6.4 Aluminium

CHAPTER 6INDUSTRIAL ENERGY USE6.1 Grafik penggunaan energi industriGambar 6.1 menunjukkan penggunaan energi industri sebagai fraksi penggunaan energi total dalam wilayah dunia yang berbeda pada tahun 2005 .

6.2 Produksi Komoditas Utama IndustriEnergi yang digunakan untuk memproduksi komoditas industri adalah energi proses dan, dalam beberapak kasus merupakan energi bahan baku. Energi proses adalah bahan bakar atau listrik yang dibutuhkan untuk menyalakan proses konversi, sementara energi bahan baku mengacu pada komoditas energi (Seperti gas alam atau minyak bumi) yang menjadi bagian dari produk material.

Dua contoh penting dalah penggunaan gas alam sebagai bahan baku dalam amonia produksi (NH3, bahan utama dalam pupuk nitrogen) dan penggunaan naphtha (dari minyak bumi) dalam produksi etilena (C2H4, pendahulu kebanyakan plastik). 6.2 Produksi Komoditas Utama IndustriEnergi bahan baku sama dengan termal energi yang dilepaskan selama pembakaran dan proses energi adalah sama dengan total input energi dikurangi heating value dari produk akhir.Energi yang terkandung pada suatu produk adalah total (proses + bahan baku) Gambar 6.3 memberikan primer global penggunaan energi untuk 12 komoditas yang paling penting dalam persyaratan penggunaan energi global. Empat yang paling penting komoditas baja, semen, etilena dan aluminium.

Gambar 6.4 menunjukkan variasi 1960-2006 dalam produksi global baja, aluminium, tembaga, seng, semen, kertas dan plastik. Yang paling dramatis peningkatan telah di produksi plastik, yang meningkat dengan faktor 34 1960-2006 dan oleh faktor 2 dari hanya 1993 sampai 2006.

Logam terjadi di alam sebagai oksida atau sulfida (yang dikonversi ke oksida selama pemrosesan). Logam oksida dikonversi ke logam murni melalui penghapusan oksigen (proses reduksi) Pengurangan logam terjadi baik melalui suatu bahan kimia atau reaksi elektrokimia. Demikian pula produksi semen, kaca, etilena dan amonia memerlukan emisi CO2 melalui reaksi kimia.

Faktor penting dalam penggunaan energi masa depan pangsa sekunder (daur ulang) logam, kaca, kertas produk dan plastik sebagai sebagian kecil dari total produksi. Tingkat pemulihan adalah fraksi dibuang produk yang didaur ulang, sedangkan daur ulang fraksi adalah fraksi total produksi yang dibuat dengan daur ulang dibuang bahan. pada tingkat pemulihan kini, fraksi daur ulang, kebutuhan energi primer per ton bahan primer dan simpanan energi dengan daur ulang dibandingkan dengan praktek terbaik saat ini untuk bahan utama

6.3 Besi dan bajaGambar 6.5 menunjukkan tren dalam produksi baja 1995-2007 di wilayah utama dunia dan global , persentase kerusakan produksi berbagai negara dan daerah pada tahun 2007, dan rincian akhir menggunakan baja baru di AS pada tahun 2003.

Gambar 6.6 hadiah arus global besi seperti yang diperkirakan untuk tahun 2000 oleh Saham dan Arus (STAF) proyek Yale University (Wang et al, 2007a).

Cara untuk mengurangi penggunaan energi yang terkait dengan produksi baja (dan logam lainnya) adalah:

untuk meningkatkan efisiensi baik primer (dari bijih perawan) dan produksi sekunder (daur ulang);untuk meningkatkan efisiensi dalam produksi bersama onsite listrik dalam kasus primer besi;untuk meningkatkan proporsi logam baru diproduksi dari bahan daur ulang; danuntuk mengurangi permintaan di masa mendatang untuk logam melalui mengurangi penggunaan logam dalam produk konsumen (Di mana ini layak tanpa merugikan kualitas), melalui perubahan gaya hidup yang mengakibatkan kurang permintaan barang material dan dengan merancang ulang produk bahan untuk umur panjang lebih besar.

