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石炭利用の最新技術と展望

  • Advanced Clean Coal Technologies in Japan
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商品コード: T0662

  • 監修: 三浦孝一/(財)石炭エネルギーセンター
  • 発行日: 2009年1月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判、300ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0081-8

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  • 石炭 / クリーンコールテクノロジー / 脱灰技術 / ハイパコール / 石炭燃焼技術 / 石炭ガス化複合発電技術 / 石炭部分水素加熱分解技術 / 石炭ガス化コプロダクション技術 / 石炭地下ガス化技術 / 石炭液化技術

刊行にあたって

 太陽エネルギーが全てのエネルギーを賄う時代が来ることを誰もが待ち望んでいるが、いかなる将来予測によっても、今世紀は石油、石炭、天然ガスの化石燃料がエネルギー供給の太宗を占めざるを得ないことになる。
 最近のアジア諸国を始めとする開発途上国の急速な経済発展に伴うエネルギー消費の急激な増加を賄うのは石炭しかないのである。人類はこれまでも石炭によって多大な恩恵を受けてきた。産業革命も、安価で大量の電力の供給も石炭なしではありえなかった。
 我が国は、1970年代のオイルショック以降、産官学が一体となって石炭をクリーンにかつ効率よく使うための技術(クリーンコールテクノロジー)の開発に取組み、世界最先端の技術をつくりあげ、世界に誇るクリーンな石炭利用技術を確立した。しかし、一層複雑・深刻化しつつあるエネルギーと地球規模の環境問題は、石炭を使いながらも温暖化ガスの排出を最小限に抑えるというきわめてハードルの高い技術の開発を求めている。
 本書は、我が国のクリーンコールテクノロジーの開発を担ってきた(財)石炭エネルギーセンターの有志と、直接技術開発に携わった第一線の技術者・研究者が、その成果を記録として後に続く世代に伝える書として企画された。
 石炭の技術開発に使命感をもって取組もうとする人材を1人でも2人でも生み出すきっかけになれば、監修者の喜びとするところである。
(「刊行にあたって」より抜粋)

2009年1月  京都大学 三浦孝一

著者一覧

三浦孝一   京都大学大学院 工学研究科 化学工学専攻 教授
古川博文   (財)石炭エネルギーセンター アジア太平洋コールフローセンター 事務長代理
石原紀夫   (財)石炭エネルギーセンター 資源開発部 部長
小柳伸洋   (財)石炭エネルギーセンター 事業化推進部 担当部長
奥山憲幸   (株)神戸製鋼所 技術開発本部 石炭エネルギー技術開発部 主任研究員
大高康雄   (財)石炭エネルギーセンター 事業化推進部 担当部長
武藤寛也   (株)IHI 電力事業部 基本設計部 エンジニアリンググループ 課長代理
高野伸一   (株)IHI 電力事業部 基本設計部 主査
外野雅彦   三菱重工業(株) ボイラ統括技術部 ボイラ技術一課 課長
北村雅樹   バブコック日立(株) 火力計画部 担当課長
岡田浩一   住友金属工業(株) 総合技術研究所 鋼管研究開発部 主任研究員
阿部冨士雄   (独)物質・材料研究機構 新構造材料センター グループリーダー
原 三郎   (財)電力中央研究所 エネルギー技術研究所 燃料改質工学領域 上席研究員
有森映二   電源開発(株) 技術開発センター 若松研究所 EAGLE研究推進グループ
林 石英   (財)石炭エネルギーセンター 技術開発部 課長
並木泰樹   新日鉄エンジニアリング(株) 事業開発センター 石炭ガス化事業推進室
秋本明光   (財)石炭エネルギーセンター 技術開発部 参事(執筆当時)
大野陽太郎   JFE技研(株) DMEプロジェクト 主任部員(部長)
加藤健次   新日本製鐵(株) 環境・プロセス研究開発センター 主幹研究員
藤岡昌司   (財)石炭エネルギーセンター 資源開発部 グループ長
斎藤郁夫   (独)産業技術総合研究所 国際部門 シニアスタッフ
安室元晴   (株)神戸製鋼所 技術開発本部 石炭エネルギー技術開発部 主任部門
氣駕尚志   (財)石炭エネルギーセンター 技術開発部長
髙木正人   (財)地球環境産業技術研究機構 地球環境産業技術研究所 専門役

