新材料研究发展处ppt课件

1、中國鋼鐵公司新资料研讨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(本钱、能源後進優勢)客戶服務(品牌、便利性等)能源本钱近年走勢年度能源成本932,000942,900953,000963,100976,000能源本钱(約佔生產本钱之15-30%)人類文明的演進石器時代銅器時代鐵器時代2021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

2、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. 鋼鐵業能源运用之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煤炭鐵礦Limestone 助熔劑1. 一貫作業鋼廠(Integrated Steel Mill)2. 電爐鋼廠

3、(Mini Mill- 電弧爐)廢鋼DR IronFlux軋延最終產品鋼胚電爐煉焦爐燒結機高爐煉鋼軋延最終產品鐵水鋼胚PelletIron Ore LumpPCI製程介紹佔2/3佔1/3本钱：煤、鐵、廢鋼、能源、設備、人力、銷售等一貫作業鋼廠Power PlantNG, Heavy Oil, CoalIron OreLimestoneOG BoilerCoalCoke OvenCOGBFGLDGSelf-ProducedFuel GasO2PCITorpedo carSintering PlantOxygen ConverterContinuous CasterBloomSlabHot Rol

4、lingElectric PowerCold RollingRe-heating FurnaceContinuous Galvanizing Line Blast FurnaceContinuous Annealing & Processing LineFinishedProductsCoilCOG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202.2冷軋363.0775.9熱軋鋼板百分比%Mcal/tcs項目1.80 94.5其他5.06266.5公用設施14.73210.7軋鋼2.04107.

5、5煉鋼55.642930.7高爐9.74513.2燒結10.99578.7煉焦高爐55.64%其他1.80%公用設施5.06%軋鋼14.73%煉焦10.99%燒結9.74%煉鋼2.04%總能耗100%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 + 3/4CO2Atomic weight (2x56+3x16) + 3/4x12 56 + 3/4 (12+32) 80 + 9 56 + 33Normalized to Fe-Atom 1.4 + 0.16 1 + 0.59 Energy Requirement ( 1/3

6、C per 1 Fe) O2 + C CO2 32/3 + 12/3 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) 1.00Carbon 0.46 Iron Ore 1.46CO2 1.70When we get primary steel from iron ore, we need theoreticall

7、y0.46一貫作業鋼廠，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。所耗费之能源，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。CO299.81%CH40.01%N2O0.15%CFC0.03%Sub-Total100.00%工廠名稱主要排放源佔全廠比例(%)6大溫室氣體排放佔全廠排放比例(%)排放強度(噸/公噸鋼胚)CO2CH4N

8、2OHFCsPFCsSF6A鋼鐵電力71.5197.100.052.720.000.000.000.543 重油14.96製程排放12.01B鋼鐵電力59.9297.200.092.360.000.000.000.597 重油20.54製程排放13.23電爐鋼廠溫室氣體排放(案例)以電力耗费(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 高爐Blast Furnace煉鋼製程-轉爐LD Furnace軋鋼製程-加熱爐 Reheating Furnace題目

9、: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？兩者所耗费能源，主要有何不同？主要製程設備主要能耗一貫作業鋼鐵廠煉焦爐燒結爐(機)高爐軋鋼加熱爐煤、自產燃氣煤、自產燃氣煤自產燃氣燃料小型鋼鐵廠電弧爐精煉爐軋鋼加熱爐電、氧氣、燃料電外購燃料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，控制溫室氣體排放，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) 运用低碳燃料或再生能源、(2) 提高能源运用效率、(3) 在排放源進行二氧化碳捕捉等。廢氣(污染防制)油氣煤廢棄物熱 源廢熱回收廢棄物處理熱傳效

10、率能源管理燃燒效率電运用低碳燃料或再生能源提高能源运用效率在排放源進行二氧化碳捕捉运用低碳燃料或再生能源运用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-巴西已运用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运用效率1. 在公司內提昇能源运用效率 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运用效率战略

11、Combustion chamberCombustion AirHeat storageHRS BurnerWaste GasFuelSolenoid Valve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，減少整體能源运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、廢棄物處理時呵斥之環境負荷及資源加工或运用時所產生之溫室氣體排放。節能目標至2021年，以2004年單位粗鋼能耗量為基準1. 中長程廢熱回收計

12、畫節能 2.8%2. 中長程新增產線計畫添加能耗 -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!目的研究建立結合富氧燃燒、廢氣再循環及煙道氣捕捉二氧化碳之低二氧化碳排放燃燒技術目標建立有利於煙道氣CO2捕捉之富氧燃燒及廢氣再循環技術建立結合富氧燃燒及廢氣再循環

13、之煙道氣CO2捕捉系統及技術應用各式燃燒爐計畫名稱：工業爐低二氧化碳排放之燃燒技術建立CSC參與CO2突破技術之研讨低二氧化碳排放 燃燒流程表示圖燃料氧氣或空氣燃燒爐CO2H2O廢氣再循環(主要為CO2、H2O)煙囪CO2捕捉示範廠三號高爐熱風爐成大實驗爐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。普通而言，Piping輸送壓力約為80公斤(已超過Supercritical Point

14、)，主要是為了防止兩相流動。槽車運送，普通运用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。UnmineableCoal BedsDeep SalineAquifierDepleted Oilo

15、r Gas Reserves突破性技術海洋封存EnhancedOil RecoveryCO2捕捉技術 + 燃燒程序改善整合地質封存封存潛能調查與功能評估技術封存監測與驗證技術環境影響?地表封存封存設施建構技術(生物、化學捕獲封存技術)CO2 Capture ProjectsCO2 Storage Demonstration ProjectsOregon State： Crater Lake平安開車：地上結冰、打滑國際間鋼鐵業者之節能減碳技術研讨埋頭努力偶爾也要浮出水面修正方向参与國際活動知己知彼 百戰百勝世界鋼協二氧化碳突破活動歐盟ULCOSAISIJapan JISFKorean POSCO

16、中國鋼鐵公司區域性尚未全球性開放Equipment manufacturersInstitutesSMEsUniversitiesSteelEnergy, OxygenULCOS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0.00.51.01.52.02.5200020202040206020802100高爐應用突破技術平均值(含EAF)短期解決方案技術改善tonCO2/tcs落實突破技術0.90.8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

17、家公司，自2021年6月開始進行為期3年之Pilot研讨總研讨經費530萬美圆日本鐵鋼聯盟(JISF)推動COURSE50CO2UltimateReductionin Steelmaking Processby Innovative Technologyfor 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 utilizat

18、ion for the restoration 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. KOREAPohang WorksDonghae Ga

19、s field每年可封存100萬噸CO2 船運CO2Pipeline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 寶山鋼鐵公司利用鋼渣吸附每噸鋼渣可吸附200公斤每年可吸附22萬噸二氧化碳自石灰窯排氣吸收預計吸收1萬頓二氧化碳回收排氣中的二氧化碳利用鋼渣捕捉CO215分鐘可完成捕捉澳洲Bluescope Charcoal研讨所製成Charcoal已在Ladle當增

20、碳劑运用仍未在高爐运用HECAM: Hydrogen Energy with Carbon Materialsby Prof. John W. Halloran仍在Concept驗證階段!CHx x 4 for natural gasx 2 for petroleumx 0.7 for coalFossil FuelsHydrogen for clean fuelCarbon Material for ConstructionPyrolysisCarbon Materials用量還是有限大部份Fossil Fuel僅运用其Hydrogen如總能源需求未降低，站在能源利用的角度來看Fossil Fuel用量勢必須添加。Questions:98.05.22中華民國陶業學會Chemical Looping CombustionMetal 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