1、新材料研究發(fā)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(yè)界經(jīng)驗(yàn) 鋼廠能源利用與減量技術(shù)介紹,在商言商,產(chǎn)品品質(zhì)(先進(jìn)優(yōu)勢(shì)) 產(chǎn)品價(jià)格(成本、能源後進(jìn)優(yōu)勢(shì)) 客戶服務(wù)(品牌、便利性等),能源成本近年走勢(shì),能源成本(約佔(zhàn)生產(chǎn)成本之15-30%),人類文明的演進(jìn),石器時(shí)代 銅器時(shí)代 鐵器時(shí)代,2008年全球金屬產(chǎn)量 鐵 約 13億噸(其中，不銹鋼2760萬(wàn)噸) 鋁 3942萬(wàn)噸 銅 1848萬(wàn)噸 鎳 150萬(wàn)噸 鈦 30萬(wàn)噸,由此可見(jiàn)，鋼鐵對(duì)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(lái)全球鋼鐵產(chǎn)量成長(zhǎng)趨勢(shì),先進(jìn)國(guó)家：500公

2、斤/人-年,我國(guó)鋼鐵業(yè)粗鋼生產(chǎn)量統(tǒng)計(jì) (2005年),1. 我國(guó)粗鋼生產(chǎn)量1,857萬(wàn)公噸， 其中，一貫作業(yè)鋼廠985萬(wàn)公噸，(53%) 67% 電爐鋼廠872萬(wàn)公噸。 (47%) 33% 粗鋼自給率約72.2% 2. 鋼鐵業(yè)最終能源消費(fèi)為981萬(wàn)公秉油當(dāng)量， 約佔(zhàn)我國(guó)最終能源消費(fèi)之10.3% 。 3. 鋼鐵業(yè)能源使用之CO2排放量， 約佔(zhàn)全國(guó)之11% 。(臺(tái)灣2.7億噸/年),中鋼、中龍、豐興、東和、海光、華新、榮剛等,塗鍍產(chǎn)品,冷軋產(chǎn)品,鋼板,熱軋產(chǎn)品,條鋼線材,主要產(chǎn)品,製程介紹,佔(zhàn)2/3,佔(zhàn)1/3,成本：煤、鐵、廢鋼、能源、設(shè)備、人力、銷售等,原料進(jìn)港,原料堆置,煉鐵高爐,高爐產(chǎn)出鐵水

3、,魚(yú)雷車運(yùn)送鐵水至煉鋼廠,鐵水裝進(jìn)盛銑桶,盛銑桶鐵水倒入轉(zhuǎn)爐煉鋼,熱鋼胚,鋼胚再行加熱準(zhǔn)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(yè)鋼廠， 所投入之能源大部份做為 煉鐵製程反應(yīng)

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(yè)爐，做為冶煉反應(yīng)及維繫其高溫運(yùn)轉(zhuǎn)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(duì)應(yīng)之溫室氣體排放情形,一貫作業(yè)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(yè)爐包括 煉鐵製程-煉焦?fàn)tCoke Oven 燒結(jié)爐Sinter Plant

6、 高爐Blast Furnace 煉鋼製程-轉(zhuǎn)爐LD Furnace 軋鋼製程-加熱爐 Reheating Furnace,題目:臨時(shí)公佈在黑板上,一貫作業(yè)鋼鐵廠與小型鋼鐵廠，在生產(chǎn)製程上，主要有何區(qū)別？ 兩者所消耗能源，主要有何不同？,對(duì)鋼鐵業(yè)者而言 節(jié)能與減碳,一體兩面 密不可分,鋼鐵業(yè)溫室氣體排放，主要以二氧化碳為主； 對(duì)鋼鐵業(yè)者而言，管制溫室氣體排放， 實(shí)際上應(yīng)從降低二氧化碳排放著手。 鋼鐵業(yè)降低二氧化碳排放技術(shù)，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(jìn)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(yīng)燃料電池汽車 或公車 生質(zhì)能及Charcoal-巴西已使用Charcoal高爐製程進(jìn)行煉鐵 Electrolysis-美國(guó)MIT在DOE之經(jīng)費(fèi)贊助下初步已有豐碩之成果,風(fēng)力發(fā)電,太陽(yáng)能發(fā)電,提高能源使用效率,1. 在公司內(nèi)提昇能源使用效率 藉由 加強(qiáng)能源管理 開(kāi)發(fā)先進(jìn)燃燒器提昇燃燒效率 加強(qiáng)廢熱回收與利用 能源平衡分析找尋新節(jié)能機(jī)會(huì) 推行能源節(jié)約專案計(jì)劃 2. 開(kāi)發(fā)新的低能耗製程技術(shù) 3. 進(jìn)行區(qū)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(tǒng) High-cycle Regenerated System (HRS),區(qū)域能源資源整合,與工業(yè)區(qū)

8、內(nèi)臨近友廠互通多餘能源，如：蒸汽、焦?fàn)t氣、電力、氧氣、氮?dú)?、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(chǎn)出之製程副產(chǎn)物，可減少天然資源開(kāi)採(cǎi)及環(huán)境破壞、廢棄物處理時(shí)造成之環(huán)境負(fù)荷及資源加工或使用時(shí)所產(chǎn)生之溫室氣體排放。,節(jié)能目標(biāo),至2010年，以2004年單位粗鋼能耗量為基準(zhǔn) 1. 中長(zhǎng)程廢熱回收計(jì)畫(huà)節(jié)能 2.8% 2. 中長(zhǎng)程新增產(chǎn)線計(jì)畫(huà)增加能耗 -1.7% 3. 各廠處節(jié)能改善計(jì)劃(廢熱回收除外) 2.5% 再節(jié)能 3.6%,經(jīng)過(guò)多年努力，2003年單位粗鋼耗能 ， 較1979年節(jié)能22.4%。,在排放源捕捉二氧化碳,CO2的捕捉方法包括： 化學(xué)/物理吸收(ab