編集 (財)石炭エネルギーセンター

目次

序章 現代社会における石炭の重要性
1. はじめに
2. エネルギー需給の現状と将来における石炭の役割
2.1 世界のエネルギー需給の現状と将来
2.2 主要国の石炭の資源量と可採年数
2.3 主要産炭国の産炭量・消費量と国際取引量
2.4 我が国の石炭輸入価格の変遷
2.5 エネルギー需給における石炭の役割のまとめ
3. 石炭を巡る最近の動き
4. 我が国の石炭エネルギー政策と技術開発計画
5. おわりに―地球温暖化と石炭―

【石炭の現状と将来編】
第1章 石炭の現状と将来
1. 概論
2. エネルギー動向
3. 石炭資源
3.1 資源量と埋蔵量
4. 石炭需給
5. 石炭生産国の現状

第2章 石炭資源高度総合評価技術
1. はじめに
2. 総合評価技術のためのGIS活用

第3章 石炭高度生産技術
1. 炭鉱開発
1.1 開発調査
2. 採掘技術
2.1 露天採掘
2.1.1 オープンピット法
2.1.2 ストリップマイニング
2.1.3 基本サイクル
2.1.4 剥土比(Stripping Ratio)
2.2 坑内採掘
2.2.1 柱房式採炭
2.2.2 長壁式採炭
2.2.3 その他の採炭法
3. 石炭生産国の現状
3.1 中国
3.2 豪州
3.3 インド
3.4 インドネシア
3.5 米国
3.6 ベトナム
4. まとめ

【クリーンコールテクノロジーの現状と将来編】
第1章 脱灰・改質技術
1. 選炭技術(コールクリーニング)
1.1 はじめに
1.1.1 選炭とは
1.1.2 選炭のメリット
1.1.3 選別の原理
1.2 選別機械
1.2.1 塊重選機(Dense Medium Bath)
1.2.2 重液サイクロン(Dense Medium Cyclone)
1.2.3 ジグ水選機(Jig)
1.2.4 スパイラル(Spiral)
1.2.5 浮選機(Flotation Cell)
1.2.6 乾式選別機
1.2.7 選炭工程
1.3 今後の展望
1.4 おわりに

2. 脱灰技術(ハイパーコール)
2.1 はじめに
2.2 ハイパーコール製造プロセスと要素技術
2.2.1 プロセスの概要と特徴
2.2.2 要素技術
2.3 ハイパーコールの特性と用途
2.3.1 改質炭としての特性
2.3.2 コークス用粘結材としての用途
2.4 まとめ

3. 低品位炭改質技術
3.1 はじめに
3.2 低品位炭の改質技術
3.2.1 低品質炭の改質―選炭、脱灰、脱硫
3.2.2 低炭化度炭の改質
3.3 K-Fuelプロセス
3.4 BCB(Binderless Coal Briquetting)プロセス
3.5 UBC(Upgraded Brown Coal)プロセス
3.5.1 プロセス概要
3.5.2 改質炭の性状
3.6 おわりに

第2章 石炭燃焼技術
1. 超々臨界圧ボイラ技術(USC)
1.1 はじめに
1.2 高蒸気条件火力発電用ボイラの計画考慮点
1.2.1 伝熱面配置
1.2.2 高蒸気条件ボイラ材料
1.2.3 実機への材料適用例
1.3 おわりに

