Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství Katedra metalurgie a slévárenství BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Transkript

1 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství Katedra metalurgie a slévárenství BAKALÁŘSKÁ PRÁCE 2018 Aleš Zaoral

2

3

4

5

6 PODĚKOVÁNÍ Rád bych poděkoval doc. Ing. Pavlíně Pustějovské, Ph.D. za cenné rady, věcné připomínky a vstřícnost při konzultacích a vypracování bakalářské práce.

7 ABSTRAKT Tato práce je zaměřena na výrobu surového železa za snížení emisí CO 2. V úvodní části této práce jsou uvedeny teoretické poznatky výroby surového železa a jeho další procesy. Následující část představuje rozbor literárních poznatků zahraničních autorů, kteří se také zabývali optimalizací výroby surového železa s ohledem na dopad na životní prostředí. Minimalizace produkce CO 2 v hutním průmyslu však nespočívá pouze ve využití náhradních paliv, ale zahrnuje mnohem širší škálu možných opatření. KLÍČOVÁ SLOVA Vysoká pec, surové železo, životní prostředí, optimalizace výroby, snížení emisí CO 2 ABSTRACT This work is focused on the production of pig iron to reduce CO 2 emissions. In the introductory part of this thesis are presented the theoretical knowledge of the production of pig iron and its further processes. The following section analyzes the literature of foreign authors, who also dealt with the optimization of pig iron production with regard to the impact on the environment. However, minimizing CO 2 production in the metallurgical industry does not only consist in the use of substitute fuels but involves a much wider range of possible measures. KEYWORDS Blast furnace, pig iron, environment, production optimization, CO 2 reduction

8 Obsah Úvod ANALÝZA LITERÁRNÍCH POZNATKŮ K MOŽNOSTEM OPTIMALIZACE PROCESU VÝROBY ŽELEZA Z POHLEDU SNÍŽENÍ EMISÍ CO Technologie výroby surového železa Hodnocení energetické účinnosti při výrobním procesu Optimalizace produkce vysokých pecí EMISE CO 2 V METALURGII Analýza tvorby emisí CO Současné přístupy ke snižování emisí CO 2 v oblasti metalurgie Charakteristika jednotlivých opatření Možná opatření v oblasti paliv Injektáž plynu do vysoké pece Využití biomasy ve vysoké peci Opatření v oblasti ovlivnění procesu SROVNÁNÍ JEDNOTLIVÝCH OPATŘENÍ Srovnání vysoké kyslíkové pece a běžné vysoké pece Srovnání vysoké pece a alternativních pochodů Závěr Použitá literatura SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM TABULEK metalurgie a slévárenství, VŠB TU Ostrava, 2018

9 1 ÚVOD Surové železo je jedním z hlavních produktů metalurgické výroby. Výroba surového železa je proces, který velmi zatěžuje životní prostředí, hlavně z toho důvodu, že k výrobnímu procesu musíme přiřadit kromě výrobního agregátu pro výrobu surového železa i výrobní procesy, které vytváří produkty pro vsázku do vysoké pece, jako je aglomerát a koks. Surové železo se používá hlavně jako výchozí surovina pro výrobu oceli a litiny. Celková spotřeba energie při výrobě oceli je přibližně 20 GJ. t -1 oceli. Výroba železa v každé zemi má vliv na globální oteplování, které je v dnešní době velmi diskutované téma. Mezinárodní spolupráce se zasloužila o to, že vešel v planost kvótový mechanismus (Kjótský protokol) z celosvětového hlediska, který sleduje uvolňování CO 2 emisí v závislosti na produktivitě výroby. Metalurgický průmysl je velkým spotřebitelem energie ve výrobním sektoru. Oxid uhličitý z ocelářského průmyslu představuje přibližně 5-7% celkové antropogenních emisí CO 2. Množství emisí CO 2 vzrůstá s rostoucí produkcí oceli ve světě. Prioritou je především snížit specifické množství CO 2.

10 2 1. ANALÝZA LITERÁRNÍCH POZNATKŮ K MOŽNOSTEM OPTIMALIZACE PROCESU VÝROBY ŽELEZA Z POHLEDU SNÍŽENÍ EMISÍ CO 2 Vysokopecní výroba surového železa se neustále rozvíjí. Požadavky současnosti kladené na práci vysokých pecí, zahrnují snižování energetické náročnosti výroby a současně maximálně možnou eliminaci ekologických dopadů výroby na životní prostředí. [1] V současné době je velmi aktuální a důležitá otázka snižování emisí CO 2. Metalurgie je významným producentem nejen emisí uhlíku ve formě CO 2 do atmosféry ale zároveň i dalších, tzv. sklenikových plynů. Neustálým uvolňováním stále většího množství skleníkových plynů se neustále narušuje rovnováha mezi dopadající a vyzařenou energii, což vede ke zvýšovaní průměrné teploty na Zemi. Hutní průmysl, jako součást průmyslového sektoru se po energetickém sektoru a dopravě se nejvíc podílí na tvorbě emisí oxidu uhličitého. V Číně se vyprodukuje až 27% celkových emisí CO 2, v USA 18% a v EU 13%.[2] Spálením 1 kg černého uhlí vznikne 2,56 kg CO 2, spálením 1 kg motorové nafty se uvolní 3,12 kg CO 2 a spálením 1 m 3 zemního plynu vznikne 2,75 kg CO 2. I když za posledních 30 let došlo ke snížení emisí v metalurgii, neustále se zvyšuje objem výroby oceli v celosvětovém měřítku a z tohoto důvodu emise CO 2 se daří snižovat jen pomalu. Výraznějšího posunu v této oblasti lze dosáhnou v rámci výzkumu a vývoje nových technologií nebo inovací energetické a surovinové základny dnešních metalurgických technologií. [2] V Japonsku se podle Kjótského protokolu zaměřují na 10,5% snížení emisí skleníkových plynů.[2] Japonský ocelářský průmysl disponuje pokročilými technologiemi pro úsporu energie v ocelářském odvětví a již zahájil realizaci studií a transfer technologií zaměřených na šetření energie. Snížení emisí chtějí dosáhnout pomocí integrovaných oceláren, což jsou velmi složité systémy, ve kterých se obrovské množství uhlí a jiných fosilních paliv, která jsou potřebná pro proces výroby železa, spotřebovávají jako redukční činidlo a palivo. Plyny pocházející z procesu výroby železa jsou dodávány do následných procesů, jako energie Zejména kvůli vysokým cenám energií v Japonsku integrované ocelárny aktivně zaváděly zařízení pro úsporu energie a dosáhly energetické soběstačnosti v ocelárnách. Vzhledem k tomu, že spotřeba redukčních činidel v předcházejícím procesu je

