Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Title 厨芥を対象とした水蒸気ガス化に関する基礎的研究( 本文(Fulltext) )
Author(s) 田中, 正昭; 尾崎, 仁; 守富, 寛
Citation [廃棄物学会論文誌 = Journal of the Japan Society WasteManagement Experts] vol.[18] no.[1] p.[49]-[57]
Issue Date 2007-01-31
Rights Japan Society of Material Cycles and Waste ManagementResearch (廃棄物資源循環学会)
Version 出版社版 (publisher version) postprint
URL http://hdl.handle.net/20.500.12099/27604
※この資料の著作権は、各資料の著者・学協会・出版社等に帰属します。
� � � �
�������������� ������
� � *� � � *�� � � **
�� �� ������������������� �������������� ��!�"#�����$%�&���' (�� �)#�*�� ���$%�+&���' ,#-.� ��#�������� ��"�/����)�� 0!�1� ������2/34"#�5�6��$78���' (�� ��#������%�� ��%&#�9#':(/ �����)*�;<5�6�1=8>�' 6?�+,�#-.�/20@ ��� ABCDE���+#11 ��F2GH� ������IJB#����+#11 ��F2G>�' 6#6�87� ����!�"��H� �2�� ;K#������2LM6�1.N2GH� �&��OPQRCSB��T3 �6�12U�' ��ABC�;N(2DE �6���H� �T3//45�V62U� ����7#5%8����9:2U�W;�1XYZ?�'
������ ���� �� �&
� � �
[<\]�=87>?Z?���/^@A_���BZ?� `aC�22DbZ?�%�#1cE2G�1�FdG/G�H#e�/1H%�*DbIJ#8DKK�LfZg� hijklm+,no#p�$�5>�%�q' 6#�*� ��/DbC�gr�.N9: �6�1s(�<� ,#MN���/� ��#e�/�OP��t9: �uQ��� ��#.vR�87W8��+,��8����9: �QRCSB#STH�4U<� 7?�'UV/wW87X[5x��%�yzZ?�%�YZ2GH� {[|#\}~i�C�]>�^?�9:YZ2G�' �8�517� uQ�#_`/a�\����>�bc ��*�� ��#+,2d879:2d9#ef\� +,�879:�(2#-��+�E��
� �6�1g`2G�' ��1>�� 4��5]�I�Bm=��1X[5x#\}~i�C1�hZ?�2��#a.N2GH� i:�/L%'^Y� �V/�j#kl��mn\a�}�mn87�k8�op���#QRCSB9:1�qZ?�%�' ����� .vR��,������Am�T3 ��Am+��r/� sO���Z?�y:Z?�%���q' �8�� �Am+�/tu87tv�+Cw��1g`5�*� ,#����xyZg�4��"z1g`2GH� [<\{��5]�=#�M��7?��B�|} �6�/�~2GH� U�#uQ��"�#�n1��' 6?����� k%������!��� ��r�": �6���H� Cw������� l��#{����6�1��Z?�%�' 6#�!���r/� ��\��5x#Le�.v�������1�L��%�' �7/� ��¡������ ,#�U�+, �ABC�;K¢�������HDE�� +�:8��,R �A_��+�l����£��%��q' (�� n7/�"�#A_��+�l������¤¥��¦§¨#�DE�����+����$%�&��� ©���I�DEI��a�=g������I���� ;K¢��DEI�¤¥ �6�2;N(#+�1W;2G�6������%��q' Z7�� �ª7/;
n«�� ���. �. � n«�w ���. �. �* �f�¬®� �f¯B�°¦±i°m� �r��
��¢O��d** ²�4!4!³´!��µ����¶ �� � ���� ·¸¹��º�� � � � �
�f�¬®� �f¯B�°¦±i°m� �r����¢O��d ��
E�mail : tanaka.masaaki»national.jp
A_�!¼¡¢½� Vol. �, No. , pp. �� � ��, ���
� � �
49
������������������������������������������������������������������
������������������������������������������������������������������
����������������� � ��� ����������������� ���� ��� !�"#$����%& '(�� )����* +',� �-��.���/012���"#������3�4�56('�& 7�� ��8�������9�����: "� ;'�<=>?0!"@���$A�#+4B$CD 4E� $F<=>?0 G%H&�'�(I"#J�K�)E�����*L('#$�����%& ��M�J�K�)+�����,N��� O0P�+�-Q"� /012�RSKT���-Q��U4�& ��� J�K�-V�4�W.���L� /�@0�1X�YZKG[+\�& "��A#� ;�23�4]���56�78 !�&��M49^_(� :`a �� b;_(/<c'��-�=d"�>?eN���*f@�23�A(_�"� '��23(I���� � �-�RSKT� g�B% *�����3�h$#iC���DE��& ;��L�� �jFk=�P�GO0*HI��$#� >?eN�l�m'���n�o�Jp�K��O0��qL��M"� J�K��qL�NO"�&c(�� J�K�-r��sE���t��uA�+�O0+P*�h$#iC"�&
� � � �
�. � ������ ����:`a �$��7+�MHI�vQ� Fig. ��R�&�w�Dx+ ��� mm�y�$��$#z={�ST"�|��U ��mg�+"� }K~�V<0����WX��& �<0����@��YZ�[6('�!�0�����\ Q��& ��� 6V_( �� K� ]V"� ;���U ��min^�"#|�������_���c��& ;��� N[iC ���O0*������������4���*"� ���� K� ��K/min ]V"� ����K ��min^���& |��`��O0Jp�� ���2O0�U ���� ��� m�/s
ab����8Jp gPyrolysis% � �Jp��U�� � ���� kg/s_(��"�����eN�����O0*Jp gGasification% "�& ���O0*Jp�lD������ @��YZ ����W.���cD��L�� U �� K� o�"���������� K ��min^�"#$���d��J=~�� WX"�&�M�� `��Jp�P*c��,N�]V�e�l$#� 0�����fQ����L+�7+P*+�P
�"� g�z��K7+� �"�,N�� +�N�� � grelative mass% "#h"#$�&
�. � �������� �����:`a �$�P�GO0*HI�vQ� Fig. ��R�& O0*@���� Y� �� mm� �c ���mm�SUS �� � V¡"#$�& O0*@��¢i���jk"#Vlm£���4�c ���mm�¤Y~�¥��J��@��fQ�[6�& �¤Y~�¥��J�Vl�� � K¦� ���§ ���� K�n� op�� !�&�w� O0*@��Y�QZ��J���c�¨cU�mm�¤Y~�¥©ªKJ��oI"� ;�f�� )«� g}K~�% q¬�U �� gr���& ��� Y� ��mm� �c ���mm� %¨ �mm� SUS �� V<0��� gsR�w% �X'��j|��fZ��J���c�oI��& 4l� �<0����� � mm�®�¯��°JK�o±"#V¡"�G� ! � oIt�uPy�$� <0���Y����j|��U � g4��M�ST��&��²³�}O0 !�}K´��U ��� ���
m�N/s O0*@���µ¶"� ������ �� K�
QZ��J�� ������ ���� K�op"� o��x·��& vp�Vl� ]V�� }K´�a+�¸p"#$���wGO0°�J� g:©¹�º��¹�K
Fig. � Schematic diagram of thethermogravimetric apparatus
x � y z»{ ¼ |»} ~ ½
� �� �
50
� TG� ��� ����� ��� ����� ���������� �������������������� ����� !���"#�$%�� �$&���'(� )�*+,+-./01����234�56789:*+,+ ����� K
;�<- �=��0>"#� ?�� @%�:*+,+&<-���AB�4C�D EF�G HI� NP�KX� ����� �JK�LM�N4����'(�OP�� Q9���R�(� ����� K;�R�QS5����T(U�OP �=��0>"#�V:&0#��WX�����QS5�Y�89����&���Z[� � �,+� E����\-�]!;5�^! �_�` �� 89a�b�_�2�'�� b��acde+2f�� ,+�&g���hij�kl��mQSW� � n��89��QS�� hij�kloR�5� n���� �p(��pQSWqr]��qrs� ���QS�� a/� =&qr]�g��2���t�2� uv89�&,+�2wx�Wc��yzS�� �qrs&� �� ��S5� {|��{|�� }~� �+,+oR@� �J��� ������� EVARIAN� CP����� ���� �,�� ?�!��� ��!��� �d��&�_ �min����� ��
�. � �����Y��� ���a���4�� Table ��� ��wx�5��wx���� EV)� ���
0�� � ��&��~'���� E¡)¢(£¤�MS�N ��� �� �min������5¥&�c5�=S�� �Y�¦j!�� �§�¨�2�©ª�«¬ ® ¯ �=�!���Wc�� ;5�"��� ��&#°±²��W� ��&³´�$%����&��µ&;;¶��5� XY�&!I��©ª Table ��� �
Table � Composition of food mixture used
White riceChicken meat
SardineCabbageOrange
Eggshell
��wt·��wt·��wt·��wt·��wt·�wt·