6.3.1 produksi besi dan baja dari bijih mentahLangkah-langkah utama dalam produksi baja dari besi bijih adalah :

benefisiasi bijih - grinding bijih untuk ukuran cukup kecil untuk memisahkan butiran besi mineral dari mineral lainnya , memproduksi partikel halus dan besi konsentrat bijih ;aglomerasi melalui perlakuan panas denda partikel ke sinter ( diameter biasanya 20mm ) dan bijih besi berkonsentrasi menjadi pelet ( 9-13 mm diameter); pengurangan aglomerasi bijih besi untuk menghasilkan besi mentahpemurnian besi mentah untuk membuat baja dengan menghapus kotoran dan menambahkan elemen seperti diperlukan untuk memberikan sifat baja yang diinginkan ; danpembentukan baja

Reaksi bersih adalah, idealnya:

Gambar 6.9a menunjukkan rincian penggunaan energi primer di pabrik yang ada paling efisien (sekitar 20GJ / t) menggunakan blast furnace / BOF rute.

6.3.2 Efisisensi produksi baja dari bijih mentahTujuh cara umum efisisensi produksi baja dari bijih mentah : Pengembangan pabrik konvensional; Penggunaan langsung batubara di tempat kokas (coke); Menggunakan teknik reduksi alternatif; Mengurangi minimal 1 langkah pemanasan dan pendinginan Menggunakan teknik yang mampu mereduksi temperatur yang dibutuhkan dalam langkah yang berbeda dengan menggunakan teknologi yang memulihkan dan menggunakan panas tersedia pada suhu tinggi;dengan membuat lebih baik menggunakan gas sisa ledakan tungku. Teknik-teknik ini secara singkat dibahas di bawah.

6.3.4 Produksi baja baru dari besi tua

6.3.5 Penggunaan Baja untuk Masa Mendatang

Kesimpulan Tabel Jika produksi baja di masa depan adalah 10 persen primer dan 90 persen sekunder menggunakan arus praktek terbaik, maka rata-rata energi primer intensitas produksi baja akan menurun dari 26.3GJ / t saat ini untuk 6.9GJ / t - pengurangan oleh faktor 3,8.Jika fraksi meningkat sekunder untuk 90 persen dan produksi baja masa terjadi pada potensi terendah intensitas energi diidentifikasi di sini, primer rata-rata intensitas energi akan 5.9GJ / t - pengurangan olehfaktor 4,5.listrik Jika, di samping itu, sisanya dibutuhkan dipasok dengan efisiensi 60 persen lebih dari 40 persen, rata-rata energi primerIntensitas akan turun ke 4.5GJ / t - pengurangan oleh faktor 5,8 dibandingkan dengan hari ini. Sejauh yangefisiensi energi dasar diasumsikan dari 40 persen untuk hari ini lebih tinggi dari pada kenyataannya, yang benar potensial untuk mengurangi penggunaan energi primer bahkan lebih besar.Rasio intensitas energi (energi masa depan terbaik intensitas lebih intensitas energi saat ini) untuk bahan bakar dan listrik untuk baja rata-rata adalah 0,11 dan 0,71, masing-masing, yang menunjukkan bahwa penghematan diantisipasi6.4 Aluminiumlogam Aluminium diproduksi dari bijih bauksit, yang mengandung oksida aluminium dicampur dengan reaktif silika; setidaknya ada 18 jenis bauksit, berbeda dalam jenis aluminium oksida hadir dan kandungan silika reaktif. Mineral dominan adalah gibbsite (Al (OH) 3) dan boehmite dan diaspore (Alo (OH)).

(A) Tren dalam produksi aluminium primer oleh berbagai negara dan daerah, (b) rincian produksi aluminium menurut negara dan wilayah pada tahun 2007(c) rincian penggunaan aluminiumdikonsumsi di AS pada tahun 2003

6.4.1 Produksi aluminium dan emisi gas rumah kaca yang terkait

Tiga langkah utama dalam produksi primer aluminium adalah pertambangan, penyulingan dan peleburan.Penyulingan mengubah bauksit menjadi alumina (Al2O3) melalui langkah-langkah berikut dalam apa yang dikenal sebagai proses bayer.Smelting mengubah alumina menjadi aluminium. Alumina memiliki titik lebur tinggi (2000 C), sehingga memisahkan aluminium dari alumina dengan melelehkan alumina tidak praktis.