11 3 hlavním přínosem uhlíku v integrovaných ocelářských závodech, snížením spotřeby redukčních činidel je základním opatřením ke snížení emisí CO 2. Další úspora energie spočívá i v následovném využití odpadů, např. odpadní plasty, jsou nyní částečně spáleny, ale jsou také metody, které využívají tyto odpady jako redukční činidla v ocelárnách. Jedná se o koncepci, která se zaměřuje na snížení emisí CO 2. Kromě odpadního plastu lze předpokládat i další rozšíření této metody, například při využití biomasy a dalších látek neutrálních z hlediska uhlíku. Obecně je snížení emisí CO 2 v ocelárnách vysvětlováno jako snížení poměru redukčního činidla ve vysoké peci. [3] V posledních letech výroba surové oceli v Japonsku dosáhla díky rychlému růstu přes 110 milionů tun v asijských zemích. [3]S touto vysokou produkcí snížení emisí CO 2 stagnuje, přestože byl v Japonsku v minulosti realizován akční program pro ochranu životního prostředí, jehož cílem byli snížení emisí CO 2 o 10,5% nižší než v roce 1990, jak je uvedeno na obr. 1. Obr. 1. Skutečné a cílové emise CO 2 v japonském ocelářském průmyslu [3] 1.1 Technologie výroby surového železa Surové železo je jedním z hlavních produktů metalurgické výroby, vyrábí se v agregátu, který se nazývá vysoká pec. Skládá se z několika částí: sazebna, šachta, rozpor, sedlo a nístěj, jak je vidět na obr. 2.

12 4 Obr. 2. Schéma vysoké pece [3] Profil vysoké pece a její rozměry jsou přizpůsobeny technologii procesu. Spodní válcová část profilu se nazývá nístěj, zde se shromažďuje surové železo a struska, ty se periodicky vypouštějí odpichovými otvory. Do horní části nístěje zasahuji výfučny, kterými se dmýchá horký vítr a náhradní paliva. Na nístěj navazuje sedlo, to má tvar komolého kužele, tento tvar sedla zabezpečuje odklon žhavých plynů z oxidačních prostor od pecní vyzdívky. Pozvolný přechod sedla do části šachty zabezpečuje rozpor. Nejobjemnější časti u vysoké pece je šachta, kde probíhá předehřev surovin, rozklad uhličitanů, nepřímá redukce a je pro ni typická kohezivní zóna. Sazebna je umístěna v horní části pece a slouží ke vsázení surovin a odvodu sazebního plynu. [4] Hlavní suroviny pro vysokopecní vsázku tvoří ruda, struskotvorné přísady a vysokopecní koks. Rudnou část vsázky tvoří železné rudy a její koncentráty, manganové rudy a další různé druhy odpadů, které obsahují železo. Rudná část vsázky je do vysoké pece vsázena v upravené kusové formě: jako aglomerát, nebo pelety.

13 5 Mezi struskotvorné přísady přecházející do strusky patří např. vápenec a dolomit. Tyto přísady mají za úkol zabezpečit vznik vysokopecní strusky s optimálním chemickým složením a technologickými vlastnostmi. Další nedílnou součástí vysokopecní vsázky je palivo, kterým je z největší části vysokopecní koks. Koks ve vysoké peci plní úlohu paliva, ale také má funkci redukovadla, nauhličovadla a funkci nosné kostry. Koks je také někdy nahrazován různými dalšími palivy, jako jsou: oleje, zemní plyn a dehet Vysoká pec se zaplňuje střídavě vrstvami železné rudy a koksu, které jsou obsaženy ve vsázce. Po dobu vysokopecního procesu, se železná ruda a redukční činidla (vysokopecní koks, uhlí) mění na surové železo a hlušina přechází do strusky. Tekuté surové železo a tekutá struska se nemísí a zůstávají odděleny, struska plave na povrchu hustějšího železa. Železo je potom oddělené od strusky při odpichu.[4] Důležitým procesem při výrobě surového železa je vhánění horkého vzduch přes výfučny. Výfučny jsou chlazené měděné trubky, které jsou konického tvaru, v počtu do 12 kusů u menších pecí a v počtu 42 ve větších pecích. Části vysoké pece přináší obr.3. Obr. 3. Části a zóny ve vysoké peci [5]

14 6 Pomocí nich se do vysoké pece vhání předehřátý vzduch (vysokopecní vítr). Horký vzduch zplyňuje redukční složky v peci, kterými jsou koks a také pomocné látky, které se do vysoké pece vhání přes výfučny (viz. obr. 3). Při tomto procesu se kyslík ze vzduchu mění na plynný oxid uhelnatý. Koks se spotřebovává jak na finální redukci oxidu železa a tak zároveň dochází k rozpouštění uhlíku v surovém železe tzn. nauhličení. Tekuté surové železo se následně přepravuje do ocelárny, kde probíhá zkujňování surového železa tím, že se z něho odstraňují prvky jako je síra, křemík, uhlík, mangan a fosfor. Kvalitní výkon ocelárny je podmíněný stálou kvalitou vsázky, to znamená surového železa s danou specifikací. Typická specifikace požaduje obsah křemíku okolo 0,3% až 0,7%, obsah manganu mezi 0,2% až 0,4%, fosfor v rozmezí 0,06% do 0,08%.[5] 1.2 Hodnocení energetické účinnosti při výrobním procesu Průmysl výroby železa a oceli je typický vysokou spotřebou energie a vysokým znečištěním životního prostředí. Proto je zlepšení energetické účinnosti v tomto odvětví velmi důležité. V Číně byl vyvinut modulární systém hodnocení energetické účinnosti pro výrobní proces výroby železa a oceli.[6] Cílem bylo definovat možnosti úspory energie při výrobě železa a oceli, zejména možné metody hodnocení a indexy energetické účinnosti. Celý proces výroby železa a oceli je rozdělen do tří úrovní a je pro něj navržen vícestupňový index energetické účinnosti. Ve spojení s modelem výpočtu spotřeby energie a výrobními charakteristikami výroby železa a oceli byl vyvinut software pro vyhodnocování a optimalizaci energetické účinnosti. Pomocí softwaru lze identifikovat důvody nízké energetické účinnosti a poskytnout systémová řešení pro optimalizaci energetické účinnosti, která zvýší úsporu energie a sníží emise, dále lze snižovat náklady a zvyšovat přínos pro metalurgické agregáty. Celý proces výroby železa a oceli se skládá z přípravných procesů rud a paliv, procesu výroby vysokopecního železa a systému výroby oceli (který se skládá z několika procesů). Rozdělení systému je přínosné pro podnik, aby byla identifikována úroveň spotřeby energie v různých výrobních oblastech a vhodné pro interní řízení podniku, zejména pro systém s více výrobními režimy. Na obr. 4., je znázorněn modul procesu výroby železa, ve vysokých pecích.[6]

