熱分解に必要な温度と滞留時間とは？効率を最大化するためのプロセスの最適化

熱分解の温度と滞留時間は、実施される熱分解のタイプによって異なる。フラッシュ熱分解の場合、温度は450～600℃、滞留時間は1秒未満である。中温熱分解は600～700℃で行われ、高温熱分解は700～1200℃で行われ、二次クラッキングを避けるために蒸気の滞留時間は2秒以下が推奨される。一方、低速熱分解は、加熱速度が低く（1～30℃/分）、滞留時間が長く、多くの場合大気圧で行われる。熱分解の効率は、原料組成、温度、圧力、滞留時間などの要因に影響される。

キーポイントの説明

熱分解の種類と温度範囲:
- フラッシュ熱分解:非常に短い滞留時間（1秒未満）で450～600℃で作動。この方法は、バイオオイルの収率を最大化するため、急速加熱（10^3～10^4 °C/秒）用に設計されています。
- 中温熱分解:バイオオイル、チャー、ガスの収率のバランスをとるためによく使用される。
- 高温熱分解:通常、外部加熱リアクターチューブで700～1200℃で運転される。バイオオイルの品質と収率を低下させる二次クラッキングを防ぐため、蒸気の滞留時間は2秒未満にする必要がある。
- 低速熱分解:低い加熱速度（1～30℃/分）と長い滞留時間で行われ、多くの場合大気圧で行われる。この方法はチャー製造に最適化されている。
滞留時間とその影響:
- フラッシュ熱分解や高温熱分解では、一次生成物の二次クラッキングを避けるため、滞留時間を短く（1～2秒未満）することが重要である。滞留時間が長いと、収率が低下し、バイオオイルの品質が低下する。
- 低速熱分解の場合、完全な熱分解を達成し、チャー生成を最大化するためには、より長い滞留時間が許容され、必要でさえある。
熱分解効率に影響を与える要因:
- 温度:温度が高いほど一般的にガス収率は高くなるが、適切に制御されないとバイオオイルの品質が低下する可能性がある。
- 圧力:熱分解は、プロセスや反応器の設計にもよるが、1～30 barの圧力で起こる。
- 原料組成:原料の有機分率は、熱分解の効率と製品分布に大きく影響する。
- 加熱速度:フラッシュ熱分解には急速な加熱速度が不可欠であり、低速熱分解には低速の加熱速度が使用される。
リアクターの設計と運転条件:
- 高温熱分解では、過酷な条件に耐えるため、耐火性合金で作られた細長い（20～30メートル）反応管を使用することが多い。
- 低速熱分解リアクターは通常より単純で、生成ガスの燃焼や原料の部分燃焼などの外部熱源を用い、大気圧で運転される。
二次クラッキングとその結果:
- 二次クラッキングは、一次熱分解生成物が高温に長時間さらされると発生し、望ましい化合物がより小さく、価値の低い分子に分解される。高温熱分解やフラッシュ熱分解で滞留時間が短いことが重要なのはこのためである。

これらの重要なポイントを理解することで、熱分解装置と消耗品の購入者は、希望する最終製品（バイオオイル、チャー、ガス）と熱分解プロセスの特定の要件に基づいて、十分な情報に基づいた決定を行うことができる。

要約表

熱分解の種類	温度範囲	滞留時間	主な特徴
フラッシュ熱分解	450-600 °C	< 1秒以下	急速加熱、高いバイオオイル収率
中温	600-700 °C	可変性	バランスのとれたバイオオイル、チャー、ガス収率
高温	700-1200 °C	< 2秒以下	二次クラッキングを防ぎ、ガス収率を最適化
低速熱分解	低い加熱率	長時間	大気圧でチャー生成を最大化