石炭チャーのCO_2ガス化反応性へ及ぼす高温加圧熱分解条件の影響

摘要

大規模発電用IGCCの開発が国内外で活発に進められている．いずれのサイクルにおいてもガス化炉内の圧力は3 MPa近くで，最高温度は1700℃にまで達することがある．本報告では，ガス化炉内で生ずる初期反応である熱分解の特性を検討した．気流層型反応装置（PDTF）を用い，IGCCガス化炉内の石炭投入部付近の温度·圧力条件を想定した石炭急速熱分解実験を4炭種の石炭について行い，熱分解条件（温度，圧力，昇温速度）が生成チャーのガス化反応性へ及ぼす影響を明らかにした．実験の結果，チャーのCO_2ガス化反応性は熱分解圧力によりほとんど変化しないが，熱分解温度が高いほど低下した．また，反応性に及ぼす昇温速度の影響も大きく，1200℃以上ではPDTFで生成したチャーのガス化反応性は，同じ温度で低速昇温により生成したチャーよりも大幅に高いことがわかった．これは，熱分解温度が高くなると，あるいは昇温速度が遅くなると，炭素の結晶構造が成長してガス化活性点が減少するためと推定される．灰分の触媒作用が小さい炭種では，炭素構造とガス化反応性との間によい相関が得られた．一方，イオン交換性カルシウムを多く含む炭種では，1600℃の高温まで加熱して炭素構造が発達しても，急速昇温で生成したチャーは触媒作用を維持して高い反応性を示すことが明らかになった．