成果報告書詳細
管理番号20130000000911
タイトル平成20年度-平成24年度成果報告書 環境調和型製鉄プロセス技術開発
公開日2013/10/19
報告書年度2008 - 2012
委託先名新日鐵住金株式会社 JFEスチール株式会社 株式会社神戸製鋼所 日新製鋼株式会社 新日鉄住金エンジニアリング株式会社
プロジェクト番号P08021
部署名環境部
和文要約高炉からのCO2排出削減および高炉ガスからのCO2分離回収で約30%のCO2排出削減の技術を構築する命題に対し、下記の如く、総じて目標を達成した。
「鉄鉱石還元への水素活用技術開発」では水素量が増幅された改質COGを用いた場合の鉄鉱石還元の反応制御技術開発を目標とする。本プロジェクトにおいて、改質COGの適正吹き込み位置の最適化、鉄鉱石の還元に及ぼす影響の評価、シミュレーションモデル等による評価に関する検討を実施した。炉内での反応性評価については、LKABの試験高炉の水素吹込み実験結果も含め、還元による鉄鉱石の還元促進効果、還元粉化への影響、高温での還元性状の改善、高炉での炭素使用量の低減効果などに一定の知見を得た。
「COGのドライ化・増幅技術開発」は、鉄鉱石還元用COGのドライ化・水素増幅を指向するものである。本研究では、実COGを用いた30Nm3/hr規模のベンチプラント試験設備において、水素増幅特性の確認(目標:水素増幅率>2)と耐久性の評価(目標:耐久性>24hr)を実施し、目標をほぼ達成する成果を収めた。
「水素活用鉄鉱石還元用コークス製造技術開発」ではコークスに求められる具備条件充足が課題である。高性能粘結材(HPC)を用い、多種の配合炭構成でドラム強度指数(DI15015)として88を超える高強度コークスの製造実績を得た。又、HPCによる軟化溶融性や膨張性増幅効果に石炭装入密度の効果を加味した空隙充填能力が有効な指標としてコークス強度を定量的に表現できることを明らかにした。
「CO2分離・回収技術の開発」では、高炉から排出されるCO2を2000円/t-CO2で回収する技術見通しを得ることを目標とする。化学吸収については(1)高性能の新吸収液(RN1-3)を開発し、CAT1、CAT30に提供した。(2)実ガスを用いたCAT1・CAT30試験により、熱消費原単位は実機サイズで2.3 GJ/t-CO2まで低減した。熱移送試験を行い、開発目標である2.0 GJ/t-CO2を達成した。(3)再生用蒸気温度を140℃から115℃に低減し、排熱対象量が15%拡大した(4)CO2分離回収のコストは、目標の2000円/t-CO2の削減を達成した。物理吸着については、吸着圧力低圧化、サイクルタイム短縮および原料ガス中CO2濃度影響検討により目標の2000円/t-CO2までの削減を達成した。
「未利用顕熱回収技術の開発」では、140℃程度の熱回収が効率的に可能なプロセスを提案することを目的として、(1)未利用顕熱・排熱活用技術開発(低品位排熱の熱回収技術の調査と開発)(2)製鋼スラグ顕熱回収(3)排熱回収適用技術開発(カリーナサイクル発電等の低位熱発電システムの適用技術)に取り組んだ。成果は(1)製鉄所未利用顕熱・排熱の実態把握を行い、モデル製鉄所排熱発生状況前提に基づき、CO2分離回収可能量およびコストを試算し、115℃蒸気製造条件では、プロジェクト目標(発生CO2の20%回収)に到達する可能性提示(2)製鋼スラグ顕熱回収では、スラグ顕熱回収ベンチ装置を建設、試験を実施し、Step1の目標であった熱回収率30%以上を達成(3)カリーナ発電については、詳細な基本設計・コスト見積りを実施し、5MW発電設備(単体)が、32万円/KWとの見通しを得た。
「製鉄プロセス全体の評価・検討」においては、総合エネルギーバランスモデルを構築し、高炉からのCO2排出削減技術および高炉ガスからのCO2分離回収技術で製鉄所全体のCO2削減を評価できる手法を確立した。
英文要約The aim was generally achieved as following to the proposition which builds the technology of about 30% of CO2 emissions cut by CO2 emissions abatement from a blast furnace, and CO2 separation technique from blast furnace gas.
[Technical development on hydrogen application to iron ore reduction] The reaction control technology that reduces iron ore with the reformed coke oven gas was developed. The trial results including the experimental blast furnace operation at LKAB that the CO2 generation during iron making could be reduced was assessed by the simulation model etc. according to the balance model. The prospect of establishing the iron ore reduction mechanism with hydrogen etc. that was the ultimate goal and the base technologies of the reaction control was obtained.
[Reforming COG through the amplification of hydrogen] The targets, hydrogen amplification ratio of over 2 and the duration of amplified hydrogen generation for over 24 hours were achieved using optimum catalyst reactor.
[Producing optimum coke for hydrogen reduction of iron ore] High strength coke with the drum index DI15015 of over 88 was obtained by not only using a caking additive and the solvent extract of coal (HPC) but also conditioning the blending of various coals.
[Development of CO2 capture technologies] The 30 ton/day chemical absorption evaluating plant was operated. The low energy consumption (2.3 GJ /t) and the high durability through long term operation were confirmed. The processing cost of CO2 capture met the target of 2000 yen/t-CO2. In the case of physical adsorption method, the evaluation plant with a capacity of 3t-CO2/day was built at a steel works. The processing cost of CO2 capture of 2000 yen/t-CO2 was achieved.
[Development of utilization of unused waste heat] (1)Energy such as steam and electricity is required for CO2 capture - separation and recovery - from blast furnace gas. If the energy is procured from external sources, CO2 will be emitted at the production sites of the energy. Finally, the possibility of about 3.3 million ton CO2 capture per year utilizing unused waste heat was indicated.(2)[Development of sensible heat recovery from steelmaking slag]The bench scale equipments were built and more than the heat recovery efficiency of 34% for the system was obtained.(3)[Development of Kalina cycle power generation system] The waste heat recovery efficiency of about 30% for the system was designed.
[Evaluation and examination of the whole iron-making process] The comprehensive energy balance model was built and the technique to evaluate CO2 reduction of the whole iron mill was developed through the separation and recovery technologies of CO2 from blast furnace gas.
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