15 7 Obr. 4. Proces výroby železa a oceli [6] Když je systém rozdělen na procesy, je třeba, aby se mezi procesy uskutečňovalo "bezproblémové připojení", bez chybějícího, nebo opakovaného obsahu. Tento proces by mohl být použit jako nezávislý modul pro hodnocení energetické účinnosti.[6] 1.3 Optimalizace produkce vysokých pecí Vysoká pec představuje dominantní výrobní proces pro tekutou výrobu surového železa po celém světě a jeden z hlavních energeticky náročných procesů. Moderní výzkum v této oblasti se zaměřuje na zvýšení produktivity závodů prostřednictvím úspor energie a snížení emisí skleníkových plynů. Produktivita se řídí především relevantními vstupními parametry, jako jsou poměry materiálů, vlastnosti materiálů a provozní podmínky. Všechny vstupní parametry a jejich variace byly analyzovány a optimalizovány ve studii [7] tak, aby se zvýšila produktivita závodů a snížily emise skleníkových plynů. Analýzy kvality surovin byly do značné míry zohledněny zejména s ohledem na kvalitu aglomerátu a koksu. Bylo prokázáno, že redukovatelnost surovin významně ovlivňuje účinnost zařízení. Studie navrhuje nová řešení ve všech procesech s cílem zlepšit produktivitu

16 8 a snížit nebezpečné emise. Byl zkoumán vliv přesně dávkovaných provozních parametrů na produktivitu výroby a emise skleníkových plynů. Ve studii bylo zjištěno několik zlepšení účinnosti, pokud jde o snížení koksu, produktivitu a emise CO 2, viz. tab. 1. Tabulka 1. Srovnání spotřeby koksu vedoucí k maximalizaci produktivity ve vysoké peci a minimalizaci emisí CO 2 [7] Mezi hlavními provozními parametry vysoké pece, produktivitou a emisemi CO 2 byly definovány vztahy. Z obecného hlediska přesné dodržování všech hlavních parametrů zpracování surovin ve vysoké peci vede ke snížení emisí a k dobrým výrobním produktivitám.[7] V podstatě snížení množství uvolněných emisí CO 2 závisí na různých parametrech, jako je zlepšení účinnosti šachty, regulace tepla ve vysoké peci, kontrola rovnováhy FeO / Fe, kyslíkové bilance atd. Emise CO 2 se výrazně snižují s poklesem spotřeby koksu a nízkou spotřebou aglomerátu. Nakonec je možné zdůraznit důležitý vztah mezi poměrem spotřeby aglomerátu / koksu, emisemi CO 2 a produktivitou vysoké pece. Ve skutečnosti všechny hlavní vstupní parametry ovlivňují emise CO 2, především spotřeba koksu a aglomerátu, jak ukazuje obr. 5.

17 9 Obr. 5. Vliv spotřeby koksu a aglomerátu na emise CO 2 [7] Vztah mezi poměrem spotřeby aglomerátu / koksu, emisemi CO 2 a produktivitou vysoké pece ukazuje obr. 6. Při velmi nízké spotřebě aglomerátu a nízké spotřebě koksu je zřetelná nízká úroveň emisí CO 2. Zvýšením tohoto poměru se hodnota emisí začíná zvyšovat spolu s poklesem vysokopecní produktivity.[7] Obr. 6. Vliv spotřeby aglomerátu/koksu na množství emisí CO 2 a vysokopecní produkci [7] V rámci studie vlivu změn provozních parametrů na produktivitu závodu a emise skleníkových plynů byla definována hlavní oblast, a sice oblast snížení spotřeby koksu. V této lze, jak bylo doloženo výsledky studie, při snížení spotřeby koksu dojít ke zlepšení účinnosti vysokopecního pochodu a také snížení emisíco 2.[7]

18 10 2 EMISE CO 2 V METALURGII Vysoká pec je hlavním výrobním agregátem pro výrobu surového železa. Problém globálního oteplování obecně souvisí především s emisemi CO 2. V integrovaných metalurgických podnicích existují různé možnosti snížení množství redukčního činidla ve vysoké peci, avšak je třeba upřednostnit způsob, který by zároveň snižoval emise CO 2 a také s ohledem na energetickou bilanci a úsporu energie. Injektáž odpadních plastů a dalších materiálů, jako je biomasa, je dobrou alternativou. [8] V blízké budoucnosti se předpokládá zaměření pozornosti na vodík jako čistý zdroj energie i v metalurgii. Pokud jde o kyslíkovou vysokou pec a procesy tavné redukce, možnost snižování emisí CO 2 závisí na optimální konstrukci systému, včetně vnějších procesů.[8] V blízké budoucnosti bude výroba oceli i nadále založena na cestě vysoká pec - konvertor a i nadále vysoká pec bude stále představovat základní jednotku pro proces výroby surového železa. Kromě toho systém výroby surového železa zahrnující vysokou pec, aglomerační a koksárenské procesy je jedním z nejdůležitějších faktorů v rámci integrované výroby oceli z hlediska spotřeby energie a zatížení životního prostředí. Meziroční pokles emisí skleníkových plynů byl v ČR pátý nejvyšší mezi zeměmi EU27, pokles emisí skleníkových plynů o 27,5 % od roku 1990 představuje více než dvojnásobný pokles oproti poklesu emisí v celé EU27 (o 11,3 %). Prognózu emisí vybraných skleníkových plynů přináší tab.2.[9] Tab. 2. Prognóza emisí vybraných skleníkových plynů (mil. t CO 2, ekv. ).[9] CO 2 159,8 118,7 119,6 95,4 89,8 81,3 CH 4 18,5 12,2 11,7 6,6 5,9 5,7 N 2 O 11,9 7,6 7,6 7,6 7,3 6,8 Ostatní 0,1 0,4 0,7 0,8 0,8 0,8 Celkem 190,3 138,9 139,6 110,5 104,0 94,8 V rámci České republiky se k územním celkům s rozvinutým hutnictvím řadí Moravskoslezský kraj, který je stále zaměřen na těžbu černého uhlí, zpracovávaného koksovnami na koks pro vysoké pece. Transformace těženého uhlí, produkci a užití koksu znamená produkci koksárenského, vysokopecního a konvertorového plynu. Výroba surového železa a oceli je hlavním spotřebitelem energie. [10]