Soy sauceSauce
DressingSugar
�wt·�wt·�wt·�wt·
Table � Chemical analysis results for samples used in this study
Component Unit Food mixture Wood chip
MoistureRaw sampleEAfter drying� wt· ���
E�������
Solid wt· ��� ���
Dry�base
CHONSCl
wt·wt·wt·wt·wt·wt·
��� � �� ���
��� ���¸ ���¸ �����
Ash wt· �� � High Heating Value kJ/kg ��� ���
Fig. � Schematic diagram of the experimental apparatus
��±²��5���� !�¹ �º»�¼½
� �� �
51
� � ������
�. � �� ����������� ������������� ��� K����� �������� !"#$�����%&'� Fig. �()*
Fig. �+�, ��-.�� /��� K012 ��345��678, ��9:�;$<=#>5?�@�A�B�C)���9�D�E������, FG�BHI ���9JKLMN��OP�QR�S�&'��LK���2* T��U�56�BVWX����D�YL, �Z[;$\]^�8, ���� K+��_�5�345��67B`��* a�8b�()�c;$\�d�e�d�)��Z[�fg���d:h�gBCA_���c;$\�D�E��ij_��*
CkH�OlH�kCO �
m n, o�����S�Z[;$\]^�8,Mpqr�stu��fg�B;$\_�LK�������*_�, o������v)��, ��9]^�8,�����67��Bwx�, @�A���CByKa�Bz+�* {�, Table �():|o�}8~�By��{��a�����LS, �����)���9�����8, ����v�Lo���ByK*J{h, o�8��#By�, ;$CA����)��8, a���#�;$\)�a�B���E�������*{�, ��9�D� ��X���8, ��B ��
K, o�B ��� K�E�* a��x����8����B�_Ka�+�, ��9�D�X���678����B��, @�A��y��C_��a�Bz+�*a�a�+�, ����B����@�A�By�,
=#>���S���E�������*�Z[;$\]^�KL, ��9�D�o������v�8, ��9]^�, ������B�_�, @�A�ByK��B����* {�, o�JKL8, a��D�X�������9]^��Z[;$\]^��v)���G��B�_�, �Z[:h@�A���CB��_�LK���z��* ��,�c;$\�D�X��x��v+�, ����Lo�8�d��B��, ;$\�<)K������*
�. � ���������������Fig. �8, y������ ��� K�:� ���� K��,��9]^���������x�;$�C��Yq�\�(��S��E�* 5�, �}8���� /aa�8 Fig. ����� �������� ����)�2�\S��L()*�+�, o��:����¡�n5;$�C¢£8,�����1���S;$�C�B���, m¤��¥¦�§#¨©�(�, T��67)�* y�������� ��� K�����, o����+��;$�C�8, st�¢£�(�, w�85K* a���L, y������ ���� K�¤�)��, ���S;$�C�8��)�* a�a�+�, =#>�C-.�st�� ��� K�y����!"�8, =#>8s�ª?�9_��a�5�«¬, #_��B,���� K�8, =#>8���+���WXL��9_��* {�, =#>���9c��v)��, $������BF��y�5®LK�a�+�, ¯�+�°±��� /��B%)���5?2 B²&��³'cSE�B, ����%&'+�Sij�x�:|, o�8��:hS(�9c�Eh, �]^�:|��±��´:����\8µ(�E�������*
Fig. �8, y������ ��� K�:� ���� K��,�Z[;$\]^���������x�;$�C��
Fig. � Variation of product gas flow rate withtime under pyrolysis condition
Fig. � Results of thermogravimetric analysis/Dried weight base2
¶ } · ¸¹) º »¹¼ * ½
� �� �
52
���������� � ������������������������� � !"� ��� K
#��$%� �&'( �)* �� +�������,� -�.���/0�12!���34 �� �56'( � 7�� 89:������;<=#� ����� K�� �� >�����?@,A�BC�DEF��G�G +��HI �+(J+�IJ� ��IJ��� !",� �������K:LM�NL�� OP���Q�R3���S �#TU���G 3V��� �� !",���W�#TU���XY� �K:LM�Z[� OP�\�#�� +�,]��� �)*J( �+���W !"IJ��^������ �_3,� 89:34 `=��a��Y� ���b����cd�S �)*J( �
