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Process flow sheet evaluation of a nuclear hydrogen steelmaking plant applying very high temperature reactors for efficient steel production with less CO$$_{2}$$ emissions

高温ガス炉による原子力水素製鉄におけるCO$$_{2}$$排出低減のフローシート評価

笠原 清司  ; 稲垣 嘉之; 小川 益郎

Kasahara, Seiji; Inagaki, Yoshiyuki; Ogawa, Masuro

石炭を非化石エネルギーによる水素に置き換えた製鉄プラントはCO$$_{2}$$排出低減に有効である。高温ガス炉-熱化学法ISプロセスによる原子力水素製鉄(NHS)におけるCO$$_{2}$$排出低減のフローシート評価を行った。投入物質製造,輸送,発電を含む投入熱とCO$$_{2}$$排出量を高炉製鉄(BFS)と比較した。NHSの投入熱はBFSの130-142%と大きいものであったが、CO$$_{2}$$排出は13-21%にまで削減された。シャフト炉に吹き込まれる水素を石炭燃焼により予熱することでCO$$_{2}$$排出は増大したものの、投入熱低減には有効であった。原子炉の製鉄プラントへの近接立地の問題が解決されれば、核熱での水素の直接加熱はCO$$_{2}$$排出の増加無く熱収支を改善できることが期待された。水素製造効率がNHSの投入熱に大きな影響を及ぼした。600MW規模の高温ガス炉2基を単位とするNHSプラントは、シャフト炉と電気炉を1基ずつ備え、製鉄量は1.47$$times$$10$$^{6}$$t/yとなった。なお、本論文はHTR2012予稿を増補改訂したものである。

Nuclear hydrogen steelmaking (NHS) system was evaluated by flow sheet analysis using very high temperature reactors (VHTRs) and thermochemical hydrogen production IS process. Heat input and CO$$_{2}$$ emissions including material production, material transportation, and power generation were evaluation criteria. Though total heat input to the NHS system was 130-142% of a conventional blast furnace steelmaking system, CO$$_{2}$$ emissions were 13-21%. Pre-heating of hydrogen by coal combustion before blowing to a shaft furnace was effective to decrease heat input although CO$$_{2}$$ emissions increased. Direct nuclear pre-heating was also effective without increase of CO$$_{2}$$ emissions if close location of the nuclear reactor to the steelmaking plant was publicly accepted. Hydrogen production thermal efficiency had a significant influence on the heat input. Conceptual design of a plant unit of the NHS system producing steel of 1.47 $$times$$ 10$$^{6}$$ t/y with 2 VHTRs of 600MW heat and one shaft furnace and electric arc furnace was proposed. This article is revised from a proceeding presented in HTR2012.

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分野:Nuclear Science & Technology

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