Process flow simulation of a high temperature gas cooled reactor and a solid oxide electrolysis cell for CO reduction

高温ガス炉と固体酸化物電解セルを用いたCO還元プロセスのシミュレーション

中垣 隆雄*; 笠原 清司  ; 稲垣 嘉之; 小川 益郎

Nakagaki, Takao*; Kasahara, Seiji; Inagaki, Yoshiyuki; Ogawa, Masuro

高炉製鉄プロセスから排出されるCOをCOフリーの熱源を用いてCOに還元し、再度高炉に吹き込むことで、還元物質であるコークスの一部を肩代わりでき、CO排出の削減が期待される。この炭素循環製鉄法に用いることを想定して、高温ガス炉と固体酸化物電解セルを用いたCO還元プロセスの熱物質収支シミュレーションを行い、効率的なCO還元のために重要なプロセス諸元を探索した。高温ガス炉から電解セルへの熱交換温度差を小さくして、電解セルへの投入熱量を大きくすることが、効率化に有効であることを示唆した。また、熱出力600MWの高温ガス炉を用いた炭素循環製鉄プロセスで、高温ガス炉1基あたりの製鉄規模は116万t/年であり、製鉄量数100万t/年の標準的高炉製鉄プラントに適用するには、高温ガス炉が数基必要となることを明らかにした。

CO emissions from steelmaking is expected to be reduced by substituting some part of coke with CO recycled from waste CO using CO-free heat source. Considering application to this carbon recycling steelmaking, a CO reduction system comprising of a high temperature gas cooled reactor (HTGR) and a solid oxide electrolysis cell (SOEC) was simulated and important process specifications for high efficiency CO reduction was clarified. Larger heat input to the SOEC with smaller temperature difference at heat exchangers from the HTGR to the SOEC was effective for higher efficiency. Steelmaking scale using the CO reduction system with a HTGR of 600 MW thermal output was 1.1610 t/y. A few HTGRs were needed for application to a conventional blast furnace steelmaking plants, which produce steel of a few million ton per year.