�. � ���������� �����Table �,� ef>� � kg��Yg�������h.�������� h��iNj����k���IJlm����������X4n>�opq��rst��� � ^X� st�,������
uv�pq� �v�pq� w x� y1zx3{7( pq|"��� >�3{7( pq|"��}��~��� G�(��3XG���IJ��'(^G� ���* +�,^G� +(3V��� 8qX4nvqst���_ �_3,� 89:������,��3��� 89:���'( �_� �������� �� !"�� � #���,� 7���$W���� �� ��� �Q"��^Gpqst�3�G�%��� ��������������X4n��IJ�J( ��,� 8q� uv�pqX4n�v�pq �.����& �������_�XY� w x� y1zx,A�BC{7(�G^G�++�IJ� �#��S^p�8q��������o3;�3{7(�G �,)*��� 8q3'BO������.�S ��H( �;<=#�LM� ��� K���� � ��3{�'( pq��rst�,� �����3XG� ������3V�� 89:������, ���7�¡�� � u(� ;<=#�LM� ����� K���� ������3XG�� st�, ����^Y� !"u�����'(�G �)*J( � 'J3� 89:`=� � ���7�)*Q3¡�� +��HI��� +�S� ¢£¤¥����� �� A¦>�o§�¨�3©ª��G��� ¥+pq,A¦«¬�� �)*J( � ++�IJ� & ��� ® �¯���°± ���° ,$²pq,;<=#�³´<-3¥µ��G �56'( � ^X� ��opq��rst�,� G�(��3XG�����c��G��¶3� ��IJ������������ ��;<=#�LM� ��� K���� � �����3V��89:������, ��.�^��G � +(,� uv�pq����·��� 8q� �v�pq
Table � Properties of produced gas and carbon conversion ratio from sample into gas
Sample Food mixture Wood chip
Method Pyrolysis Gasification Pyrolysis Gasification
Porous particles Temp. K ��� ���� ��� ���� ��� ���� ��� ����Volume m�
N/kg�sample �� ��� ��� ��� �� ��� ��� �� H�
CHCOCO�C�H
mol/kg�samplemol/kg�samplemol/kg�samplemol/kg�samplemol/kg�sample
���������
�������������
����������
�����������
�������������
������� ���
���� ������
�����������
Calculated heat quantity*kJ/kg�sample
MJ/m�N
�� ���
��������
��������
������� �
��� ���
� ����
�������
�� ����
Carbon conversionratio into gas
� �� ��� ��� ��� � � ��� � � ��
* Calculated with each gas amount and high heating value
Fig. � Variation of product gas flow rate withtime under gasification condition
¸¹�Vº���89:���3»� ¼½Q��
� �� �
53
����������� � ������������ ������������ !�"#$%�&'���(� )*
CO+H�O,H�+CO� �
)�-��� ��./01234�56789����� K���� ��������: ���;*��<� =�>?@A�������������� � B�C���.:� D����.�$��� E�� ������ ������.F)�(� )*��� ���GHIB�C9EJK��"FL��HM� ��������: ���;'N* 1O��P<:� ���QR����ST����� E����ST�U��1V* WXM� �����9TY�N���Z�"����"�[&��� �mol
���� �mol�E��\ )*���;� � �]^_`1:� �STHM2a�E��������� � b����c�"�de�EJK�fg���� ������� b����.hi9j[��� E�9kl��FLm`#no1<���pF)N*
C+�H�O,�H�+CO� �
�. � ����������� �Fig. , �:�b�GHI��9��.XN:EJK����N�<�D�q�����r�QR��s%��9��N#�1V* ;G� Fig. ���t��u_`��v�w��Hx�� yz�: �� QR�9{�|�N}9��* �}:� B�CGHI����~X)