19 11 Vyhodnocení zdrojů emisí CO 2 v oblasti kraje lze provést v hrubém nástinu. Přehled zdrojů emisí CO 2 v Moravskoslezském kraji přináší obr. 7., je zde zřejmý výrazný podíl, který v kraji představuje obor výroby a zpracování kovů.[10] Výroba a zpracování kovů Podniková energetika Koks-Báňské koksovny 1% 1% 3% 2% Veřejná energetika Chemická výroba Vápno, sklo, celulóza, keramika 25% 68% Obr. 7. Zdroje emisí CO 2 v MSK[10] 2.1 Analýza tvorby emisí CO 2 Co se týče uhlíku, který je spotřebován při výrobě železa, v rámci celého cyklu je množství emisí CO 2 z tohoto procesu znázorněno na obr. 8. Obr. 8. Emise CO 2 z procesu přípravy a výroby železa [10]

20 12 Kromě obsahu CO 2 ve vysokopecním plynu, tj. uhlíku použitém při redukci železné rudy, emise také zahrnují CO 2 z spotřebované energie jiných zařízeních v dalších procesech, například koksovny, aglomerace a ohřívačů větru. Při analýze tvorby emisí CO 2 v rámci výroby železa je možno ji rozdělit mezi koksovnu kde se uhlí karbonizuje, aglomeraci, kde se spéká jemná železná ruda a vysoké pece, kde se železná ruda redukuje a taví. Je-li možné dosáhnout účinného snížení emisí při předúpravě procesu, bude možné snížit i zatížení vysoké pece. Vstupní uhlík v ocelárnách má formu uhlí, která se převádí na koks a spotřebovává se jako redukční činidlo a palivo při výrobě železa.[10] 2.3. Současné přístupy ke snižování emisí CO 2 v oblasti metalurgie Energetická politika Evropské unie je založena na principu teorie udržitelného rozvoje. Rozhodující podíl při řešení těchto mimořádně náročných požadavků nepochybně připadne energetickému průmyslu, před nímž stojí úkol nejen zvýšit využití současných energetických zařízení pro výrobu energie, ale uplatnit i náhradní paliva, která mohou významným způsobem změnit složení emisí energetikou produkovaných. Minimalizace produkce CO 2 v hutním průmyslu, však nespočívá pouze ve využití náhradních paliv, ale zahrnuje mnohem širší škálu možných opatření. Nejslibnějším opatřením se zatím jeví užití náhradních (alternativních) uhlovodíkových paliv ve vysoké peci, respektive širší využití vodíku jako redukovadla. Určitý efekt lze také očekávat od úpravy a zlepšení vlastností klasických paliv (koksu, uhlí) před vstupem do vlastního výrobního procesu. Stále nevyužité rezervy při minimalizaci produkce CO 2 v hutnictví představují opatření v oblasti ovlivnění procesů. Jedná se nejen o optimalizaci jejich průběhu a omezení vzniku technologických poruch zvyšujících měrnou produkci CO 2, ale také o opětovné využití produkovaného CO 2 v rámci vlastního pochodu, případně až k technologické změně výrobního cyklu, tedy k užití např. technologií tavné nebo přímé redukce. Vedle opatření v oblasti volby druhu paliva a opatření v oblasti ovlivnění průběhu procesů jsou i v metalurgii žádoucí rovněž opatření následná, jako využití produkovaného CO 2 v jiném technologickém zařízení (cyklu) či odstraňování CO 2 z plynných produktů jako součást jejich úpravy (čištění). Struktura takového přístupu je schematicky znázorněna na obr. 9.[10]

21 13 Obr. 9. Struktura minimalizace emisí CO 2 v hutním průmyslu [10] Snížení emisí CO 2 je možné pomocí modernizace vysokopecní technologie, a sice systémy jako kyslíková vysoká pec, které se snaží zlepšit funkce vysoké pece. V Japonsku byly provedeny demonstrační testy s kyslíkovou vysokou pecí a testy kyslíkového hořáku u skutečné vysoké peci. Spíše než foukání horkého vzduchu, jako v běžné vysoké pece, u kyslíkové vysoká pec je vháněn studený kyslík bez dusíku do pece přes výfučny. Zlepšení produktivity je možné dosáhnout nízkou spotřebou koksu ve vysoké peci, kde lze ale snadno dosáhnout vysokou rychlost injektáže práškového uhlí.[11] Charakteristiku vysoké kyslíkové pece přináší obr. 10.

22 14 Obr. 10. Charakteristika kyslíkové vysoké pece [11] V současnosti se k hlavním producentům surového železa řadí Čína. Vysoké pece o velkých objemech jsou dominantou hlavně Číny, kde se jich nachází přes 19. Velká vysoká pec má obsah nad 4000 m 3, což je téměř 4x větší obsah, než u běžné vysoké pece. Množství redukčního činidla a spotřeba energie jsou důležité indexy, které hodnotí účinnost využití energie ve vysoké peci. Průměrná spotřeba činidel velkých vysokých pecí činila 510,97 kg t -1, což je menší než průměr celosvětových vysokých pecí. Stav stability vysokých pecí má mimořádně významný vliv na výrobu a využití plynu. Dle tohoto vysokého počtu vysokých pecí je také Čína jedním z hlavních producentů železa, jak ukazuje obr. 11. [11]

23 15 Obr. 11. Srovnání výroba železa [11] Stabilita vysoké pece, technických parametrů, složení a fyzikální vlastnosti surovin v závislosti na kvalitu a kvantitu vyrobeného surového železa, by měly zůstat konstantní. V posledních letech bylo množství emisí a spotřebované energie v čínském ocelářském průmyslu razantně sníženo. Na tento příznivý vliv má podíl i produkce ve velká vysoká pec, která má výrazně nižší emise na výrobu tuny surového železa než běžná vysoká pec, nicméně, co se týče množství uvolněných emisí je Čína ve srovnání s Evropou pozadu.[11]

24 16 3 CHARAKTERISTIKA JEDNOTLIVÝCH OPATŘENÍ Energetická náročnost výroby oceli v metalurgickém cyklu je cca 10,5 11,5 GJ.t -1 oceli (v rámci některých nových integrovaných závodů v EU, USA a Japonsku), oproti GJ.t -1 oceli (v rámci některých závodů v Asii). Teoretická minimální hodnota potřebné energie na výrobu 1 tuny oceli je cca 7,9 GJ. Množství vzniknutého CO2 na 1 tunu oceli je v běžném integrovaném metalurgickém cyklu cca kg. Teoretické minimální množství CO2 boly v tomto integrovaném cyklu stanoveno na kg.t -1 oceli. Je zřejmé, že energetická náročnost výroby železa a oceli v metalurgickém podniku je v přímé souvislosti se vznikajícími emisemi CO2. Snížení množství vznikajících emisí (a přiblížení k teoreticky minimálním hodnotám je možné v rámci integrovaného metalurgického cyklu dosáhnout využívaním a recyklací energetických zdrojů, druhotných surovin a využívaním biomasy. [11] Opatření ke snížení emisí CO 2 v metalurgii lze definovat do třech oblastí, a sice: opatření v oblasti paliv opatření v oblasti ovlivnění procesu následná opatření 3.1 Možná opatření v oblasti paliv Snížení množství emisí CO 2 mlže být dosaženo použitím různé železorudné vsázky, např. železorudné pelety, ocelového šrotu, využití železné houby, dále injektáží různých plynů (zemního, karbonského, degazačního, koksárenského, směsného). [11] Injektáž plynu do vysoké pece Další z možností je injektáž zemního plynu a má pozitivní efekt v tom, že umožňuje redukci při využití vodíku a zvyšuje produkci při použití v kombinaci s kyslíkem. Od této technologie lze očekávat, že v budoucnu umožní efektivní zvýšení výroby a snížení emisí CO 2 v metalurgických závodech. Srovnání běžného vysokopecního provozu a provozem při injektáži zemního plynu přináší obr 12. [11]