6.4.2 Penurunan penggunaan energi dan emisi gas rumah kacaPenghematan energi dalam produksi aluminium primerPenghematan energi dalam produksi aluminium sekunderpenghematan energi melalui peningkatan daur ulang aluminium

6.4.3 penggunaan energi Aluminium - Ringkasan dan masa depan skenario

Rincian penggunaan energi sebagai bahan bakar dan listrik untuk masa kini primer rata-rata dan sekunder aluminium dan untuk mean tertimbang dari dua menggunakan konten kini daur ulang aluminium baru dan penggunaan energi rata-rata tertimbang dengan 90 persen konten daur ulang, dan (1) hadir rata-rata dan terbaik diramalkan energi masa depan intensitas dengan 40 persen efisiensi pembangkit listrik, dan (2) terbaik diramalkan intensitas energi masa depan dengan 60 persen efisiensi pembangkit listrik

6.5 CopperTembaga adalah ketiga logam yang paling banyak digunakan, setelah besi dan aluminium. Hal ini terjadi baik sebagai mineral sulfida dan sebagai mineral oksida (yang terakhir sebagai Cu-karbonat dan silikat).6.5.1 Produksi tembaga primer

Tembaga dapat diekstraksi dari bijih yang mengandung logam melalui dua set luas proses, yang dibahas dalam buku pelajaran pada metalurgi ekstraktif (seperti sebagai Davenport et al, 2002). Ini adalah pirometalurgi dan hidrometalurgi. Pirometalurgi diterapkan untuk sebagian besar bijih tembaga sulfida (termasuk kalkopirit (CuFeS2) dan bornit (Cu5FeS4)), sedangkan hidrometalurgi diterapkan untuk bijih oksida dan ke sulfida bijih kalkosit (CU).6.5.2 Penggunaan energi dalam memproduksi tembaga primerEnergi yang digunakan selama langkah individu dalam produksi tembaga

6.5.3 Produksi tembaga sekunder dan terkait penggunaan energi

Flowchart untuk produksi tembaga sekunder dari terkontaminasi memo tembaga

6.5.4 Strategi untuk mengurangi penggunaan energi dalam membuat tembaga

Peningkatan efisiensi produksiPeningkatan daur ulang tembagamengurangi penggunaan

6.5.5 Implikasi sumber daya deplesi (penggunaan nilai lebih rendah dari bijih) untuk penggunaan energi di bidang pertambangan dan berkonsentrasi tembaga

distribusi kemungkinan dari jumlah logam dengan kelas, bagi banyak logam

6.6 Seng, stainless steel dan titaniumSeng, stainless steel dan titanium semuanya merupakan logam yang sangat energyintensive. Produksi global stainless steel (di 28.3Mt pada tahun 2006) saingan yang aluminium (38Mt pada tahun 2007), dan itu lebih dari dua kali energi-intensif seperti baja biasa.6.6.1 Zinc

Seng bijih cenderung dari kelas yang lebih tinggi dari bijih tembaga (1-15 persen seng, biasanya 3-9 persen, dibandingkan untuk 0,5-3 persen untuk tembaga), jadi kurang energi dikeluarkan selama pertambangan, menghancurkan dan menggiling tahapan. Zinc bijih terjadi baik sebagai bijih oksida dicampur dengan sulfur atau sebagai bijih sulfida, dan dapat diproses menggunakan hidrometalurgi atau pirometalurgi, yang mirip prosedur untuk pengolahan tembaga.6.6.2 Stainless steel and titanium

Stainless steel adalah paduan dari baja yang dapat dibagi dalam kategori: stainless steel austenitic, yang terdiri dari besi, kromium dan nikel; dan feritik stainless steel, mengandung Cr tanpa nikel. austenitic stainless steel umumnya mengandung 18 persen Cr dan 8 persen Ni,dengan banyak sisanya menjadi Fe (Ni dan Cr konten dapat bervariasi oleh beberapa persen tergantung pada kelas, dan beberapa Fe dapat dipindahkan dengan Mn).

6.7 SemenSemen merupakan material pengikat beton, yang sangat sering digunakan sebagai bahan konstruksiPerkembangan Produksi Semen

Proses Produksi Semen (PC)Penghancuran dan pengadukan bahan mentah agar menjadi homogenMemanaskan bahan mentah hingga 1400C untuk memproduksi clinkerMenghaluskan clinker agar menjadi bubuk halus dan menambahkan zat aditif36Komposisi Clinker