�����ST1VM� ���:�t��u�G�yz�:�;* XN� �q�����78:234�56789����*�t��u1:� ��� K� ��� K��X1���t��������* F �� EJK���/01:�� ����� K� �8t������9�����*)�-��� Fig. 1:b�:� ����� KX1��F)�� D�q������QRF)* ��./0��T� ��QR��s%��:�w�1V��-���EJK���/01:��1V����* ���234�56789 ����� K��N�T� �7�n���.��� ���������q��)�GM� EJK�������'NVNM� ������QRF)������* ):� EJK���/0��1;a� ��./01#�� )* WXM� ��.��1���B�C�234�561��.XN:EJK�4F)��* ���� ��QR�����8T�:��t��u� ��F)��.�8�����8���� �;'��*):� B�C��Y�8��v����.XN:EJK�4�8�¡�N�� ��.��1���NB�C��¢234�51�£F)����¤� ¥¦����QRF)�(� )* ):� ��.��§���G���� KGHI ����� K�¨©ª�9�v��� �«����1V�� � 234�56�G��B�C���.V�:EJK�4�[¬1�����*�� Fig. �� ��#b��®e$¯��9��������* N��� 234�569 ����� K
��N�T� EJK� �°� �� ±§²;���QR�:®e$¯�;* ��� � �³´1!�
Fig. Variation of carbon conversion ratio into gas with time µFood¤
¶ q · ¸¹" º »¹¼ # ½
� � �
54
����� ���� ��������������������� ��� ��!"#$%&��'�()*+,-.�/%#012��3!45��6�789+)���:; (��<� =>?@A���B1�3CD�0EF2G&H�IJK!LM��7NOP)�;
�. � ��������� �����Fig. ��QRS�=>?G&TUV�D�,-G&W�XYZ*+[<�G&�\�1W]^.; _�����min`�,-��G&�\�1W]ab�^.; �� G&�\�1W�� �cAdefgh! ��� K�7i� 1�3���G&7jk%�G&T�lm�� ����K7 ��� K�n*+[<+)�Z�/%#lm7op
��;���=>?G&Tq$"&�r+)�G&,1W�st�� /%#�=>?@A!u v� 1�3���G&7jk%�G&T!u ��v��6�; wx� ���y���� ()z)u ��v7u ��v��6�;{�{7*+� /%#]�B|}��~��]�S7��� =>?G&T����'� =�] ��7.��SG&]��.�q$"&����� =>?7���!���� P+�,-W0��/%#@A!�����{7!^�P)�;
Fig. � Heat quantity estimated from integrated product gas amount
Fig. � Variation of carbon conversion ratio into gas with time �Wood:
��]��7��=>?G&T��.���2��
� �� �
55
� � � �
������ �������� �� ��������� � � �������������������������� �� � ���!�"#�� $ ���������������%�&���#�'��� ���� ������� (�!)�*"+##*� ����������,-$%�.#�
� $ ���������&/0#������12� 3456'�()7#8�* ��9�"!� � ���#���:;4����()7#8�* ��9�"#��+<��=0>0* ��9�* ��9�"#�
?,@�A/� �����B!)��!���7#+<� �������-.7#@�*�C�"!� ���/DE0����F17#@�*�G#� �H�345�IC��6'7#@���!� ��F1��23�J,�G� 45K67D��#���8.�0�� �L9�*:MN0��
O; <P����� QR=>S���?@ABCT�U#VD�CTE+�F�K6W�GX�-. ���W��H�"#� Y �;Z�I7#�
� � � �
� $ [\ ]�^_JK�L� `abc5de5f4�MghXNOP i����$
� $ j� Q� RST� U kJ� VWXY�l��LZ�mno��[5 ��pq>\]r3s�t�����Bu^_`� a ��v� a � w� pp. � � ��i����$
$ bx c� dVQK� e�yzf� ghij� k{_f�|}~�� �lmj� n��o��pq�Cp� �r3s�t-.qrs��� ��Bu^_`�a ��v� a w� pp. ��� � ��� i����$
� $ �t u� � v�� �w x� I�y����z{�
����r3s>|�t������#}���de5f4~&��7#-���� M���Bu ��������2u��^_� i $� pp. ��� � ��� i����$
� $ � ��� �w��� � �� ���f�IV�� /����5��������} ia �� �����������$� a �FM����s������^_�� pp. �� � �� i����$
� $ } �� N���� �l��� ���f� �s���s������ �}�F�'�b�������}�����}��� M�de5f4Bu`� a �v� pp.
