新材料研究发展处

新材料研究發展處-1-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新材料研究發展處-2-在商言商1.產品品質(先進優勢)2.產品價格(成本、能源後進優勢)3.客戶服務(品牌、便利性等)新材料研究發展處-3-能源成本近年走勢年度能源成本932,000942,900953,000963,100976,000能源成本(約佔生產成本之15-30%)新材料研究發展處-4-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?新材料研究發展處-5-近60年來全球鋼鐵產量成長趨勢0200,000400,000600,000800,0001,000,0001,200,0004519505519606519707519808519909520002005先進國家：500公斤/人-年新材料研究發展處-6-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、榮剛等新材料研究發展處-7-塗鍍產品冷軋產品鋼板熱軋產品條鋼線材主要產品新材料研究發展處-8-煤炭鐵礦Limestone助熔劑1.一貫作業鋼廠(IntegratedSteelMill)2.電爐鋼廠(MiniMill-電弧爐)廢鋼DRIronFlux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PelletIronOreLumpPCI製程介紹佔2/3佔1/3成本：煤、鐵、廢鋼、能源、設備、人力、銷售等新材料研究發展處-9-一貫作業鋼廠PowerPlantNG,HeavyOil,CoalIronOreLimestoneOGBoilerCoalCokeOvenCOGBFGLDGSelf-ProducedFuelGasO2PCITorpedocarSinteringPlantOxygenConverter○ContinuousCasterBloomSlabHotRollingElectricPowerColdRollingRe-heatingFurnaceContinuousGalvanizingLineBlastFurnaceContinuousAnnealing&ProcessingLineFinishedProductsCoilCOG新材料研究發展處-10-原料進港新材料研究發展處-11-原料堆置新材料研究發展處-12-煉鐵高爐新材料研究發展處-13-高爐產出鐵水新材料研究發展處-14-魚雷車運送鐵水至煉鋼廠新材料研究發展處-15-鐵水裝進盛銑桶新材料研究發展處-16-盛銑桶鐵水倒入轉爐煉鋼新材料研究發展處-17-熱鋼胚新材料研究發展處-18-鋼胚再行加熱準備軋延新材料研究發展處-19-熱軋鋼捲新材料研究發展處-20-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1.8094.5其他5.06266.5公用設施14.73210.7軋鋼2.04107.5煉鋼55.642930.7高爐9.74513.2燒結10.99578.7煉焦新材料研究發展處-21-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%各製程能耗分佈表新材料研究發展處-22-高爐煉鐵最低理論能耗值ReductionfromIronore½Fe2O3+3/4CFe+3/4CO2Atomicweight½[(2x56+3x16)]+3/4x1256+3/4(12+32)80+956+33NormalizedtoFe-Atom1.4+0.161+0.59EnergyRequirement(1/3Cper1Fe)O2+CCO232/3+12/344/30.9+0.31.2TheotherReactionFe2O3+2C=2Fe+CO+CO2CO+O2=CO2inthiscase:HotMetal(Fe)1.00Carbon0.44IronOre1.46CO21.57HotMetal(Fe)1.00Carbon0.46IronOre1.46CO21.70Whenwegetprimarysteelfromironore,weneedtheoretically0.46新材料研究發展處-23-一貫作業鋼廠，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。新材料研究發展處-24-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%所耗能源以煤為主新材料研究發展處-25-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%新材料研究發展處-26-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)CO2CH4N2OHFCsPFCsSF6A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鋼胚新材料研究發展處-27-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:臨時公佈在黑板上新材料研究發展處-28-一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？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、燃料電外購燃料新材料研究發展處-29-對鋼鐵業者而言節能與減碳一體兩面密不可分新材料研究發展處-30-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。新材料研究發展處-31-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率能源管理燃燒效率電使用低碳燃料或再生能源提高能源使用效率在排放源進行二氧化碳捕捉新材料研究發展處-32-使用低碳燃料或再生能源新材料研究發展處-33-使用Carbon-free能源及還原劑1.氫氣--日本NSC已自COG分離出H2供應燃料電池汽車或公車2.生質能及Charcoal--巴西已使用Charcoal高爐製程進行煉鐵3.Electrolysis--美國MIT在DOE之經費贊助下初步已有豐碩之成果新材料研究發展處-34-新材料研究發展處-35-新材料研究發展處-36-風力發電太陽能發電新材料研究發展處-37-提高能源使用效率新材料研究發展處-38-1.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新材料研究發展處-39-CombustionchamberCombustionAirHeatstorageHRSBurnerWasteGasFuelSolenoidValve蓄熱式高溫空氣燃燒系統High-cycleRegeneratedSystem(HRS)新材料研究發展處-40-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。新材料研究發展處-41-新材料研究發展處-42-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%。新材料研究發展處-43-在排放源捕捉二氧化碳新材料研究發展處-44-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!!!!新材料研究發展處-45-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突破技術之研究新材料研究發展處-46-低二氧化碳排放燃燒流程示意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新材料研究發展處-47-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。新材料研究發展處-48-CO2封存Reference:Dixon,R.K.,presentationinAPECBusinessandClimateand2ndAsiaRegionClimateandEnergyWorkshops,2005。UnmineableCoalBedsDeepSalineAquifierDepletedOilorGasReserves突破性技術海洋封存EnhancedOilRecoveryCO2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)新材料研究發展處-49-CO2CaptureProjects新材料研究發展處-50-CO2StorageDemonstrationProjectsOregonState：CraterLake安全開車：地上結冰、打滑新材料研究發展處-51-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新材料研究發展處-52-世界鋼協二氧化碳突破活動歐盟ULCOSAISIJapanJISFKoreanPOSCO中國鋼鐵公司