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1、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

2、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

3、,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,Reduction from Iron ore Fe2O3 + 3/4C Fe + 3/4CO2 Atomic weight (2x56+3x16) + 3/4x12 56 + 3/4 (12+32) 80 + 9 56 + 33 Normalized to Fe-Atom 1.4 + 0.16 1 + 0.59 Energy Requirement ( 1/3 C per 1 Fe) O2 + C CO2 32/3 + 12/3

4、44/3 0.9 + 0.3 1.2 The other Reaction Fe2O3 + 2 C = 2 Fe + CO + CO2 CO + O2 = CO2 in this case : Hot Metal (Fe) 1.00 Carbon 0.44 Iron Ore 1.46 CO2 1.57,Hot Metal (Fe) 1.00 Carbon 0.46 Iron Ore 1.46 CO2 1.70,When we get primary steel from iron ore, we need theoretically0.46,一貫作業鋼廠， 所投入之能源大部份做為 煉鐵製程反應

5、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: 0.563 ton CO2/ton鋼胚,主要工業爐包括 煉鐵製程-煉焦爐Coke Oven 燒結爐Sinter Plant

6、 高爐Blast Furnace 煉鋼製程-轉爐LD Furnace 軋鋼製程-加熱爐 Reheating Furnace,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,

7、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-cycle Regenerated System (HRS),區域能源資源整合,與工業區

8、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(ab

9、sorption)、 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Oil Enhanced Recovery。 一般而言，Piping輸送壓

10、力約為80公斤(已超過Supercritical Point)，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Storage Site後，需再行加壓，才打入Storage Site貯存。,CO2封存,Reference: Dixon, R. K., presentation in APEC Business and Climate and 2nd Asia Region Climate and Energy Workshops, 2005。,CO2 Capture Pro

11、jects,CO2 Storage Demonstration Projects,Oregon State： Crater Lake,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University of Utah實驗工場,氫能煉鐵技術開發,Fine Iron Ore與H2在不同溫度下之還原率,超過1300 oC 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53

12、0萬美元,日本鐵鋼聯盟(JISF)推動COURSE50,CO2 Ultimate Reduction in Steelmaking Process by Innovative Technology for Cool Earth 50,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. Simultaneous heat recovery and pre-reduction of hot sinter,計畫2. CO2 absorption using ammonia solution,計畫3. BioSlag utilization for the restoration

13、 of marine environment,計畫4. Steel solution for hydrogen production - Steam reforming of COG and waste plastic,計畫5. Iron ore reduction using hydrogen-enriched syngas,計畫6. Carbon-lean FINEX process,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POSCO CO2 Breakthrough計畫架構,S. KOREA,Pohang Works,Donghae Gas field 每年可封存10

14、0萬噸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 (carbon Capture and Storage),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Bluescope Charcoal研究,所製成Charcoal 已在Ladle當增碳劑使用 仍未在高爐使用,HECAM: Hydrogen Energy with Carbon Mater

15、ials by Prof. John W. Halloran,仍在Concept驗證階段!,98.05.22 中華民國陶業學會,Chemical Looping Combustion,Metal Oxide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

16、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，