25 17 Obrázek 12. Vliv injektáže zemního plynu do vysoké pece [11] Zemní plyn je tradičním náhradním palivem, do metalurgického závodu se dopravuje pod vysokým tlakem, který stačí zredukovat na potřebnou hodnotu pro injektáž do nístěje vysoké pece. Zemní plyn je bez nečistot, a co se týče manipulace, nedochází k žádným manipulačním problémům. Na druhé straně je jeho nevýhodou, že má z používaných náhradních paliv největší chladící účinek. Je potřeba vysoké obohacování větru kyslíkem. [12] V českých hutích, vzhledem ke stávajícím rozvodům plynů a technologickým procesům, lze uvažovat s těmito dostupnými plyny: - zemní plyn - koksárenský plyn z vlastní produkce - degazační plyn Dalšími plyny produkovanými v českých vysokopecních závodech jsou vysokopecní plyn a směsný plyn. Směsný plyn se získává smísením plynu degazačního, koksárenského, zemního a vysokopecního. Vysokopecní a směsný plyn jsou vzhledem ke svému složení a nízké výhřevnosti jako náhradní palivo nevhodné.[12] Injektáž plynů do výfučen vysoké pece vede k těmto technologickým vlivům: - úspoře měrné spotřeby koksu,

26 18 - zvýšení bohatosti vsázky nižší potřebou zásaditých struskotvorných látek, - snížení měrného výskytu strusky, - zvýšení měrného výskytu plynu ve spodní části pece, - snížení teploty hoření před výfučnami, - změně intenzity protiproudu ve spodní části pece, - změně struktury proudění plynu ve spodní části pece, - změně prodyšnosti spodního pásma a stékání strusky, - změně intenzity hoření paliva. [12] Využití biomasy ve vysoké peci Velká pozornost je v současnosti věnována také možnosti využití biomasy. Použití redukčních činidel odvozených z biomasy přitáhlo pozornost výzkumu, neboť je to možný způsob, jak snížit emise CO 2 z metalurgické výroby. Velké množství odpadních plynů vznikajících při výrobě železa a oceli, jak ukazuje obr. 13. se dnes používá především jako palivo v rámci závodu. [13] Ekonomika budoucích scénářů pro snižování emisí CO 2 v odvětví železa a ocelářství je klíčovou hnací silou směrem k realizovatelnosti alternativní primární cesty výroby oceli. Zkoumání nákladů na úsporu energie a snížení emisí CO 2 ukazuje, že některé technologie nemusí být v současné situaci nákladově efektivní na základě ceny paliva a odhadovaných nákladů na CO 2.

27 19 Dále by se ocelárna mohla vyhnout poplatkům za emise nebo využíváním sekvestraci CO 2 konverzí (části) zbytkového uhlíku na metanol. Další možnou volbou při zvažování vlivu různých náhradních paliv v ocelářském zařízení, je možnost využití, například zbytkový olej, zemní plyn, koksárenský plyn a práškové uhlí nebo biomasa ve formě sušených štěpků ze dřeva nebo dřevěného uhlí. [13] Obr. 13. Schéma primární výroby [13] 3.2 Opatření v oblasti ovlivnění procesu Obohacování kyslíku ve vysoké peci byla teoreticky studována a provedena v experimentální vysoké peci ve Švédsku v Luleå, kde byl zvolen zachycovací proces k odstranění oxidu uhličitého pro sekvestraci a úpravu zbytkových plynů předtím, než byly injektovány zpět do vysoké pece jako redukční činidla. Aplikace takových technologií v průmyslovém měřítku vyžaduje investice do zařízení na zachycování CO 2. V praxi by budoucí aplikace závisela na nákladech na emise oxidu uhličitého, dopravu a sekvestraci. Udržitelnější možností může být silnější integrace ocelářství s jiným průmyslem, pro optimální využití zbytkových plynů, vedlejších produktů a energie. [13]

28 20 Dále vědci z Institutu v Luleå představili optimalizační model, který lze použít k vyhodnocení CO 2 emisí pro integrovaný systém ocelárny. Jsou zde uvedeny dva případy použití analýzy emisí CO 2 a dále možnost uplatnění modelu pro konkrétní integrovanou ocelárnu. Jejich výzkumná práce na optimalizaci energie a emisích CO 2 ukázala, že je možné vytvořit kombinovaný optimalizační nástroj pro ocelářský podnik, který je účinný pro hodnocení výkonu systému z několika hledisek. Obr. 14. Množství emisí CO 2 při provozu vysoké pece [13] V rámci Evropské unie jsou aktivity metalurgických podniků a výzkumných center směřovány, kromě možností v oblasti paliv i na opatření k ovlivnění procesu, tzn. změna technologií výroby. K nejznámějším a nejlépe hodnoceným technologiím z této škály patří projekt s názvem Ultra Low CO 2 Steelmaking (ULCOS). Je zaměřen na snížení množství emisí CO 2 z metalurgické výroby. Celkové množství má být dle tohoto projektu sníženo o 50 % do r [14] U projektu ULCOS je zásadní následné využití plynu k recyklaci (po oddělení) a dmýchání do vysoké pece. Zde je následně využíván jako náhrada koksu ve funkci redukčního činidla. Vyčištěný zbytek je poté ukládán. [14]

