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中國鋼鐵公司新材料研究發展處能源與空污防制組歐正章98年05月19日,能源科技概論-業界經驗鋼廠能源利用與減量技術介紹,在商言商,產品品質(先進優勢)產品價格(成本、能源後進優勢)客戶服務(品牌、便利性等),能源成本近年走勢,能源成本(約佔生產成本之15-30%),人類文明的演進,石器時代銅器時代鐵器時代,2008年全球金屬產量鐵約13億噸(其中，不銹鋼2760萬噸)鋁3942萬噸銅1848萬噸鎳150萬噸鈦30萬噸,由此可見，鋼鐵對於人類生活之重要性。,Stainless,金字部首法院,韓劇黃帝屈原孔子?,近60年來全球鋼鐵產量成長趨勢,先進國家：500公斤/人-年,我國鋼鐵業粗鋼生產量統計(2005年),1.我國粗鋼生產量1,857萬公噸，其中，一貫作業鋼廠985萬公噸，(53%)67%電爐鋼廠872萬公噸。(47%)33%粗鋼自給率約72.2%2.鋼鐵業最終能源消費為981萬公秉油當量，約佔我國最終能源消費之10.3%。3.鋼鐵業能源使用之CO2排放量，約佔全國之11%。(台灣2.7億噸/年),中鋼、中龍、豐興、東和、海光、華新、榮剛等,塗鍍產品,冷軋產品,鋼板,熱軋產品,條鋼線材,主要產品,製程介紹,佔2/3,佔1/3,成本：煤、鐵、廢鋼、能源、設備、人力、銷售等,原料進港,原料堆置,煉鐵高爐,高爐產出鐵水,魚雷車運送鐵水至煉鋼廠,鐵水裝進盛銑桶,盛銑桶鐵水倒入轉爐煉鋼,熱鋼胚,鋼胚再行加熱準備軋延,熱軋鋼捲,各製程能耗案例,各製程能耗分佈表,高爐煉鐵最低理論能耗值,ReductionfromIronoreFe2O3+3/4CFe+3/4CO2Atomicweight(2x56+3x16)+3/4x1256+3/4(12+32)80+956+33NormalizedtoFe-Atom1.4+0.161+0.59EnergyRequirement(1/3Cper1Fe)O2+CCO232/3+12/344/30.9+0.31.2TheotherReactionFe2O3+2C=2Fe+CO+CO2CO+O2=CO2inthiscase:HotMetal(Fe)1.00Carbon0.44IronOre1.46CO21.57,HotMetal(Fe)1.00Carbon0.46IronOre1.46CO21.70,Whenwegetprimarysteelfromironore,weneedtheoretically0.46,一貫作業鋼廠，所投入之能源大部份做為煉鐵製程反應及下游製程加熱之熱源。所消耗之能源，絕大部份用在上述工業爐，做為冶煉反應及維繫其高溫運轉所需之燃料。,所耗能源種類燃料煤3.79%高爐PCI煤14.30%冶金煤74.45%電力6.17%低硫油0.78%NG柴油及汽油0.49%其他0.02%所耗能源以煤為主,對應之溫室氣體排放情形,一貫作業鋼廠溫室氣體排放，主要以二氧化碳為主。,電爐鋼廠溫室氣體排放(案例),以電力消耗(冶煉及軋延)為主，且溫室氣體主要為CO2。日本電爐鋼廠平均值:0.563tonCO2/ton鋼胚,主要工業爐包括煉鐵製程-煉焦爐CokeOven燒結爐SinterPlant高爐BlastFurnace煉鋼製程-轉爐LDFurnace軋鋼製程-加熱爐ReheatingFurnace,題目:臨時公佈在黑板上,一貫作業鋼鐵廠與小型鋼鐵廠，在生產製程上，主要有何區別？兩者所消耗能源，主要有何不同？,對鋼鐵業者而言節能與減碳,一體兩面密不可分,鋼鐵業溫室氣體排放，主要以二氧化碳為主；對鋼鐵業者而言，管制溫室氣體排放，實際上應從降低二氧化碳排放著手。鋼鐵業降低二氧化碳排放技術，主要包括(1)使用低碳燃料或再生能源、(2)提高能源使用效率、(3)在排放源進行二氧化碳捕捉等。,使用低碳燃料或再生能源,使用Carbon-free能源及還原劑,氫氣-日本NSC已自COG分離出H2供應燃料電池汽車或公車生質能及Charcoal-巴西已使用Charcoal高爐製程進行煉鐵Electrolysis-美國MIT在DOE之經費贊助下初步已有豐碩之成果,風力發電,太陽能發電,提高能源使用效率,1.在公司內提昇能源使用效率藉由加強能源管理開發先進燃燒器提昇燃燒效率加強廢熱回收與利用能源平衡分析找尋新節能機會推行能源節約專案計劃2.開發新的低能耗製程技術3.進行區域能源資源整合,提高能源使用效率策略,蓄熱式高溫空氣燃燒系統High-cycleRegeneratedSystem(HRS),區域能源資源整合,與工業區內臨近友廠互通多餘能源，如：蒸汽、焦爐氣、電力、氧氣、氮氣、氬氣、燃料氣及純水等，減少整體能源使用量及溫室氣體排放。充份利用各工廠產出之製程副產物，可減少天然資源開採及環境破壞、廢棄物處理時造成之環境負荷及資源加工或使用時所產生之溫室氣體排放。,節能目標,至2010年，以2004年單位粗鋼能耗量為基準1.中長程廢熱回收計畫節能2.8%2.中長程新增產線計畫增加能耗-1.7%3.各廠處節能改善計劃(廢熱回收除外)2.5%再節能3.6%,經過多年努力，2003年單位粗鋼耗能，較1979年節能22.4%。