緩慢熱分解プロセスを用いたイワナ生産の実現可能性評価

A feasibility assessment of the production of char using the slow pyrolysis process.

• Ongama Soka
• Oluwaseun Oyekola

抄録

世界的に持続可能なバイオ燃料の生産と利用に対するニーズが高まっている。その中で、リグノセルロースバイオマスの熱化学変換によるバイオ燃料の生産が注目されています。本研究では、工業プロセスにおける石炭の代替品として、トウモロコシの茎葉をゆっくりと熱分解して木炭を生産することを研究した。木炭の品質はASTM D388（米国標準試験法）に基づいて評価されました。さらに、工業規模の30t/日の緩慢熱分解プラントの技術的経済的実現可能性の評価を行った。技術経済的研究は、チャーのベースライン価格100ドル/トンで実施された。緩速熱分解プロセス条件の研究には、応答曲面法（RSM）を用いた2レベル3因子中心複合設計（CCD）を使用した。最適化実験をベンチスケールのグラムレベルで実施し、イワナの高発熱量(HHV)と収率のプロセス条件の影響を研究した。さらに、本研究では、30t/日の処理プラントの技術経済的実現可能性を評価した。その結果、プロセス温度がチャーの高熱量と歩留まりに最も大きな影響を与えることが示された。チャー生産の最適条件は、反応器温度が453℃で、加熱速度が5℃/分、保持時間が29分であった。これらの条件では、26.25±1.5MJ/kgの炭化物が生成され、収率は34.5%であった。これらの炭化物は、亜瀝青A炭に匹敵するものである。82%の高いエネルギー効率もこのプロセスに関連しています。プラントの経済性は、CS原料のコストに非常に敏感である。このプロセスの正味現在価値（NPV）は、20ドル/トンのCSベースラインの仮定で-117万ドルであった。コスト感応度分析では、CS のコストを 3 ドル/トンに引き下げると、NPV はゼロになることが示された。揮発性副産物の価格推定の不確実性が引き続き懸念された。

There is a growing need for the production and use of sustainable biofuels worldwide. One noteworthy approach is the production of biofuels via the thermochemical conversion of lignocellulose biomass. This work studied the production of char via the slow pyrolysis of corn-stover as a suitable supplement or replacement of coal in industrial processes. The char quality was assessed according to the ASTM D388 (American Standard Testing Method), which ranks coals according to their higher heating value (HHV), volatile matter and fixed carbon. Furthermore, an evaluation of the techno-economic feasibility of an industrial scale 30 t/day slow pyrolysis plant was conducted. The techno-economic study was conducted at a char baseline price of $100/ton. A two-level three-factor central composite design (CCD), with response surface methodology (RSM) was used to study the slow-pyrolysis process conditions. Optimisation experiments were conducted at bench-scale gram-level to study the influences of the process condition of char higher heating value (HHV) and yield. Furthermore, this study assessed the techno-economic feasibility of a 30t/day processing plant. The results showed process temperature had the most significant influence on char HHV and yield. Optimal conditions for char production were at a reactor temperature of 453 °C, and 5 °C/min and 29 min for heating rate and holding time respectively. Under these conditions char with HHV of 26.25 ± 1.5 MJ/kg and yield of 34.5% were produced. These chars are comparable to sub-bituminous A coals. A high energy efficiency of ~82% was also associated with the process. The economic feasibility of the plant is highly sensitive to the cost of CS feedstock. The process had a net present value (NPV) of -$1.17 million at the $20/ton CS baseline assumption. A cost sensitivity analysis showed that when the cost of CS was lowered to $3/ton, the NPV was zero. Uncertainties in the price estimation of the volatile by-products remained a concern.

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