29 21 Program ULCOS obsahuje 4 hlavní úkoly: - výrobu surového železa v bezdusíkové vysoké peci se sequestrací CO 2 a recyklací CO, - nový způsob tavné redukce s polokoksem a se sequestrací CO 2 (pochod ISARNA ) - pokročilou přímou redukci železa s variantními redukčními plyny a se zvýšeným obsahem vodíku (konverze CH 4, zplynění uhlí a biomasy, čistý vodík) a se sequestrací CO 2 a navazující elektrickou obloukovou pecí. - Přímou elektrolýzu železných rud s následným tavením v EOP Jak vyplývá s uvedeného přehledu vyvíjených technologií, role vodíku postupně roste. Vodík jako redukovadlo se může uplatnit téměř ve všech typech zařízení přímé a omezeně i tavné redukce. Požadavky na vlastnosti surovin, zejména její granulometrií závisí na použitém konstrukčním řešení. V jednotlivých případech pak k požadavkům na granulometrii přistupují další požadavky na určité metalurgické vlastnosti surovin. [15] Hlavními očekávanými efekty kromě snížení výskytu CO 2 jsou: vysoký podíl redukce vodíkem, úspora energie ve výši 20 % i možnost uplatnění zemního nebo syntetického plynu. V uplynulých letech bylo diskutováno o užití nových metalurgických technologií, založených na předmetalizaci železorudných surovin, případně produkci metalizovaných pelet, či přímé výrobě železa/oceli v jediném agregátu i v rámci ČR. Tyto úvahy vycházejí ze zahraničních poznatků o možnostech přímé výroby železa z rud při užití redukčního plynu bohatého na vodík a získaného z uhlí nebo z jiných uhlovodíkových surovin nebo i poloproduktů či odpadů. Zvlášť perspektivní se v našich ostravských podmínkách jeví užití plynu z důlní degazace, dále plynu koksárenského případně i místního plynu karbonského. Několik zmiňovaných zahraničních technologií je sice projektováno pro užití čistého vodíku, většina však uvažuje s užitím plynné směsi H 2 - CO, získané konverzí vhodných surovin. Zvláštní pozornost si zaslouží využívání degazačního plynu v metalurgii. Zde se emise skleníkových plynů CO 2 -CH 4 omezují jak odsáváním unikajících degazačních plynů a zamezením jejich úniku do ovzduší, tak jejich pozdějším případným využitím pro redukci ve vysoké peci. Takové řešení je z hlediska emisí CO 2 mnohem příznivější, než dosavadní

30 22 využití spalováním ve druhořadých energetických zdrojích (kotelny). Významným zdrojem pro získání vodíku může být také disponibilní koksárenský plyn. Dostatek vodíku by umožnil nejen ovlivnění vysokopecního pochodu, ale také například i změnu technologie otápění ohřívačů větru. [15] Alternativní způsoby výroby železa Alternativní způsoby výroby železa představují optimální variantu pro snížení zátěže na životní prostředí. Tím, že jako palivo nevyužívají koks, radikálně snížily množství emisí vzhledem k vysokopecní výrobě. Dle výsledného produktu se jedná o způsoby přímé redukce a způsoby tavné redukce. [15,16] Principiální odlišností všech pochodů tavné redukce proti vysoké peci je v úplném vyloučení metalurgického koksu z pochodu výroby tekutého kovu. Uhlí má úlohu primárního redukovadla a paliva případně nauhličovadla. Vyloučení koksu z procesu znamená nahradit funkci koksu jako nosné kostry, nezbytné pro pásmo měknutí a tavení ve vysoké peci. Řešení v procesech tavné redukce spočívá buď v rozdělení reakčních prostorů a vyloučení pásma měknutí skokovou změnou teploty, dávkováním jednotlivých porcí předredukované vsázky nebo omezení či vynecháním předredukce a koncentrací všech procesů do jedné vysokoteplotní lázně a jednoho reakčního prostoru. [16] Největší podíl světové produkce železné houby se vyrábí s využitím zemního plynu. Posouzení možnosti alternativních technologií výroby železa vůči vysoké peci je možné z pohledu na stupeň využití redukčních plynů o vysokém obsahu vodíku. Lepší redukční schopnost vodíku se projeví nejen ve zlepšení ekonomické stránky výroby, ale znamená i další žádoucí snížení obsahu CO 2 v plynných produktech výroby. Navíc CO 2 ze spalin lze účelně využít při konverzi CH 4 u technologií dalších technologií.

31 23 4 SROVNÁNÍ JEDNOTLIVÝCH OPATŘENÍ Nejslibnějším opatřením ke snížení znečištění životního prostředí se zatím jeví užití náhradních uhlovodíkových paliv ve vysoké peci, v širším kontextu se jedná o využití vodíku jako redukovadla. Simulační propočty [17] prokázaly možnost injektáže těchto náhradních paliv v množství okolo 150 kg na tunu vyrobeného surového železa a to bez významnějšího narušení tepelněteplotního a plynodynamického režimu pece. Jako další možný způsob a možnost náhrady koksu se jeví možnost náhrady koksu pevným prachovým palivem formou injektáže do výfučen vysokých pecí. Tento způsob náhrady metalurgického koksu může jeho spotřebu snížit velmi výrazně, současně však rostou požadavky na jeho jakost. Jako injektované palivo lze v principu využít i karbonizát z procesů zušlechtění černého i hnědého uhlí, který by ovšem bylo nutno podrobit relativně nákladné úpravě jemného mletí. Určitý efekt lze také očekávat od úpravy a zlepšení vlastností klasických paliv před vstupem do vlastního výrobního procesu. Stále nevyužité rezervy při minimalizaci produkce CO 2 v metalurgii představují opatření v oblasti ovlivnění procesů. Jedná se nejen o optimalizaci jejich průběhu a omezení vzniku technologických poruch zvyšujících měrnou produkci CO 2, ale také o opětovné využití produkovaného CO 2 v rámci vlastního pochodu. Významnou možností k optimalizaci vysokopecního procesu je využití šrotu, následně také snížení emisí CO 2 v systému vysoká pec - kyslíková pec. Byl vyvinut optimalizační model, který lze použít k vyhodnocení emise CO 2 optimalizací železorudných materiálů v systému vysoká pec - vysoká kyslíková pec. Vyhodnocení množství emisí a koeficienty pro přepočty jsou uvedeny v tab. 3. [17]

32 24 Tabulka 3. Vyhodnocení množství emisí CO 2 [17] Jednotka Energie[GJ] Emise CO 2 [t] Železorudné pelety t - - Šrot (97% Fe) tuna - 0,0147 koks tuna 28,05 3,035 Injektáž PCI tuna 27, Zemní plyn GJ 1 0,0565 Vápenec tuna - 0,44 Dolomit tuna - 0,477 Kyslík 1000 m 3.n - - Energie MWh 3,6 - Obr. 15 znázorňuje různé rozdělení šrotu mezi oběma zvažovanými procesy. Do systému bylo přidáno konstantní množství šrotu (v rozmezí t h -1 ) v různých poměrech mezi vysokou pec a kyslíkovou vysokou pec. Obr.15. Emise CO 2 při různých poměrech šrotu [17] Každé z vyplněných čar na obrázku odpovídá oblast proveditelnosti definovaného systému. Minimální množství CO 2 systému je 0,99 t. t -1. To odpovídá bodu v diagramu, který se nachází přímo pod čárou 200t h -1.