,在排放源捕捉二氧化碳,CO2的捕捉方法包括：化學/物理吸收(absorption)、吸附(adsorption)、低溫冷凝以及薄膜分離等實際應用則常採用化學吸收法，主要是利用胺類或各種醇胺類的混合溶劑及添加物來捕捉CO2。,二氧化碳捕捉方法,耗能!,計畫名稱：工業爐低二氧化碳排放之燃燒技術建立,CSC參與CO2突破技術之研究,低二氧化碳排放燃燒流程示意圖,CO2之運送,由CO2運送文獻資料顯示，距離短或處理量大之CO2輸送，以Piping輸送為主。距離遠及處理量小之CO2輸送，以槽車或船運。美國自1970年代起，便以Piping輸送CO2經過人煙稀少地區，至油田進行OilEnhancedRecovery。一般而言，Piping輸送壓力約為80公斤(已超過SupercriticalPoint)，主要是為了避免兩相流動。槽車運送，一般使用20公斤壓力且攝氏零下20度之條件輸送。此時，CO2為氣、液兩相共存。此一作法，較不符合經濟性，僅適合小量運送；CO2送達StorageSite後，需再行加壓，才打入StorageSite貯存。,CO2封存,Reference:Dixon,R.K.,presentationinAPECBusinessandClimateand2ndAsiaRegionClimateandEnergyWorkshops,2005。,CO2CaptureProjects,CO2StorageDemonstrationProjects,OregonState：CraterLake,安全開車：地上結冰、打滑,國際間鋼鐵業者之節能減碳技術研究,埋頭努力偶爾也要浮出水面修正方向加入國際活動知己知彼百戰百勝,ULCOS總經費4500萬歐元(自200403),世界鋼協之單位鋼品CO2排放減量目標,美國UniversityofUtah實驗工場,氫能煉鐵技術開發,FineIronOre與H2在不同溫度下之還原率,超過1300oC還原更為快速,AISI結合12家公司，自2008年6月開始進行為期3年之Pilot研究總研究經費530萬美元,日本鐵鋼聯盟(JISF)推動COURSE50,CO2UltimateReductioninSteelmakingProcessbyInnovativeTechnologyforCoolEarth50,藉由創新技術研發至2050年，大幅度降低鋼鐵業之CO2排放。,計畫1.Simultaneousheatrecoveryandpre-reductionofhotsinter,計畫2.CO2absorptionusingammoniasolution,計畫3.BioSlagutilizationfortherestorationofmarineenvironment,計畫4.Steelsolutionforhydrogenproduction-SteamreformingofCOGandwasteplastic,計畫5.Ironorereductionusinghydrogen-enrichedsyngas,計畫6.Carbon-leanFINEXprocess,能源回收,二氧化碳捕捉,氣候變遷改善,氫能應用,新製程,韓國POSCOCO2Breakthrough計畫架構,S.KOREA,PohangWorks,DonghaeGasfield每年可封存100萬噸CO2,船運CO2,Pipeline,二氧化碳捕捉,以氨水自高爐氣中吸收二氧化碳,二氧化碳封存,自浦項鋼廠捕捉下來之CO2以船運或管線輸送至170公里外之Donghae油氣田,POSCO於2007年11月與韓國政府簽訂封存備忘錄,韓鋼CCS(carbonCaptureandStorage),中國大陸寶山鋼鐵公司,回收排氣中的二氧化碳,利用鋼渣捕捉CO2,15分鐘可完成捕捉,澳洲BluescopeCharcoal研究,所製成Charcoal已在Ladle當增碳劑使用仍未在高爐使用,HECAM:HydrogenEnergywithCarbonMaterialsbyProf.JohnW.Halloran,仍在Concept驗證階段!,98.05.22中華民國陶業學會,ChemicalLoopingCombustion,MetalOxide固體反應性及穩定性?,風力發電與環境-風力發電可降低CO2之排放，-風力發電機在生命週期內所發出電力能量，可高於其製造、運轉、維護等所耗能量之80倍以上。,鋼鐵為相當環保之產品,高強度鋼材與環境汽車若使用目前所開發之高強度鋼材原有車體共可減重約9%，車子能耗可節省5.1%。由生命週期分析結果顯示，每部車，可減少2.2公噸CO2排放量。,結語,一貫作業鋼鐵廠或電爐廠，所投入之能源大部份做為煉鐵製程熔融、還原反應及下游製程加熱之熱源。所消耗之能源，絕大部份用在上述工業爐，做為冶煉反應及維繫其高溫運轉所需之原料或燃料使用。,鋼鐵業節能減碳技術，主要包括(1)使用低碳燃料或再生能源、(2)提高能源使用效率、(3)在排放源進行二氧化碳捕捉等。,其中，使用低碳燃料或再生能源，牽涉到新能源及製程技術開發，係從能源使用源頭來著手改善。,提高能源使用效率，則在能源使用過程中，提昇燃燒效率、加強廢熱回收、整合區域能源與資源，讓能源於使用過程中做最有效地利用，減低能源消耗量、進而降低二氧化碳排放量。在排放源進行二氧化碳捕捉，乃在製程燃燒最末端將排氣中的二氧化碳予以捕捉下來，扮演二氧化碳終結者角色，達到降低