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クリーンコール技術

2016-12-14View Original

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(一)石炭選別技術 石炭の洗浄・選別を発展させ、商品石炭の品質を向上させることは、汚染を根本から削減するための有効な手段である。我が国の1997年の原炭選別率は25.73%でした。石炭の洗選の焦点は、コークス用炭から発電用炭へと移り、かつての単なる灰分低減から、灰分低減と脱硫を同時に行い、洗浄後の廃石から黄鉄鉱を回収する方向へと変わってきた。小径重質媒体サイクロンによる選別プロセスおよび装置は、微細な石炭スラリーに対して灰分低減と脱硫を同時に実現でき、0.5~0.04mm級の石炭スラリーを選別する際の無機硫黄の脱硫率は67.90~70.30%である。12m2の大型風力式乾式選炭機を採用した年産150万トンの選炭工場が稼働を開始しました。同工場の石炭1トンあたりの投資額は4.25元、処理コストは2.15元で、選別効率は90%以上、排出される粉塵濃度(50mg/m3)は環境基準を満たしている。石炭の深刻な灰分低減および脱硫という課題を解決するための新技術として、大径の三製品無圧給料型重質媒体スクリュー分離機や、さまざまな形態の微泡浮選法などが次々と研究開発され、実用化されている。しかし、我が国の石炭選別技術は全体的に国際的な先進水準と比べてかなりの差があり、一つには原料炭の選別率が低いことが挙げられる(我が国は25.7%で、先進国では90%以上である);二つ目は、先進的な石炭選別技術の割合が低いことである(例えば重液選別では、我が国はわずか23%に過ぎず、先進国では60%以上である)。そのため、精炭の品質が悪い;三つ目は、平均的な工場の規模が小さく、自動化の度合いが低く、設備の信頼性が悪く、生産効率も低いことです。 (二)スラリーコール技術 白楊河発電所において、スラリーコールを燃料として2000時間にわたり試験運転が行われた。スラリーコールのみを燃焼させる条件でも、燃焼効率は98%以上、ボイラーの効率は89%以上であり、ボイラーの負荷が40%から100%の範囲内であっても安定して燃焼する。これは重油を燃焼させる場合と同等の効果が得られる。鉱山地域における石炭スラリーの製造・燃焼が進展している。灰分41~43%の高灰分コールスラリーを製造し、10t/hのチェーンストーブで使用する。累計運転時間2008時間で、ボイラーの熱効率は単純な層燃焼による塊炭使用時の53.99%から、石炭スラリーを混焼した後は68%に向上し、燃焼効率も63.7%から79.01%に上昇した。 (三)循環流動層(CFBC) 海外のCFBC技術は大型化へと発展している。現在、単機容量が最も大きいCFBCボイラー(250MW、蒸発量700トン/時)を備えた発電所がフランスで稼働しており、ボイラーの効率は90.5%、脱硫率は93%で、Noxの排出量は250mg/Nm3未満です。我が国では既に75t/hの循環流動層ボイラーを設計・製造する能力を有しています;自社開発の220t/h CFBボイラーの実証プロジェクトと、導入された410t/h循環床ボイラープロジェクトが進行中である。CFBの設計基礎研究においてもいくつかの進展があり、循環床専用の設計ソフトウェアが完成しました;125MW再熱炉型の工程設計研究、および新型75 t/hおよび130 t/h循環流動層ボイラーの研究設計作業。 (四)全体ガス化複合サイクル(IGCC) ガス化複合サイクル発電(IGCC)は、現在、世界の先進国々で積極的に開発が進められている、高効率で汚染の少ないクリーンコール発電技術です。この技術は、ますます厳しくなる環境保護の要求を満たすだけでなく、発電効率も45%以上に達するため、21世紀における主要なクリーンコール発電方式の一つとなる可能性が高いです。 