Quantitative evaluation of CO emission reduction of active carbon recycling energy system for ironmaking by modeling with Aspen Plus

化学プロセスシミュレータAspen Plusによる炭素循環製鉄のプロセスフローモデル化とCO排出量解析

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

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

製鉄におけるCO排出量削減のために炭素循環製鉄(iACRES)が提案された。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のプロセスフローモデルを作成し、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CO、Hが高炉に循環されたことにより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。

Use of the Active Carbon Recycling Energy System in ironmaking (iACRES) has been proposed for reducing CO emissions. To evaluate the performance of iACRES quantitatively, a process flow diagram of a blast furnace model with iACRES was developed using Aspen Plus, a chemical process simulator. CO emission reduction and exergy analysis were performed by using mass and energy balance obtained from simulation results. The following CO reduction methods were evaluated as iACRES: solid oxide electrolysis cells (SOEC) with CO capture and separation (CCS), SOEC without CCS, and a reverse water-gas shift reactor powered by a high-temperature gas-cooled reactor. iACRES enabled CO emission reduction by 3-11% by recycling CO and H, whereas effective exergy ratio decreased by 1-7%.