technology

化学吸収法とは、「吸収塔」でアミン等のアルカリ性水溶液(吸収液)とCO₂含有ガスとを接触させ、吸収液にCO₂を選択的に吸収させた後、「再生塔」で吸収液を加熱して、高純度のCO₂を分離･回収する技術です。
化学吸収法は、常圧のガスから大量のCO₂を分離･回収するのに適した技術ですが、製鉄プロセスでの適用としては開発の初期段階であり、ラボ開発と共に実際の製鉄プロセスを活用して以下のような様々な開発に取り組んでいます。

• 消費エネルギーを最小化する新吸収液・プロセスの開発
• 装置を最小化する技術開発
• 製鉄プロセスに及ぼす影響の定量化、対策技術の開発

新吸収液開発

消費エネルギーを最小化するためには高炉ガス（BFG）からのCO₂分離、アミン再生（CO₂放出）に要するエネルギーを最小化する必要があり、また、設備を最小化するためには反応速度を最大化しなければなりません。
しかし、反応速度と反応熱は相反する関係にあるため、これらを両立する吸収液を開発する必要があります。
そこで、量子化学を用いて理論的に最適と考えられるアミンの分子構造を検討する一方で、統計的データ処理を行うケモインフォマティックスの手法を用いてより性能の優れた新規アミンを開発しています。

開発吸収液の評価、プロセス開発

このようにして開発した新規アミンを実際に合成し、ビーカー試験、小規模連続試験（5kg/日）を経て、実際の高炉ガス（BFG）を用いた1トン/日の小規模評価プラント試験、および30トン/日規模の評価プラントにて化学吸収プロセスの開発と総合性能評価試験を行っています。

このサイクルを繰り返しながら、これまでにCO₂分離・回収に要するエネルギーを従来よりも約40%低減可能な高性能化学吸収法を開発しました。今後も、高性能な吸収液･プロセス開発を継続し、目標達成を目指しています。

開発成果（新吸収液、プロセス）を活用して日鉄エンジニアリング㈱がESCAP（Energy Saving CO₂ Absorption Process）を商用化し、2014年に商業1号機(製鉄所の熱風炉燃焼排ガス：120ﾄﾝ/日）、2018年に商業2号機(石炭火力発電所燃焼排ガス：143ﾄﾝ/日）が稼働しました。

物理吸着技術の開発

物理吸着法とは、流体分子と吸着剤表面との間に働くファンデル・ワールス力により吸着剤にCO₂を選択的に吸着させ、減圧操作により、吸着させたCO₂を高純度・高回収率で分離･回収する技術です。
物理吸着法は、簡易なシステムでありながらも低エネルギーでCO₂を分離･回収できる技術です。この技術を高炉ガスからのCO₂分離・回収や大規模なガス処理へ適用するのは日本初の試みです。
本プロジェクトでは3トン-CO₂/日規模の評価プラントを製鉄プロセスに組み込んで、プロセス開発を行います。これによりさらなる低エネルギー化、スケールアップ技術に向けた様々な開発に取り組みます。

今回開発するプロセスでは、高炉ガスからCO₂-PSA＊でCO₂を分離回収した後、さらにCO吸着剤を充填したCO-PSA＊でN2を分離することで可燃性ガスを回収し、製鉄所での有効利用を図ります。

＊Chemical Absorption Test plant

最適なCO₂吸着剤を選定することで、CO₂回収率≧80％ またはCO₂濃度≧90％を達成できることが明らかになりました。

処理能力3トン/日のベンチ試験装置（ASCOA＊-3）を建設し、CO₂分離性能を評価するとともに、 ガス前処理方法やコスト削減方法の検討を進めました。ASCOA-3での運転研究を通じて、（1）設備のコンパクト化の見通しを得るとともに、（2）吸着剤による圧力損失を低減する技術を開発し、消費電力を削減しました。