アメリカのIGCC実証プロジェクトが大きく進展し、ウォバッシュ・リバー発電所のガス化プラント改修プロジェクトでは、システムの発電能力は262MWで、設計上の発電効率は38%、脱硫効率は98%以上です。このプロジェクトは1998年11月に商業的な実証運用を完了しました。タンパ・エレクトリック社のIGCC発電所は、システムの供給能力が250MWで、設計上の供給効率は40%、脱硫効率は96%以上であり、2001年10月に商業的な実証運転を開始する見込みです。ピノンパインIGCC発電プロジェクトは、システムの出力能力が99MWで、設計上の発電効率は40.7%であり、2000年7月に商業的な実証運転を開始する見込みです。 我が国におけるIGCCの鍵となる技術の研究が開始されており、IGCCプロセス、ガス化、ガス精製、ガスタービン、および余熱システムに関する重要な技術が含まれている。煙台発電所に1GWの実証発電所を建設する予定です。 (五)石炭ガス化 石炭ガス化技術は重要なエネルギー変換技術であり、化学工業、冶金、機械、建築材料、家庭用ガスなど幅広い分野で利用されている。現在、国内での年間ガス化用石炭の消費量は約6000万トンである。 我が国では、いくつかの先進的な大型ガス化技術が導入され、現在稼働中である。我が国の中小規模ガス化は、塊炭固定床ガス化技術を中心としており、技術水準が低く効率も悪く、汚染も深刻であるため、技術改革が急務である。導入されたいくつかの先進的なガス化技術には、安定した運転、技術機器の国産化、経済的投資、および運用効率の面で多くの問題が存在するため、中国独自の知的財産権を持ち、国情に適合し、高効率でクリーンな現代のガス化技術を開発する必要がある。炭鉱の残余ガスガス化に地下ガス化技術を応用した試験で、一定の進展が見られた。 (六)石炭液化 石炭液化は重要な石炭変換技術である。中国とドイツ、中国と日本、中国とアメリカの協力による3つの石炭直接液化産業実証プロジェクトの費用便益分析が進行中であり、中国とドイツの協力では雲南産のピオニア瀝青炭を使用し、ドイツのDMT社の工程開発装置を用いて工業規模での試験や最適な工程条件での運転試験が行われ、液化油の収率は53%に達した;中国製の固定床水素化触媒について条件試験を行った結果、この触媒はドイツのIGORプロセスに適していることがわかった;実証工場の事前調査報告書が完成しました。日本の1t/d装置において、中国産イーラン炭、中国産シーリン硫鉄鉱触媒、日本製合成硫化鉄触媒を用いた直接液化条件試験が行われ、油収率は52%~57%であった。中米協力による中国神華石炭の直接液化実現可能性研究プロジェクトは第1フェーズを完了し、アメリカのHTI社の連続小規模試験装置を用いて神華ネンチャオタ石炭に対して6つの条件で試験が行われた。HTI社の技術とGelCat触媒を使用した結果、油収率は63%~68%に達した; (七)燃料電池 科学技術省はUNDPの支援を受けて、燃料電池バスの実証プログラムを推進している。 (八)煙ガス浄化技術 現在、世界には500基以上の煙ガス脱硫装置が稼働している。そのうち90%以上(発電機容量ベース)が湿式脱硫プロセスである。半乾式回転スプレー法、炉内スプレー吸収剤――加湿活性化脱硫プロセスはヨーロッパで多く採用されている。流動層燃焼技術は、燃焼過程においてSO2やNOxの発生を効果的に制御するため、ますます注目されている。日本では、表面熱処理を施した活性炭繊維(ACF)を用いて煙道ガスの脱硫・脱窒を行う試験研究が行われ、良好な結果が得られました。。ACFを用いた煙道ガスの浄化技術は半乾式酸化型に属し、その利点は、脱硫・脱窒反応が常温で行われ、副生する硫酸、硫酸塩、硝酸、硝酸塩などを連続的に回収できることである。この石炭ボイラーの排ガス脱硫・脱窒技術は、高い脱硫・脱窒性能を持つだけでなく、水の使用量も少なく、必要な設備もシンプルであり、現在実用化に向けた研究が進められている。 