2. 次世代超々臨界圧ボイラ技術(A-USC)
2.1 A-USCボイラの開発目標
2.1.1 はじめに
2.1.2 ボイラ用材料の開発目標
2.1.3 ボイラ構造面の開発目標
2.1.4 ボイラ運用面の開発目標
2.1.5 まとめ
2.2 A-USCボイラの開発課題
2.2.1 A-USCボイラの開発課題
2.2.2 想定される損傷リスク・保修対応の評価
2.2.3 まとめ
2.3 A-USCボイラの候補材料と諸特性
2.3.1 はじめに
2.3.2 ボイラ適用部位と適用材料
2.3.3 ボイラ用材料の開発動向
2.3.4 まとめ

第3章 石炭熱分解・ガス化技術
1. 石炭ガス化複合発電技術(IGCC)
1.1 はじめに
1.2 IGCCシステムの概要
1.2.1 石炭ガス化炉設備
1.2.2 ガス精製設備
1.2.3 複合発電設備
1.3 海外におけるIGCC開発動向
1.3.1 Tampa(米国)
1.3.2 Wabash River(米国)
1.3.3 Buggenum(オランダ)
1.3.4 Puertollano(スペイン)
1.4 日本におけるIGCCの開発状況
1.4.1 空気吹きIGCC開発の経緯
1.4.2 空気吹きIGCC実証機プロジェクトの概要
1.5 おわりに

2. 多目的石炭ガス製造技術(EAGLE:coal Energy Application for Gas、Liquid and Electricity)
2.1 はじめに
2.2 石炭ガス化利用技術
2.3 EAGLEパイロットプラントシステム
2.4 EAGLEガス化炉の特徴
2.4.1 1室2段旋回流型ガス化炉
2.4.2 クエンチガス流量の低減
2.5 まとめ

3. 次世代高効率石炭ガス化複合発電技術(A-IGCC、A-IGFC)
3.1 はじめに
3.2 エネルギー変換とエクセルギー損失
3.3 エクセルギー再生型の次世代高効率石炭ガス化複合発電技術(A-IGCC/A-IGFC)
3.3.1 従来型の石炭ガス化複合発電(IGCC)のエクセルギー損失
3.3.2 エクセルギー再生技術によるエクセルギー損失低減及び高効率発電(A-IGCC/A-IGFC)
3.4 技術開発内容
3.5 おわりに

4. 石炭部分水素加熱分解技術
4.1 緒言
4.2 技術の概要
4.3 石炭部分水素化熱分解技術の開発状況
4.3.1 小型試験装置による基礎試験
4.3.2 プロセス開発試験設備(PDU)による試験
4.3.3 パイロットプラント試験(ECOPRO)
4.4 今後の取組

5. 石炭ガス化コプロダクション技術
5.1 はじめに
5.2 低品位炭の活用
5.3 燃料併産発電システムの可能性
5.4 コプロダクションシステム
5.5 石炭ガス化技術
5.5.1 石炭ガス化技術の進歩
5.5.2 海外の噴流層石炭ガス化技術
5.5.3 日本の噴流層石炭ガス化技術
5.6 石炭ガス化技術を用いた各種製品の製造・合成技術
5.6.1 水素製造
5.6.2 FT合成による液体燃料の製造(間接液化)
5.6.3 メタノール及びメタノールからDME、エチレン、プロピレンの製造
5.6.4 アンモニア合成
5.7 今後の展望
5.8 おわりに

6. ジメチルエーテル製造技術(DME)
6.1 はじめに
6.2 DMEの物性と燃料用途
6.3 JFEのDME直接合成技術の特徴
6.3.1 DME合成反応
6.3.2 スラリー床反応器の採用
6.3.3 DMEの分離・精製
6.3.4 冷ガス効率
6.4 JFEのDME直接合成技術の開発経緯と成果
6.4.1 100トン/日実証プラント設備
6.4.2 実証プラントの運転経緯と成果
6.4.3 商用プラントへのスケールアップ技術
6.5 石炭を原料としたDME製造
6.5.1 石炭を原料としたDME製造プロセス
6.5.2 CO2排出量の評価とCO2貯留技術との組み合わせ
6.5.3 褐炭からのDME製造
6.5.4 経済性検討の例
6.6 まとめ