Penggunaan Energi dan Bahan Bakar

Mengurangi Intensitas Pemakaian Energi dari Pembuatan SEMEN / PCMengganti proses produksi kiln dari basah ke keringMenggunakan bahan alternatif yang tak membutuhkan panas tinggi dan mengemisikan sedikit CO2Menambah zat aditif non-clinkerMemaksimalkan penggunaan panas buanganPengembangan Semen BaruCalcium sulphoaluminate (CSA) cementsGeopolymer6.8 KacaContainer GlassFlat GlassFibrous GlassTextile FibreglassPenggunaan Energi dan Emisi CO2The processes involved in the production of glass are:(1) batch preparation (mencampur input sesuai proporsi), (2) Melelehkan bahan baku dan penghilangan gelembung (3) Pembentukan gelas. Pelelehan dapat menggunakan 1 dari 4 cara, regenerative, recuperative, direct-fired atau electric furnaces.Daur Ulang

6.9 Pulp dan Kertas

Proses Pembuatan(1)acquisition of fibres (2) pulping(3) bleaching(4) manufacture of paper from pulpPenggunaan Energi untuk Pembuatan Kertas dan Pulp

Penghematan energi dengan mengurangi intensitas energi pada proses produksiPemulihan dan menggunakan panas terbuang sebanyak mungkinMengurangi energi yang dibutuhkan untuk bleaching (pemutihan)Mengurangi energi yang dibutuhkan untuk pengeringanMenambah penggunaan serat daur ulang Mengoptimalkan co-production panas, listrik, dan bensin transportasi6.10 Plastics

Plastik diproduksi dengan steam cracking hydrocarbons yang kemudian dikombinasikan dalam berbagai cara untuk menghasilkan berbagai plastik yang berbeda. Steam cracking adalah proses bereaksi uap dengan hidrokarbon pada suhu setinggi 1.100 C (biasanya 750-900 C) sehingga menghasilkan berbagai bahan kimia dengan memecah ikatan carbon-carbon di prekursor hidrokarbon. Ini diikuti dengan serangkaian langkah fraksinasi untuk memisahkan berbagai produk, dan melibatkan kompresi untuk 15-20atm dan pendinginan sampai 150 C (Ren et al, 2006).

6.10.1 Energy use in making plasticsEnergi bahan baku (minyak bumi atau gas alam yang digunakan sebagai bahan baku untuk plastik) Energi proses (sebagian besar memasok panas yang dibutuhkan untuk mendorong transformasi kimia dan untuk mendinginkan produk plastik cair setelah membentuk mereka).6.10.1 Energy use in making plastics

6.10.2 Reducing process energy requirementsSaat plastik dibentuk menjadi produk akhir, ditingkatkan kontrol suhu dapat menghemat pendinginan dan / atau penggunaan energi fanPenggunaan langsung air menara pendingin mengurangi beban AC dan suhu ruangan, menciptakan lingkungan kerja yang lebih nyamanPenggabungan memompa dan chiller kecepatan variabel kontrol dan meningkatkan suhu air yang meninggalkan pendingin mengakibatkan penghematan dalam penggunaan listrik dari hampir 50 persen dengan 1.6- tahun pengembalian modal,

Recycling of plasticsMechanical recycling Daur plastik tanpa mengubah struktur dasar dari materiChemical recycling (feedstock recycling)memecah polimer plastik menjadi monomer konstituennya atau menjadi bahan kimia lainnya.6.10.4 Replacing fossil fuel feedstockspenggunaan bahan baku biomassa mengganti plastik dengan serat alami6.11 Petroleum refiningDua faktor akan cenderung menaikkan penggunaan energi secara keseluruhan terkait dengan ekstraksi dan pemurnian minyak bumi selama transisi ke bahan bakar masa depan yang bebas fosil: batas yang semakin ketat pada kandungan sulfur bensin; dan menurunnya kualitas dan kemudahan penggalian sumber daya yang tersisa minyak bumi.

6.12 Chemical industriespenggunaan energi per unit output dalam industri kimia telah jatuh secara dramatis selama dua dekade terakhir. Untuk mendorong reaksi kimia, energi harus disediakan untuk memecah ikatan kimia yang ada dan membentuk yang baru. proses yang ada umumnya menggunakan jauh lebih banyak energi daripada yang secara teoritis diperlukan; kelebihan energi digunakan untuk hal-hal seperti pemanasan reaktan suhu yang tinggi sehingga reaksi yang diinginkan akan terjadi atau energi yang terbuang menarik obligasi yang salahpenghematan energi lebih cukup besar bisa terjadi jika :peningkatan katalis yang mempercepat reaksi tertentu dan, secara tidak langsung, meminimalkan produksi produk yang tidak diinginkan (pengenalan katalis mengurangi energi yang dibutuhkan untuk memproduksi pupuk amonia dengan faktor tiga ); danteknik baru atau yang ditingkatkan untuk pemisahan dan konsentrasi, termasuk teknologi membran (sudah menembus industri chlor-alkali), penggunaan cairan superkritis (cairan pada kombinasi suhu dan tekanan sehingga tidak ada perbedaan antara negara-negara cair dan gas) andUse kristalisasi beku (yang dapat memberikan penghematan energi 75-90 persen dibandingkan dengan distilasi).