我が国の大気汚染が日増しに深刻化する中、煙処理技術はさらに社会のあらゆる層から注目されている。“「中日協力電子ビーム煙道ガス脱硫実証プロジェクト」は、これまでに合計2400時間稼働し、1998年5月28日に**竣工検収評価を通過した。この実証プラントは、成都発電所の200MW級ボイラーから排出される1日30万m3の煙ガスを処理し、現在世界で稼働している中で最も大きな処理能力を持つ電子ビーム脱硫装置です。その脱硫率および脱硝率は、それぞれ80%および10%という設計値を上回っており、各種運転時の消費指標もすべて設計値を下回っている。また、フィンランドのIVO社による炉内カルシウム噴射と加湿活性化を組み合わせたプロセス、および日本の日立製作所による高速平行流式湿式プロセスの導入が進められている。国際的に既に確立されている高い脱硫効率を持つ成熟した技術は、導入することで我々が蓄積してきた設備設計や運用、管理の経験に役立つ。しかし、海外の技術や設備は価格が高く、我が国の経済力に合わせて、我が国の国情に適した技術や工程を開発し、普及させるべきである。 国内の煙処理技術に関する基礎研究や、中小規模ボイラーの煙処理技術も一定の進展を遂げている。脱硫剤の脱硫効率を向上させるため、Ca(OH)2に吸湿性の高い塩やアルカリを加えるか、燃焼飛灰とCa(OH)2の水和物を吸着剤として使用する;活性焦または活性炭を吸着剤として用いることで、実験室研究において一定の成果が得られている。中小規模のボイラーに適したメッシュタワー式の除塵脱硫システムや、二段式の除塵脱硫プロセスなども、すでに一定の成果を上げている。(9)粉煤灰の総合的な利用 我が国における粉煤灰の研究と利用の焦点は、大量に使用することにある。例えば、コンクリートに混入させたり、橋やダムの建設、高層建築の床版、原子力発電所の安全容器などに利用されている。現在建設中の三峡ダムでは、133.8万トンもの粉煤灰が使用される見込みである。さらに大規模な活用は、高規格道路の建設にあり、この技術はすでに成熟しており、沪寧線、京深線、京冀線の道路建設に応用されている。粉煤灰は、鉱山地域の埋め立てや農業における土壌改良にも使用されます。2000年までに我が国の粉煤灰の排出量は1億6千万トンに達する見込みであり、粉煤灰の活用に向けては、取り組みを強化し、活用分野を拡大し、使用量を増やし、利用率を向上させる必要がある。 (十)石炭層ガスの開発利用 石炭層ガスの探査・開発は著しい進展を遂げており、1998年には山西省の沁水盆地と東北地方の鶴岡地域で合計11本の石炭層ガス井が掘削された。屯留-003井、屯留-006井、屯留-007井では、それぞれ日産7000m3、10000m3、16000m3以上の工業的規模の石炭層ガスが得られ、ガス含有面積は約550平方キロメートルまで初めて把握された。探査の結果、この地域には大規模なメタンハイドレート田が形成されるための地質的条件が備わっていることが示されている。晋南で3本の井戸が完成し、試験井1本では1日あたり7000m3の生産量が得られました。“「中国の石炭層ガス資源評価プロジェクト」の研究作業が進行中であり、すでに六盤水、大華北、東北三江、遼中の4つの地域に関する研究は初期段階で完了している。プロジェクトの最終報告書は1999年に完成する見込みである。アメリカのテキサコ(TEXCO)、フィリップス(PHILLIPS)、アルコ(ARCO)といった3社の石油会社と共に、淮北、臨興、三交、三交北、石楼という5つの地域で石炭層ガスの探査・開発に関する協力プロジェクトが進められている。5つの協力地域の総面積は11216.8km2で、石炭層ガスの埋蔵量は6535億m3と見込まれている。既に9本の石炭層ガス井の掘削が完了し、良好な石炭層ガスデータが得られました。

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