炭素循環製鉄のAspen Plusによるモデル化とシステム全体の評価

Process modeling of iACRES by ASPEN Plus and evaluation of the whole system

林 健太郎*; 鈴木 克樹*; 栗原 孝平*; 中垣 隆雄*; 笠原 清司  

Hayashi, Kentaro*; Suzuki, Katsuki*; Kurihara, Kohei*; Nakagaki, Takao*; Kasahara, Seiji

炭素循環製鉄(iACRES)によって、製鉄における石炭消費量とCO排出量の削減が期待される。iACRESの効果を定量的に評価するために、化学プロセスシミュレータAspen PlusによりiACRESプロセスにおける高炉のフロー図を作成し、熱物質収支からCO排出量とエクセルギー収支の解析を行った。高温ガス炉(HTGR)のエクセルギーを用いた固体酸化物電解(SOEC)と逆シフト反応をCO再生法として想定し、SOECではCO回収貯蔵の有無も考慮した。iACRESによって石炭消費量が削減されたことによりCO排出量は3-11%削減されたが、CO再生のためにHTGRからのエクセルギーを投入したためエクセルギー有効率は1-7%低下した。

Applying Active Carbon Recycling Energy System to ironmaking (iACRES) process is a promising technology to reduce coal usage and CO emissions. To evaluate performance of iACRES quantitatively, a process flow diagram of the blast furnace model with iACRES was developed using Aspen Plus. CO emission reduction and exergy analysis was predicted by using mass and energy balance obtained from the simulation results. The followings were investigated as iACRES: solid oxide electrolysis cells (SOEC) with CO capture and separation (CCS), SOEC without CCS, and a reverse water-gas shift reactor as the a CO reduction reactor powered by a high-temperature gas-cooled reactor. iACRES could provide CO emission reductions of 3-11% by recycling CO and H, whereas the effective exergy ratio decreased by 1-7%.