固固反応の促進による低品位鉱石の高速還元と低品位炭からの高効率エネルギー生産

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23360348
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 三浦 孝一 京都大学, エネルギー理工学研究所, 特任教授 (40111942)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 蘆田 隆一 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80402965) ; 河瀬 元明 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60231271)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2014-03-31
• Keywords: 固固反応 / 低品位鉱石 / 低品位炭 / 還元反応 / ガス化反応

Research Abstract

本研究は、我が国のエネルギー消費量の大きな部分を占める製鉄業高炉プロセスの高効率化を目指し、同プロセスで起こる反応のうち極めて速度の遅い、鉄鉱石を炭材で直接還元する固固反応を、工業的に実現可能な方法で促進することを目的としている。固固反応を促進するためには固体-固体間の反応界面積を増大させる必要があり、その方法として、加熱すると分解により結晶水が脱離しナノサイズの細孔が形成される低品位鉄鉱石に多く含まれるFeO(OH)の性質を利用し、鉄鉱石に形成された細孔に低品位炭やバイオマス由来の熱可塑性炭材を多量に挿入する方法を提案した。昨年度までに、炭材と鉄鉱石の固体-固体間の反応界面積を増大させるための前処理工程に関係する、低品位鉄鉱石の脱水反応に伴うナノ細孔形成挙動の検討、低品位炭やバイオマスから改質により原料炭材を製造する過程における諸条件の影響の検討、炭材をナノ細孔内に挿入する方法の検討を行った。また、炭材が細孔に挿入された鉄鉱石の還元、ガス化実験を実施し、その基本的な反応挙動を明らかにした。今年度は、実プロセスへの適用を見据え、まず、炭材と鉄鉱石間の反応界面積を増大させるための前処理工程をより効率的かつ簡便に行う操作の開発を進めた。低品位炭、バイオマス由来の改質（抽出）物や、重質油などの熱可塑性炭材を用いた時には、単純な物理混合状態で加熱することで低品位鉄鉱石に発達した細孔へ炭材を挿入することができ、比較的低温において低品位鉄鉱石を還元できるが、熱可塑性を示さない低品位炭のような炭材でも、前処理として350℃程度での熱間成型あるいは溶剤処理を施すことで接触性を向上させ、還元反応を促進できることがわかった。一方、炭材が細孔に挿入された鉄鉱石の還元、ガス化実験、および速度解析を実施し、実プロセスの設計で重要となる間接還元反応、直接還元反応、触媒ガス化反応の速度式を決定した。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。