炭素循環型スマート製鉄(iACRES)への高温ガス炉の適用性評価

Process evaluation of use of HTGRs to an ironmaking system based on active carbon recycling energy system (iACRES)

林 健太郎*; 笠原 清司  ; 栗原 孝平*; 中垣 隆雄*; Yan, X. ; 稲垣 嘉之; 小川 益郎

Hayashi, Kentaro*; Kasahara, Seiji; Kurihara, Kohei*; Nakagaki, Takao*; Yan, X.; Inagaki, Yoshiyuki; Ogawa, Masuro

高温ガス炉(HTGR)を適用した炭素循環製鉄(iACRES)のフローモデルによるプロセス評価を行った。高温電解で高炉ガス中のCOをCOに還元して高炉にリサイクルするSOECシステムと、ISプロセスで製造したHによる逆シフト反応でCOをCOに還元して高炉にリサイクルするRWGSシステムを検討し、通常の高炉製鉄と比較した。原料炭消費量はSOECシステムで4.3%、RWGSシステムで10.3%削減され、CO排出量はSOECシステムで3.4%、RWGSシステムで8.2%削減された。逆シフト反応で消費されずに残存したHが高炉で鉄源の還元に使われることが、RWGSシステムにおいて原料炭消費の節約割合とCO排出削減率が大きくなった原因であった。SOECシステムではCO電解、RWGSシステムではISプロセス水素製造が最も多くの熱量を消費し、HTGR熱の効率的利用のために、CO電解温度の最適化や高いISプロセス水素製造効率が求められた。典型的な高炉1基あたり、SOECシステムでは0.5基、RWGSシステムでは2基のHTGRが必要となった。逆シフト反応で未反応のHを再利用することで、RWGSシステムのHTGR熱の効率的利用と、CO排出量削減が期待される。

Reducing coking coal consumption and CO emissions by application of HTGRs (high temperature gas-cooled reactors) to iACRES (ironmaking system based on active carbon recycling energy system) was investigated using process flow modeling. Two systems were evaluated: a SOEC (solid oxide electrolysis cell) system using CO electrolysis and a RWGS (reverse water-gas shift reaction) system using RWGS reaction with H produced by IS (iodine-sulfur) process. Coking coal consumption was reduced from a conventional BF (blast furnace) steelmaking system by 4.3% in the SOEC system and 10.3% in the RWGS system. CO emissions were decreased by 3.4% in the SOEC system and 8.2% in the RWGS system. Remaining H from the RWGS reactor was used as reducing agent in the BF in the RWGS system. This was the reason of the larger reduction of coking coal consumption and CO emissions. Electricity generation for SOEC occupied most of HTGR heat usage in the SOEC system. H production in the IS process used most of the HTGR heat in the RWGS system. Optimization of the SOEC temperature for the SOEC system and higher H production thermal efficiency in the IS process for the RWGS system will be useful for more efficient heat utilization. One typical-sized BF required 0.5 HTGRs and 2 HTGRs for in the SOEC system and RWGS system, respectively. CO emissions reduction per unit heat input was larger in the SOEC system. Recycling H to the RWGS will be useful for smaller emissions per unit heat in the RWGS system.