9、sorption)、 吸附(adsorption)、 低溫冷凝以及薄膜分離等 實(shí)際應(yīng)用則常採(cǎi)用化學(xué)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(lái)捕捉CO2。,二氧化碳捕捉方法,耗能!,計(jì)畫(huà)名稱：工業(yè)爐低二氧化碳排放之燃燒技術(shù)建立,CSC參與CO2突破技術(shù)之研究,低二氧化碳排放 燃燒流程示意圖,CO2之運(yùn)送,由CO2運(yùn)送文獻(xiàn)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(yuǎn)及處理量小之CO2輸送，以槽車或船運(yùn)。 美國(guó)自1970年代起，便以Piping輸送CO2經(jīng)過(guò)人煙稀少地區(qū)，至油田進(jìn)行Oil Enhanced Recovery。 一般而言，Piping輸送壓

10、力約為80公斤(已超過(guò)Supercritical Point)，主要是為了避免兩相流動(dòng)。 槽車運(yùn)送，一般使用20公斤壓力且攝氏零下20度之條件輸送。此時(shí)，CO2為氣、液兩相共存。 此一作法，較不符合經(jīng)濟(jì)性，僅適合小量運(yùn)送； CO2送達(dá)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(kāi)車：地上結(jié)冰、打滑,國(guó)際間鋼鐵業(yè)者之節(jié)能減碳技術(shù)研究,埋頭努力 偶爾也要浮出水面 修正方向 加入國(guó)際活動(dòng) 知己知彼 百戰(zhàn)百勝,ULCOS總經(jīng)費(fèi)4500萬(wàn)歐元(自 200403),世界鋼協(xié)之單位鋼品CO2排放減量目標(biāo),美國(guó)University of Utah實(shí)驗(yàn)工場(chǎng),氫能煉鐵技術(shù)開(kāi)發(fā),Fine Iron Ore與H2在不同溫度下之還原率,超過(guò)1300 oC 還原更為快速,AISI結(jié)合12家公司，自2008年6月開(kāi)始進(jìn)行為期3年之Pilot研究 總研究經(jīng)費(fèi)53

12、0萬(wàn)美元,日本鐵鋼聯(lián)盟(JISF)推動(dòng)COURSE50,CO2 Ultimate Reduction in Steelmaking Process by Innovative Technology for Cool Earth 50,藉由創(chuàng)新技術(shù)研發(fā) 至2050年，大幅度降低鋼鐵業(yè)之CO2排放。,計(jì)畫(huà)1. Simultaneous heat recovery and pre-reduction of hot sinter,計(jì)畫(huà)2. CO2 absorption using ammonia solution,計(jì)畫(huà)3. BioSlag utilization for the restoration

13、 of marine environment,計(jì)畫(huà)4. Steel solution for hydrogen production - Steam reforming of COG and waste plastic,計(jì)畫(huà)5. Iron ore reduction using hydrogen-enriched syngas,計(jì)畫(huà)6. Carbon-lean FINEX process,能源回收,二氧化碳捕捉,氣候變遷改善,氫能應(yīng)用,新製程,韓國(guó)POSCO CO2 Breakthrough計(jì)畫(huà)架構(gòu),S. KOREA,Pohang Works,Donghae Gas field 每年可封存10

14、0萬(wàn)噸CO2,船運(yùn)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(xiàng)鋼廠捕捉下來(lái)之CO2 以船運(yùn)或管線輸送至170公里外之 Donghae 油氣田,POSCO 於 2007 年11月與韓國(guó)政府簽訂封存?zhèn)渫?韓鋼 CCS (carbon Capture and Storage),中國(guó)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(dāng)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(yàn)證階段!,98.05.22 中華民國(guó)陶業(yè)學(xué)會(huì),Chemical Looping Combustion,Metal Oxide固體 反應(yīng)性及穩(wěn)定性?,風(fēng)力發(fā)電與環(huán)境 - 風(fēng)力發(fā)電可降低CO2之排放， - 風(fēng)力發(fā)電機(jī)在生命週期內(nèi)所發(fā)出電力能量，可高於其製造、運(yùn)轉(zhuǎn)、維護(hù)等所耗能量之80倍以上。,鋼鐵為相當(dāng)環(huán)保之產(chǎn)品,高強(qiáng)度鋼材與環(huán)境 汽車若使用目前所開(kāi)發(fā)之高強(qiáng)度鋼材 原有車體共可減重約9% ，車子能耗可節(jié)省5.1%。 由生命週期分析結(jié)果顯示， 每部車，可減少2.2公噸CO2排放量。,結(jié) 語(yǔ),一貫作業(yè)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(yīng)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(yè)爐，做為冶煉反應(yīng)及維繫其高溫運(yùn)轉(zhuǎn)所需之原料或燃料使用。,鋼鐵業(yè)節(jié)能減碳技術(shù)，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(jìn)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(shù)開(kāi)發(fā)， 係從能源使用源頭來(lái)著手改善。,提高能源使用效率，則在能源使用過(guò)程中， 提昇燃燒效率、加強(qiáng)廢熱回收、整合區(qū)域能源與資源，讓能源於使用過(guò)程中做最有效地利用， 減低能源消耗量、進(jìn)而降低二氧化碳排放量。 在排放源進(jìn)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(lái)， 扮演二氧化碳終結(jié)者角色，