7. 次世代コークス製造プロセス(SCOPE21)
7.1 緒言
7.2 SCOPE21プロセスの特徴と開発課題
7.3 SCOPE21プロセスにおけるコークス品質向上技術
7.4 研究開発のステップおよびパイロットプラント操業試験
7.5 SCOPE21型新コークス炉の建設および稼動状況
7.6 結言

8. 石炭地下ガス化技術(UCG)
8.1 はじめに
8.2 UCG技術の概要
8.2.1 UCG技術開発の歴史
8.2.2 リンキングとUCG工法
8.2.3 着火方法
8.2.4 UCGの基本原理
8.2.5 UCGへの影響要因
8.2.6 UCGポテンシャル
8.3 米国でのUCG試験事例
8.3.1 ヘイクリーク試験
8.3.2 ロッキーマウンテン試験
8.4 今後の課題と展望
8.4.1 UCG活動
8.4.2 経済性
8.4.3 環境問題
8.5 結び

第4章 石炭液化技術
1. 石炭直接液化技術
1.1 今、何故石炭液化か
1.2 石炭液化の基礎
1.2.1 石炭の分類と構造
1.2.2 石炭直接液化の原理
1.3 石炭液化の歴史と主要な石炭液化プロセス
1.3.1 石炭液化の歴史
1.3.2 主要な石炭液化プロセス
1.4 石炭液化生成物の収率と性状
1.5 石炭液化の経済性と商業化への課題・展望
1.5.1 石炭液化の経済性
1.5.2 商業化への課題と展望

第5章 地球環境対策技術
1. 微粉炭酸素燃焼技術
1.1 酸素燃焼技術の原理
1.2 微粉炭酸素燃焼における燃焼挙動
1.2.1 反応管を用いた燃焼試験
1.2.2 微小重力環境を利用した火炎伝播試験
1.2.3 1.2MWth微粉炭酸素燃焼試験
1.3 1、000MW級発電プラントの概念設計
1.3.1 システム構成
1.3.2 ボイラ
1.3.3 効率・経済性
1.3.4 酸素燃焼ボイラ動特性シミュレーション
1.4 実証試験
1.5 まとめ

2. 石炭利用CO2回収型水素製造技術(HyPr-RING)
2.1 はじめに
2.2 HyPr-RING法の特徴
2.3 プロジェクト紹介
2.4 おわりに

3. ECBM(Enhanced CoalBed Methane)
3.1 CBM起源と石炭特性
3.1.1 CBM起源
3.1.2 石炭構造
3.1.3 石炭へのガス吸着
3.1.4 ガス包蔵量
3.2 CBM生産
3.2.1 二重孔隙システムでの流体移動メカニズム
3.2.2 CBM回収率
3.2.3 坑井生産推移
3.2.4 坑井生産性制御要素
3.2.5 CBM生産量
3.3 ECBM(Enhanced CoalBed Methane Recovery)
3.3.1 ECBMのメカニズム
3.3.2 ECBMの特長
3.3.3 ECBMに伴う浸透率変化
3.4 ECBMの実績
3.4.1 ティファニー・ユニット
3.4.2 アリソン・ユニット
3.4.3 夕張CO2-ECBMパイロット試験
3.5 結び

4. CO2地中貯留技術(地下深部塩水層貯留を中心に)
4.1 はじめに
4.2 CO2地中貯留技術の概観
4.2.1 CO2地中貯留技術とは
4.2.2 CO2地中貯留層の種類
4.2.3 圧入されたCO2の挙動
4.2.4 世界のCO2貯留ポテンシャル
4.2.5 世界の取り組み
4.3 わが国でのCO2地中貯留技術開発
4.3.1 わが国でのCO2貯留層調査と貯留ポテンシャルの算出
4.3.2 わが国での地中貯留技術開発
4.3.3 わが国でのCO2貯留の経済性評価とCO2削減技術としての有効性評価
4.4 実用化に向けての動きと課題
4.4.1 わが国でのCCS実用化に向けての課題
4.4.2 法整備
4.4.3 技術開発と大規模実証
4.5 おわりに
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