PKU Pioneer：VPSA/PSAガス分離技術による省エネ・排出削減・炭素削減の実現

2024年8月14日から17日まで、中国金属学会（CSM）は包頭にて、2024年全国冶金エネルギー・環境保護生産技術会議およびグリーン低炭素冶金ハイエンドフォーラムを開催しました。同会議は「科学的な汚染削減、省エネ、炭素削減、効率的な連携によるグリーン発展」をテーマに、グリーン低炭素発展、コスト削減、酸素富化燃焼、脱硫、炭素回収・利用、汚染削減、環境保護コスト削減に関する技術、プロセス、設備の交流・討論を重視しました。PKU Pioneerは鉄鋼業界のグリーン発展に密接に追随し、ガス分離技術の高品質サプライヤーとして、会議で「低コスト高炉酸素富化、製鉄所ガス浄化および高付加価値利用の産業的探求」と題する技術報告を行いました。
PKU Pioneer環境生産事業部ディレクター、張毅氏による技術報告
現在、鉄鋼市場は需給の大幅な不均衡に直面し、鋼材価格は低水準で推移しています。一部の製品カテゴリーでは激しい内部競争が発生し、業界の利益は前年同期比で減少し、生産量、価格、利益のいずれも低下しています。このような新たな状況下で、鉄鋼メーカーは省エネ、効率向上、コスト削減に注力しつつ、国際基準の要件を満たしながら生産・環境運営コストを削減する方法を早急に模索する必要があります。PKU Pioneer環境生産事業部ディレクターの張毅氏は、技術報告の中で省エネ・排出削減・炭素削減ソリューションを発表しました。
1. 省エネ：高炉酸素富化
過去20年間、中国の VPSA（真空圧力スイング吸着） 酸素発生技術は急速に発展し、世界で最も広く応用されている国となっています。20年前、VPSA技術で生成可能な酸素流量はわずか1,000Nm³/hでした。継続的な技術の進化により、PKU Pioneerの VPSA酸素 ユニットは現在、80,000～100,000Nm³/hもの高い酸素需要に安定して応えることができ、複数の鉄鋼会社で既に成熟した使用実績があります。
高炉の酸素富化に加え、近年では 酸素富化燃焼および酸素燃焼 技術を圧延加熱炉に適用する動きも業界の注目を集めています。VPSA酸素発生技術は、特に酸素純度に対する要求が低く、ターンダウン比の需要が大きく、低コストの酸素供給が必要な生産条件において、加熱炉に適しています。
従来の深冷空気分離酸素発生装置と比較して、VPSA酸素発生はエネルギー消費、総投資額、運転・保守コストを大幅に削減し、鉄鋼企業が経済的な酸素供給、生産能力拡大、省エネ・効率向上を実現するためのサポートを提供します。
2. 排出削減：製鉄ガス微粉脱硫
鉄鋼企業における超低排出改造が広く議論されるテーマとなる中、高炉ガス（BFG）およびコークス炉ガス（COG）の微粉脱硫は、SO?を発生源で制御するための政策要件となっています。例として、PKU Pioneerが2022年に包鋼万騰にて2基の1200m³ 高炉向けに微粉脱硫システムを構築したケースでは、総高炉ガス量は600,000Nm³/hで、微粉脱硫システム入口の硫黄含有量はリアルタイムで監視され、COSが約120mg/Nm³ 、H2Sが約20mg/Nm³でした。PKU Pioneerの脱硫システムによる処理後、出口の総硫黄含有量は20mg/Nm³ 未満となり、長期間にわたり安定的に10mg/Nm³ 未満を維持しました。この微粉脱硫システムのプロセスは高い脱硫精度が特徴であり、PKU Pioneerが独自開発した高効率脱硫剤は8～11ヶ月という長期の使用寿命を実現しています。
3. 炭素削減：鉄鋼と化学品の併産
鉄鋼製造プロセスから発生する副生ガスには主にBFG、BOFG、COGがあり、これらは総称して製鉄所ガスと呼ばれます。これらのガスの有効成分はCO、H2、CH4であり、現在は主に燃焼発電に利用されています。低炭素利用の核心は、製鉄所ガスの化学的性質と還元性を活用しつつ、燃料としての使用を最小限に抑えることにあります。現在、中国における製鉄所ガスの低炭素利用の成功事例は、主にその化学的性質を活用したもので、鉄鋼業界では鉄鋼と化学品の併産として知られています。
石横特鋼の精緻な管理は中国鉄鋼業界で広く認められている。経済低迷により業界全体が広範な利益減少や損失を経験する中、石横特鋼はトン当たり28ドル以上の利益を維持することに成功した。2018年には、石横特鋼の鋼と化学品の併産ラインが正式に稼働を開始し、転炉ガスを原料として、PKUパイオニアの製鉄所ガス利用技術を通じて年間20万トンのギ酸生産材料に変換している。このギ酸製品は高品質で収益性が高く、同時に年間32万トンの炭素排出削減を実現した。このプロジェクトは鋼と化学品の併産における典型的なモデルケースとなり、多くの鉄鋼企業が視察やベンチマーク交流のために訪れている。
鉄鋼・化学品コプロダクション鉄鋼企業の連鎖発展と循環経済の新たなモデルとして、製鉄所に新たな事業領域と投資チャネルを開拓する。顕著な炭素削減効果を持ち、超低排出の達成に貢献するだけでなく、SO2、NOx、粉塵の排出をさらに抑制する。鋼と化学品の併産は、資源利用の統合、一次エネルギー消費の削減、汚染排出の低減を実現する新たなモデルであり、業界横断的な連携、グリーン発展、循環経済の利益を実現するための実現可能なアプローチである。
専門家は、中国の鉄鋼業界はグリーン燃料に注力し、同時に源流、プロセス、末端産業で「3つの転換」を達成すべきだと考える。源流では、クリーンエネルギーを利用し、原料をアップグレードしてより多くのグリーン燃料を採用する。プロセスでは、炉構造と生産工程を最適化し、新型炉の製造、短工程電気炉製鋼や電解製鉄などの新プロセスを採用する。末端では、脱硫・脱硝による二次固形廃棄物の処理と利用を強化する。
したがって、上流の酸素富化高炉製鉄の品質と効率を向上させ、中流で高炉ガスの前段精密脱硫を実施し、または下流の製鉄所ガスを精製して鋼と化学品の併産を実現することは、すべてカーボンニュートラル目標の下で鉄鋼企業が効果的に探求すべき実行可能な道筋である。
世界的に有力なVPSA/PSAガス分離ソリューション提供企業として、PKUパイオニアは80以上のトップクラス鉄鋼メーカーにサービスを提供してきた。VPSA/PSA酸素製造プラントを提供することで、高炉や電気炉向けのコスト効率の高い産業用酸素供給の実現に成功した。また、多くの鉄鋼メーカーがPKUパイオニアの PSA-CO 及び H2プラント を採用し、製鉄所ガスから高純度のCO（95-99.9%）およびH2ガス（最大99.999%）を精製し、エチレングリコール、ギ酸、酢酸、無水酢酸、ブタノール、1-オクタノール、ポリカーボネート、トルエンジイソシアネート（TDI）、ジメチルホルムアミド（DMF）、ジメチルカーボネート（DMC）などの様々な化学品の合成に利用している。豊富なエンジニアリング経験と継続的な革新を通じて、PKUパイオニアは世界の鉄鋼業界のグリーンで持続可能な発展に引き続き貢献していく。