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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$$_{2}$$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$$_{2}$$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$$_{2}$$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$$_{2}$$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$$_{2}$$ emissions. To evaluate performance of iACRES quantitatively, a process flow diagram of the blast furnace model with iACRES was developed using Aspen Plus. CO$$_{2}$$ 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$$_{2}$$ capture and separation (CCS), SOEC without CCS, and a reverse water-gas shift reactor as the a CO$$_{2}$$ reduction reactor powered by a high-temperature gas-cooled reactor. iACRES could provide CO$$_{2}$$ emission reductions of 3-11% by recycling CO and H$$_{2}$$, whereas the effective exergy ratio decreased by 1-7%.

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