そのしては水銀＜0.1μg/m N、硫黄酸化物＜0.02ppm

中でも有力な候補であり、さらにIGCCやMCFCと極めて清浄な燃料ガスが得られました（図５）。

でも利用できる高性能な乾式ガス精製システム

また、運転中に水分の凝縮などのトラブルもなができれば、より広い分野で効率のよいプラン

く、運転操作性も含めて本ガス精製設備の実用トができる可能性があります。

3

地球温暖化対策に役立ち、社会に貢献してい性を検証することができました。
さらに、バイオマス／廃棄物ガス化炉で生成くためにも、これからも高い清浄度の燃料ガスした実際のガス化ガスを、本ガス精製設備にてが得られ、副生する廃棄物や廃液が少なく、か精製し、実験室規模の溶融炭酸塩形燃料電池つ運転操作性の高い乾式ガス精製システムの開（MCFC）単セル評価装置に供することにより、発を続けていきます。

安定した電池出力での運転に成功しました。こ● ひとことの結果、本ガス精製システムの低濃度除去性能を活かせば、MCFCでも発電が可能であることを実証できました。

硫黄化合物濃度［ppm］

水銀濃度［μg/m3N］

25

水銀除去器入口
水銀除去器出口20151050

二次精製系入口
H2S＋COS

1000
800

COS

脱硫剤層出口全硫黄化合物

600
400
20000

図5123
試験時間［h］

456

電中研では不純物除去剤の開発から、それらを適用した大型の乾式ガス精製設備による実証試験まで、乾式ガス精製技術の確立に向けて一貫した研究開発を推進しています。昨今では、バイオマス等から液体燃料を合成する用途においてもエネルギー技術研究所
乾式ガス精製技術の高い性
エネルギー変換工学領域能を活かせることから注目上席研究員が高まっています。ご紹介小林 誠
したさまざまな用途に向けた乾式ガス精製システムを実現するために、今後もたゆまぬ研究開発を進めていきたいと思います。

模擬燃料ガスによるガス精製試験結果■ 既刊「電中研ニュース」ご案内
No.445 液化ジメチルエーテル（DME）を用いた脱水技術を開発
No.444 カドミウム簡易検出キットを商品化

No.443 排出権取引制度は温暖化防止につながるか？
No.442 環境税は温暖化防止につながるか？

2008年３月３日発行〒100-8126（財）電力中央研究所 広報グループ
東京都千代田区大手町1-6-1（大手町ビル7階） TEL.（03）3201-6601 FAX.（03）3287-2863
http : //criepi. denken. or. jp/※この冊子は大豆油インキと再生紙を使用しています