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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
ISIJ International, 55(2), p.348 - 358, 2015/02
被引用回数：8 パーセンタイル：39.68(Metallurgy & Metallurgical Engineering)炭素循環製鉄(iACRES)のフローモデルによるプロセス評価により、iACRESへの高温ガス炉(HTGR)の適用性を評価した。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。逆シフト反応で消費されない分のHが高炉で鉄源の還元に使われたことが、RWGSシステムの方が原料炭節約とCO排出削減への効果が大きくなった原因であった。どの機器の改良がHTGR熱の効率的利用のために有用化を示すために、HTGR, SOEC, RWGSの熱収支解析を行った。SOECについては、ジュール熱の削減のためにCO電解温度の最適化が求められ、RWGSについては高いISプロセス水素製造効率が要求された。HTGR単位熱量当たりCO排出削減量の比較から、SOECシステムの方がより効率よくHTGR熱を利用できることが示された。
emission reduction of active carbon recycling energy system for ironmaking by modeling with Aspen Plus鈴木 克樹*; 林 健太郎*; 栗原 孝平*; 中垣 隆雄*; 笠原 清司
ISIJ International, 55(2), p.340 - 347, 2015/02
被引用回数：19 パーセンタイル：64.17(Metallurgy & Metallurgical Engineering)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。
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
炭素循環製鉄研究会成果報告書; 炭素循環製鉄の展開, p.42 - 62, 2015/02
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。
林 健太郎*; 鈴木 克樹*; 栗原 孝平*; 中垣 隆雄*; 笠原 清司
炭素循環製鉄研究会成果報告書; 炭素循環製鉄の展開, p.27 - 41, 2015/02
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。
reduction中垣 隆雄*; 笠原 清司; 稲垣 嘉之; 小川 益郎
no journal, ,
高炉製鉄プロセスから排出されるCOをCOフリーの熱源を用いてCOに還元し、再度高炉に吹き込むことで、還元物質であるコークスの一部を肩代わりでき、CO排出の削減が期待される。この炭素循環製鉄法に用いることを想定して、高温ガス炉と固体酸化物電解セルを用いたCO還元プロセスの熱物質収支シミュレーションを行い、効率的なCO還元のために重要なプロセス諸元を探索した。高温ガス炉から電解セルへの熱交換温度差を小さくして、電解セルへの投入熱量を大きくすることが、効率化に有効であることを示唆した。また、熱出力600MWの高温ガス炉を用いた炭素循環製鉄プロセスで、高温ガス炉1基あたりの製鉄規模は116万t/年であり、製鉄量数100万t/年の標準的高炉製鉄プラントに適用するには、高温ガス炉が数基必要となることを明らかにした。
林 健太郎*; 栗原 孝平*; 中垣 隆雄*; 笠原 清司; Yan, X.; 稲垣 嘉之; 小川 益郎
no journal, ,
プロセスフロー計算による物質収支解析により、高炉から排出されるCOをCOに再生してリサイクルする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を行った。CO再生法として、CO電解と、ISプロセスで製造したHとの逆シフト反応(RWGS)によるCO還元を検討した。CO還元プロセスでは、RWGS反応平衡を保つために化学量論比よりも多量のHを製造する必要があり、主としてそのために高炉1基当たりのHTGR数が多くなった。RWGSで消費されなかったHが高炉に吹き込まれて鉄鉱石還元に使われるため、CO還元プロセスの方が単位溶銑製造量あたりのCO排出削減幅が大きくなるものの、HTGR1基当たり排出削減量ではCO電解プロセスが上回った。
林 健太郎*; 鈴木 克樹*; 栗原 孝平*; 中垣 隆雄*; 笠原 清司
no journal, ,
炭素循環製鉄の化学プロセスシミュレータAspen Plusによるモデル化と、システム全体のCO排出量、エクセルギー消費量評価を行った。CO再生法として、CO電解と、HTGR-ISプロセスで製造したHとの逆シフト反応(RWGS)によるCO還元を検討した。CO還元プロセスでは、RWGS平衡を保つために化学量論比よりも多量のHが投入され、未消費Hは高炉で鉄鉱石還元に使われる。そのため、CO還元プロセスの方がCO排出削減幅が大きくなるものの、エクセルギー消費量も大きくなった。CO電解プロセスでは、BFG循環率, CO還元率の上昇により炭素循環量が増大し、CO排出量は削減されるものの、電解電力増大のために、後者ではエクセルギー消費量が大きくなった。
