基本的に、熱分解は物質を3つの主要な生成物カテゴリーに分解します。 このプロセスには、バイオマスやタイヤなどの物質を酸素のない環境で高温に加熱し、固体（バイオ炭）、液体（バイオオイル）、気体（合成ガス）に分解させることが含まれます。これらの生成物の正確な組成と収率は固定されておらず、投入される物質と使用される特定のプロセス条件によって決定されます。
熱分解は、単一の生成物プロセスとしてではなく、制御された変換技術として理解するのが最適です。単一の原料を3つの明確で価値のある生成物ストリームに変換し、固体、液体、ガスの最終的な割合は、主に温度によって意図的に制御されます。
熱分解生成物の3つの柱
すべての熱分解反応は、3つの異なる物理状態の生成物を生成します。入力物質によって名称は異なりますが、カテゴリーは一定です。
固体生成物：バイオ炭
揮発性成分が除去された後に残る固体の残留物は、固定された炭素リッチな物質です。
この生成物は、バイオマスから得られた場合は一般的にバイオ炭またはバイオコールと呼ばれます。タイヤを熱分解する場合、この固体はカーボンブラックとして知られ、プロセスで内部のスチールワイヤーも回収されます。
液体生成物：バイオオイル
物質が加熱されると、揮発性ガスが発生します。これらの蒸気を冷却して凝縮させると、暗く複雑な液体が形成されます。
この液体は、バイオオイル、熱分解油、または時にはタールと呼ばれます。木材が原料の場合、この液体凝縮物の一部は木酢液としても知られています。
気体生成物：合成ガス
熱分解中に生成されるすべてのガスが液体に凝縮するわけではありません。この残りのストリームは可燃性ガスの混合物です。
この生成物は合成ガス（シンガス）またはバイオガスと呼ばれます。多くの場合、熱分解炉を稼働させるために必要な熱を供給するために回収・再利用され、プロセスのエネルギー効率を高めます。
プロセス条件が生成物を決定する方法
3つの生成物の収量を同時に最大化することはできません。オペレーターは、プロセス温度と投入物質という2つの主要な変数を操作することで結果を制御します。
温度の役割
温度は、生成物の収率を決定する主要な手段です。
通常400～500 °Cの低温でゆっくりと熱分解を行うと、ガスの生成が最小限に抑えられ、固体のバイオ炭の生成が促進されます。
多くの場合700 °C以上の高温で急速に熱分解を行うと、分子がより積極的に分解され、液体（バイオオイル）および気体（合成ガス）燃料の生成が促進されます。
原料の影響
処理される初期の物質は、最終的な生成物に大きな影響を与えます。
バイオマスまたは木材の熱分解では、バイオ炭、バイオオイル、合成ガスという標準的な3つ組が生成されます。
対照的に、廃タイヤを熱分解すると、カーボンブラック、石油のような燃料油、合成ガス、回収されたスチールが生成され、特定の廃棄物ストリームに合わせて調整された根本的に異なる一連の生成物が得られます。
目的と熱分解生成物の整合
熱分解の柔軟性は、その主な複雑さでもあります。プロセスは特定の目標を満たすように設計および微調整される必要があり、ある生成物を最適化することは他の生成物の犠牲を伴います。
特定の目標のための収率のバランス
熱分解システムを実行するための単一の「最良の」方法はありません。理想的な条件は、望ましい最終生成物に完全に依存します。
農業用バイオ炭の生産を目指す施設は、固体収率を最大化するために低温で運転します。逆に、液体バイオ燃料の製造を目的としたプラントは、バイオオイル生成分を最大化するために高温と急速な加熱を使用します。
生成物の均一性の課題
バイオオイルやその他の生成物の化学組成は、複雑で変動する可能性があります。原料の水分やプロセス温度のわずかな変動が最終的な産出物を変化させる可能性があります。
これは、燃料、炭素、または化学前駆体のいずれであっても、一貫性があり市場性のある製品を保証するために、堅牢なプロセス制御を必要とします。
目標に合わせた熱分解生成物の適合
熱分解を効果的に適用するには、まず主な目的を定義する必要があります。その後、特定の成果を達成するためにプロセスパラメーターが設定されます。
- 固体土壌改良材または安定した炭素の作成が主な焦点の場合： バイオ炭の収率を最大化するために、低温（400～500°C）でより遅い加熱速度で運転します。
- 液体バイオ燃料または化学原料の生産が主な焦点の場合： 高温（>700°C）と急速な加熱を使用して、バイオオイルを生成する熱分解を促進します。
- エネルギーの自立または廃棄物発電が主な焦点の場合： 生成された合成ガスを回収して反応炉に燃料を供給し、プロセスを実行するために必要な外部エネルギーを大幅に削減します。
これらの出力を制御できることを理解することが、特定の用途で熱分解を活用するための第一歩です。
要約表：
| 生成物区分 | 一般的な名称 | 主要な原料の例 | 主な特徴 |
|---|---|---|---|
| 固体 | バイオ炭、カーボンブラック | バイオマス、タイヤ | 炭素リッチな残留物 |
| 液体 | バイオオイル、熱分解油 | バイオマス、タイヤ | 凝縮した揮発性蒸気 |
| 気体 | 合成ガス、バイオガス | バイオマス、タイヤ | 非凝縮性の可燃性ガス |
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