33 25 Minimální množství CO 2, pokud nepůjde do systému vsázka se šrotem je 1,43 t h -1, což odpovídá bodu, který se nachází na pravé horní straně diagramu. Tečkovaná čára na obr.15 představuje distribuci, která odpovídá minimálnímu množství CO 2 pro různé úrovně přidávání šrotu do systému. Je zřejmé, že emise CO 2 klesají s přidáním dalšího šrotu do systému. Pokud je úroveň přidávání šrotu nižší než 100 t h -1, je řešením přidávat do kyslíkové vysoké pece šrot, aby se snížily emise CO 2. [17] 4.1 Srovnání vysoké kyslíkové pece a běžné vysoké pece Tabulka 4. ukazuje výsledky modelování obou dílčích modelů vysoké pece a kyslíkové pece kombinovaně a odděleně. Pro kombinovanou optimalizaci se výsledky vztahují k objektivním funkcím ve vztahu k vyrobenému železu opouštějící VKP. Obecně řečeno, ekonomicky nejúčinnějším řešením s uvedenými hodnotami je produkovat surové železo s nízkým obsahem křemíku, na 100% zatížení pelet ve VP. Strategie výroby surové oceli s nízkými emisemi CO 2 a nízkými nároky na spotřebu energie jsou zcela odlišné od nákladově optimalizovaných řešení. Aby se minimalizovaly emise CO 2, model předepisuje, že přidaný šrot do vysoké pece a výsledný kov by měl mít co nejvyšší obsah křemíku, aby umožnily masivní tavnou schopnost v kyslíkové peci. Co se týče pouze optimalizace VP, výsledky jsou zajímavé, protože způsob, jak minimalizovat CO 2 a energii, je rozdílný ve srovnání s kombinovanou optimalizací. Nyní je strategií vyrábět surové železo s nízkým obsahem křemíku, co nejmenším, jak je povoleno, aby se udržela co nejmenší spotřeba koksu. Tento výsledek demonstruje přínosy, které lze získat pomocí přístupu založeného na analýze orientované na systém ve srovnání s optimalizací každého procesu zvlášť. [17]

34 26 Tabulka 4 Srovnání vysoké kyslíkové pece a běžné vysoké pece [17] VP + KVP kombinovaný systém hodnota jednotky optimum Min. CO 2 Min. energie CO 2 emise (t t -1 LS) 1,25 0,99 0,99 Energie (GJ t -1 LS) 12,56 9,95 9,95 Cena (USD t -1 LS) VP Pelety (kg t -1 s.ž) Šrot (t t -1 s.ž) Kvalita Surového železa (% Si) 0,60 1,0 1,0 Koks + PCI (kg t -1 s.ž) Proudění / tok (kg t -1 s.ž) Objem strusky (kg t -1 s.ž) VKP Pelety (kg t -1 LS) Šrot (kg t -1 LS) Kyslík (m 3 nt -1 LS) Proudění / tok (kg t -1 LS) Objem strusky (kg t -1 LS) Běžný VP systém hodnota jednotky optimum Min. CO 2 Min. energie CO 2 emise (t t -1 LS) 1,25 1,07 1,07 Energie (GJ t -1 LS) 13,97 12,13 12,13 Cena (USD t -1 LS) VP Pelety (kg t -1 s.ž) Šrot (t t -1 s.ž) Kvalita Surového železa (% Si) 0,60 0,20 0,20 Koks + PCI (kg t -1 s.ž) Proudění / tok (kg t -1 s.ž) Objem strusky (kg t -1 s.ž) Srovnání vysoké pece a alternativních pochodů Metalurgický průmysl je největším producentem emisí CO 2. Dle odhadů 4-7% antropogenních emisí CO 2 pochází z průmyslu. [18] Využívání alternativních způsobů výroby železa vede ke snížení zátěže na životní prostředí a také snížení emisí CO 2. Po pochodech přímé výroby železa z rud, které byly již dříve vyvíjeny jako alternativa vysokých pecí, je dnes pozornost věnována také pochodům tavné redukce které však stojí teprve na prahu velkovýrobního nasazení. Názvem tavná redukce jsou označovány pochody zahrnující spojení mezi tavným reaktorem, kde probíhá redukce oxidů železa z kapalné fáze a vzniká redukční plyn a předredukčním reaktorem kde se tento plyn uplatňuje při předredukci oxidů železa v protiproudu.

35 27 Jako procesy přímé výroby jsou označovány ty technologické postupy, při kterých redukce železa probíhá z pevného stavu a produkt je taktéž v pevném stavu. Produkt takových procesů - zejména u kusových rud - připomíná svým silně pórovitým stavem mořskou houbu a byl proto nazván železná houba. Tento produkt obsahuje ještě také všechny hlušinové složky, neboť zde nedochází k oddělení v roztaveném stavu jako u vysoké pece. Redukce u přímých způsobů výroby železa probíhá při teplotách C, neboť je nutno respektovat měknutí rud resp. slinování jemných částic. [18] Pro procesy přímé výroby železa z rud jsou používány kusové rudy, pelety a jemnozrnné rudy a koncentráty o zrnitosti vhodné pro peletizaci či aglomeraci. Jako redukční prostředek se užívá zemní plyn a uhlí, ale i jiné látky na bázi uhlovodíků, nebo elektrická energie. V dohledné budoucnosti bude výroba oceli i nadále založena na cestě vysoká pec - konvertor a vysoká pec bude stále představovat základní jednotku pro proces výroby surového železa. Samozřejmostí by měl být optimální průběh daného technologického pochodu, který zaručuje nízkou spotřebu paliva a vysoký výkon agregátu. Nedílnou součástí komplexních opatření ke snížení emisí CO 2 v hutnictví proto musí být vývoj nové generace automatizovaných systémů řízení technologických pochodů. [18] Při posuzování vhodnosti aplikace některého ze způsobů DRI pro naše podmínky, je nutno zohlednit naši současnou materiálovou a energetickou základnu. Vzhledem k rozsáhlým zásobám uhlí, případně degazačního plynu a zatím pouze teoreticky uhelného plynu se jeví nejvhodnější ty technologie, které využívají uhlí, resp. karbonský plyn, neboť obě složky lze výhledově zabezpečit z vlastních zdrojů. Pelety je nutno dovážet případně částečně nahradit aglomerátem.

