熱分解に必要な熱量は、熱分解の種類（高速、低速、フラッシュ）、バイオマス原料、プロセスに必要なエネルギーなど、いくつかの要因によって異なる。必要とされるエネルギーには、主に、バイオマスおよび水分を所望の熱分解温度まで加熱すること、水分を蒸発させること、吸熱熱分解反応にエネルギーを供給すること、および熱損失を補償することが含まれる。例えば、高速熱分解では、温度は通常450～600℃の範囲であり、加熱速度は速く、滞留時間は短い。一方、低速熱分解は、より低い加熱速度で運転され、燃焼ガスやチャーなどの外部熱源を使用する場合がある。熱源には、高温の排ガス、可燃性ガス、燃え残りのチャーやバイオマスなどがある。
キーポイントの説明
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熱分解の種類と必要熱量:
- 高速熱分解:450～600 °Cの温度が必要で、加熱速度は10^3～10^4 °C/秒、滞留時間は1秒未満。熱は主に、バイオマスをバイオオイル、ガス、チャーに急速に分解するために使用される。
- 緩慢熱分解:加熱速度が低く（1～30℃/分）、通常は大気圧で運転される。熱は外部から供給され、多くの場合、生成ガスの燃焼やバイオマスの部分燃焼から供給される。このプロセスはチャー生成に最適化されている。
- フラッシュ熱分解:高速熱分解に似ているが、滞留時間がさらに短く、加熱速度が速い。必要な熱量は、迅速な熱分解を達成することに重点が置かれている。
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熱分解に必要なエネルギー:
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バイオマスと水の加熱:バイオマスと水分を熱分解温度（例えば500℃）まで加熱する必要がある。これには以下が含まれる：
- バイオマスを周囲温度から 500 °C まで加熱する。
- 100℃で水を蒸発させる（存在する場合）。
- 水蒸気を100℃から500℃まで加熱する。
- 吸熱熱分解反応:熱分解は吸熱プロセスであり、バイオマスをその構成成分（バイオオイル、ガス、チャー）に分解するためにさらなるエネルギーを必要とする。
- 熱損失:エネルギーは、環境への熱損失を補うためにも必要であり、これは反応器の設計や断熱材によって異なる。
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バイオマスと水の加熱:バイオマスと水分を熱分解温度（例えば500℃）まで加熱する必要がある。これには以下が含まれる：
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熱分解の熱源:
- 高温排ガス:熱分解前にバイオマス原料を乾燥させるために使用されることが多い。排ガス中の可燃性ガスを部分的に燃焼させ、さらに熱を供給することができる。
- 可燃性ガス:熱分解中に発生するガス（合成ガスなど）は、燃焼させて熱を発生させることができる。
- 炭化物とバイオマスの燃焼:余った炭やバイオマスを燃焼させ、必要な熱量の大部分を供給することができる。
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温度と圧力の範囲:
- 熱分解は通常450～1200℃の温度で行われるが、熱分解の種類や目的とする生成物によって異なる。
- 圧力は1～30 barで、ほとんどのプロセスは大気圧かそれに近い圧力で行われる。
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原子炉設計と熱伝達:
- 熱分解リアクターは、熱伝達を最適化するように設計されることが多い。例えば、高温プロセスでは、熱応力に耐え、効率を向上させるために、耐火合金の反応管が使用される。
- ヒートキャリアとして砂を使用するような流動床反応器は、均一な温度分布とバイオマスの急速な加熱を確保することで熱伝達を促進します。
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熱回収と効率:
- 効率的な熱回収システムは、排ガスやその他の熱源から熱を再利用することで、必要なエネルギー全体を削減することができる。
- 断熱材と反応器の設計は、熱損失を最小限に抑え、熱分解プロセスのエネルギー効率を向上させる上で重要な役割を果たす。
これらの重要なポイントを理解することで、購入者は熱分解に必要な機器や消耗品について十分な情報に基づいた決定を下すことができ、最適な性能とエネルギー効率を確保することができる。
要約表
| ファクター | 詳細 |
|---|---|
| 熱分解の種類 | 高速（450～600℃、急速加熱）、低速（低加熱率、チャーフォーカス）、フラッシュ（超高速） |
| 必要エネルギー | バイオマス/水の加熱、吸熱反応、熱損失の補償 |
| 熱源 | 高温排ガス、可燃性ガス、チャー/バイオマス燃焼 |
| 温度範囲 | 450-1200 °C、プロセスタイプによる |
| 圧力範囲 | 1～30バール、通常は大気圧 |
| リアクター設計 | 効率的な熱伝達のための耐火合金管、流動床 |
| 熱回収 | 排ガスから熱を再利用し、断熱を最適化して効率を上げる |
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