��� � ��� i����$� $ ��(�� � � ¡h¢��� ����� ���f�
I��>��£����5��¤��o0��� a��F��Bu��^_�� pp. ��� � ��� i����$
� $ MV���I¥��b���de5f4���¦#VRC§�mno��¨� a ��FM�de5f4Bu2u��^_�� pp. ��� � ��� i���$
$ � �� ���f�©����V� ������7#���M���Bu^_� iB�$� pp. ���� � ���i���$
��$ ª«��� ���¬� ����� ���f� � � ��¡��IV����5���b�����#��z{��7#®¢��� M���Bu ��������2u��^_� i $� pp. ��� � ��� i����$
��$ £¯l_� �V°�� R¤¥��±�¦�§�=¨¦K6� a ��F���Bu��^_�� pp. ��� ���� i����$
��$ K. Ito, H. Moritomi, R. Yoshiie, S. Uemiya and M.
Nishimura : Tar Capture Effect of Porous Par-
ticles for Biomass Fuel under Pyrolysis Condi-
tions, Journal of Chemical Engineering of Japan,
Vol. �, No. �, pp. ��� � ��� i���$�$ Nde5f4�²XK6©<W��³��b���d
e5f4IC��&K6W� �b���ªV«¬���K6 ®¯�5��ªV�b������K6W�� °± ���± �´² i����$
��$ Nde5f4�²XK6©<W��³��b���de5f4IC��&K6W� �b���ªV«¬���K6 ®¯�5��ªV�b������K6W�� °± ����± �´² i����$
��$ ³µ´µ� ¶ ·¶��b���A/��z{� ·�¸5�ds�¹º`s»� ¼w� pp. � � �� i����$
l � � ��� _ y�£ / ½
� � �
56
Basic Study on Steam Gasification of Food Wastes
Masaaki Tanaka*, Hitoshi Ozaki* and Hiroshi Moritomi**
* Refrigeration & Air Conditioning Research Laboratory, Corporate Engineering Division,Matsushita Home Appliances Company, Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
** Graduate School of Engineering, Gifu University
� Correspondence should be addressed to Masaaki Tanaka :Refrigeration & Air Conditioning Research Laboratory, Corporate Engineering Division,
Matsushita Home Appliances Company, Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.� � � � � � � � Noji�higashi, Kusatsu City, Shiga, ��� � ���� Japan�
Abstract
This study aims to clarify basic properties of thermochemical reactions, such as pyrolysis andsteam gasification conditions, of food mixtures that are discarded as food wastes �kitchen garbage�.We also conducted experiments on wood chips for comparison. We found that the reactivity of foodmixture in pyrolysis conditions was slightly inferior to that of wood chips. However, in steam gasifi-cation conditions, the reactivity of both samples was almost equal. Moreover, for the food mixturesin steam gasification conditions, the ratio of carbon conversion into gas was ���. To evaluate gas heatquantities for each process, almost � was for tar reformation and almost ��� was for pyrolysis gasand char gasification. Therefore, steam gasification was effective for the thermochemical reaction offood mixtures and this reaction could produce hydrogen rich fuel gases. In particular, by reformingtar effectively, the amount of fuel gas product increased significantly. These results suggest thepossibility that food mixtures could be used as a fuel that is as valuable as wood chips.
Key words : food waste, pyrolysis, gasification, hydrogen
����� ���������������
� � �
57