36 28 5 ZÁVĚR Vysokopecní výroba surového železa se neustále rozvíjí. Požadavky současnosti kladené na práci vysokých pecí, zahrnují snižování energetické náročnosti výroby a současně maximálně možnou eliminaci ekologických dopadů výroby na životní prostředí. Kromě toho systém výroby surového železa zahrnující vysokou pec, aglomerační a koksárenské procesy je jedním z nejdůležitějších faktorů v rámci integrované výroby oceli z hlediska spotřeby energie a zatížení životního prostředí. Oblast optimalizace průběhu vysokopecního pochodu (a s tím související i snižování množství emisí CO 2 ) má zatím rezervy a zdaleka ještě nedosáhla možných mezí. Využívání redukčních plynů o vysokém obsahu vodíku vede k přesnějšímu posouzení i možnosti využití alternativních technologií výroby železa. Lepší redukční schopnost vodíku se projeví nejen ve zlepšení ekonomické stránky metalurgické produkce, ale znamená i další žádoucí snížení obsahu CO 2 v plynných produktech výroby. Zvláštní pozornost si zaslouží využívání degazačního plynu v metalurgii. Zde se emise skleníkových plynů (CO 2, CH 4 ) omezují jak odsáváním unikajících degazačních plynů a zamezením jejich úniku do ovzduší, tak jejich pozdějším případným využitím pro redukci ve vysoké peci. Možnosti technologických a surovinových změn (inovací) umožňujících podstatné snížení emisí CO 2 do ovzduší. Co však by mělo být samozřejmostí bez ohledu na možné palivové, surovinové a technologické inovace, je optimální průběh daného technologického pochodu

37 29 POUŽITÁ LITERATURA [1] BILÍK, J., PUSTĚJOVSKÁ, P. JURSOVÁ, S. Modelování, analýza a predikce pochodů výroby železa z hlediska současných energetických a ekologických požadavků. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2013, 130 s. ISBN [2] LEGEMZA, J. FRÖHLICHOVÁ, M., FINDORÁK, R. Tradičné a alternatívne palivá v metalurgii. TU Košice, 2015, 286 s. ISBN [3] ARIYAMAT, M., SATO, M. Optimization of Ironmaking Process for Reducing CO 2 Emissions in the Integrated Steel Works. ISIJ International, Vol. 46 (2008), No. 12, pp [4] KRET, J. Teorie železářských pochodů. Studijní opora. VŠB - TUO 2008, 119 s.dostupný z: [5] GEERDES, M. et al. Modern Blast Furnace Ironmaking. IOS PRESS, ISBN [6] HAILUN, X. et al. Evalution and Optimizatiom of Energy Efficiency for Iron and Steel Production. [online]. [cit ]. Dostupné z WWW: < [7] CAVALIERE P., PERRONE, A. Optimization of Blast Furnace Productivity Coupled with CO 2 Emissions Reduction. Steel research int. 85 (2014) No. 1, p [8] ROUBÍČEK, V. et al. Decreasing CO 2 Emissions in M etallurgy. METALURGIJA, 2007, vol.46 br.1, Zagreb, January, pp.53-59, ISSN [9] PUSTĚJOVSKÁ, P., KARDAS, E. Energetické využití odpadů s ohledem na životní prostředí /Odzysk energii w odniesieniu do środowiska. Monografie. VŠB-TU Ostrava, Centrum ENET, Ostrava: AMOS repro, spol. s. r.o., 2014, 100 s. ISBN [10] PUSTĚJOVSKÁ, P., JURSOVA, S. Přístupy k minimalizaci množství emisí CO 2 v oblasti metalurgie. Produkcja i zarzadzanie w hutnictwie. 2009, Zakopane, Polsko, s ISBN [11] ZHOU, D.D. et al. Production and Development of Large Blast Furnaces from 2011 to 2014 in China. ISIJ International, Vol. 55 (2015), No. 12, pp [12] KONSTANCIAK, A., BROŽOVÁ, S., PUSTĚJOVSKÁ, P. Wykorzystanie paliw alternatywnych w procesach technologicznych. In XX. Konferencja naukowo-techniczna Rynek Ciepla , Naleczow, pp ISBN [13] XU HAILUN, SHAO YUANJING, YE LIDE, LI JUYAN. Evaluation and Optimization of Energy Efficiency for Iron and Steel Production. [14] ULCOS: Top Gas Recycling. Ulcos: Top Gas Recycling [online]. [cit ]. Dostupné z WWW: < [15] CHATTERJEE, A. Hot Metal Production by Smelting reduction of Iron Oxide. Book, New Delhi 2010, 29 p. ISBN [16] BABICH,A.,SENK,D., GUDENAU, H.W., MAVROMMATIS, K.TH. IRONMAKING. Textbook, RWTH Aachen University, Aachen 2008, 402 p. ISBN

38 30 [17] WANG, C., et al. A model on CO 2 emission reduction in integrated steelmaking by optimization methods. Int. J. Energy Res. 2008; 32. Pp [18] CAVALIERE, P. et al. Ironmaking and Steelmaking Processes.Greenhouse Emissions, Control, and Reduction.1 st ed. Springer, 2016, 466 p. ISBN

39 31 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1. Skutečné a cílové emise CO 2 v japonském ocelářském průmyslu [3]... 3 Obr. 2. Schéma vysoké pece [3]... 4 Obr. 3. Části a zóny ve vysoké peci [5]... 5 Obr. 4. Proces výroby železa a oceli [6]... 7 Obr. 5. Vliv spotřeby koksu a aglomerátu na emise CO 2 [7]... 9 Obr. 6. Vliv spotřeby aglomerátu/koksu na množství emisí CO 2 a vysokopecní produkci [7].. 9 Obr. 7. Zdroje emisí CO 2 v MSK[10] Obr. 8. Emise CO 2 z procesu přípravy a výroby železa [10] Obr. 9. Struktura minimalizace emisí CO 2 v hutním průmyslu [10] Obr. 10. Charakteristika kyslíkové vysoké pece [11] Obr. 11. Srovnání výroba železa [11] Obrázek 12. Vliv injektáže zemního plynu do vysoké pece [11] Obr. 13. Schéma primární výroby [13] Obr. 14. Množství emisí CO 2 při provozu vysoké pece [13] Obr.15. Emise CO 2 při různých poměrech šrotu [17]... 24

40 32 SEZNAM TABULEK Tabulka 1. Optimální konstrukce k maximalní produktivitě ve vysoké peci a min. CO 2 [7]... 8 Tabulka 2. Prognóza emisí vybraných skleníkových plynů. [13]Chyba! Záložka není definována.10 Tabulka 3. koeficienty použité pro přepočty [13]... Chyba! Záložka není definována. Tabulka 4. Srovnání vysoké kyslíkové pece a normální vysoké pece [13]... 26