Dalam pembuatan senyawa kimia, masukan energi dalam kondisi ideal (tanpa kerugian) persis akan sama dengan nilai kalor dari produk dikurangi nilai pemanasan input. Jika perbedaan ini adalah positif, reaksi endotermik dan energi harus ditambahkan. Jika perbedaannya adalah negatif, reaksi eksotermik tapi, pada prinsipnya, panas yang dilepaskan dapat ditangkap dan digunakan di suatu tempaenergi yang lebih besar digunakan dalam praktek karena: non-selektivitas reaksi, kerugian panas ke lingkungan, dan ketidakmampuan untuk memulihkan dan menggunakan semua panas yang dilepaskan dari reaksi eksotermis.6.13 Desalinasi Air LautAir laut dapat di desalinasi melalui :Proses Termal (Perubahan Fasa)Proses Mekanik (Fasa Tunggal)

A. Proses TermalAda beberapa proses termal, diantaranya Multi-Stage Flash (MSF) dan distilasi Multi-Effect Boiling (MEB). Keduanya menggunakan prinsip penguapan air secara berturut-turut pada suhu dan tekanan yang rendah, 100C untuk MSF dan 70C untuk MEBB. Proses MekanikMembran, yang paling umum digunakan untuk penyulingan dengan sistem reverse osmosis (RO), menggunakan pompa untuk meningkatkan tekanan air laut menjadi 70 atm dan disaring oleh membran sehingga garam akan tertinggal.Elektrodialisis, menggunakan listrik untuk mengionisasi air. Menggunakan dua sistem yaitu reverse osmosis dan MSF. 6.14 Manajemen PanasAda potensi besar untuk memanfaatkan kembali temperatur tinggi dari buangan uap serta transmisi gas alam untuk efisiensi panas dan listrik.

A. Energi Panas BertekananPanas gas buang di atas 300C berpotensi menghasilkan listrik. Gas buang tersebut dapat berasal dari furnaces, proses petrokimia, proses industri logam, dll. Energi panas yang bertekanan ini dapat menggerakan turbin, merubah energi mekanik menjadi listrikB. Meningkatkan Efisiensi Listrik IndustriEfisiensi listrik yang dihasilkan dari industri pulp dan kertas, petrokimia dan kimia dapat diperoleh apabila menggunakan peralatan :1. Boiler, efisiensi 22-23%2. Turbin Gas, efisiensi 24-29%3. Turbin uap, efisiensi 9-13%6.15 Sistem Mesin BermotorMesin bermotor dapat ditemukan pada kompresor kulkas, AC, kipas exhaust, pompa, blower, dll. Energi yang dibutuhkan bergantung pada:Efisiensi mesinDaya yang dibutuhkanKecepatan motorUntuk mengubah kecepatan motor membutuhkan VSD, mengubah input arus listrik AC dari 50 Hz ke frekuensi lain, sehingga dapat mengubah tingkat putaran motor.

summaryIndustrial energy penggunaannya sekitar 1/3 dari energi dunia yang digunakan energi penyumbang CO2Penggunaan energi utama industri di industri besi baja, alumunium, tembaga, semen, kaca, pulp dan kertas, pupuk, kimia dan petrokimia.Besi, alumunium, tembaga, seng ada di alam sebaga oksida. Langkah pertama dalam mengubah mineral yang mengandung logam adalah dengan menghilangkan oksigen dengan pemanasan suhu tinggiSuhu tinggi didapat dari pembakaran batu bara atau listrik.Banyak kesempatan untuk mengurangi intensitas energi dari beberapa industri, melalui cogeneration panas dan listrik, recovery dan penggunaan panas yang terpancar disekeliling, pengolahan kembali material primer.soalPenggunaan energi yang digunakan dalam pembuatan besi dapat direduksi dalam 7 cara, yang termasuk cara dari 7 cara tersebut adalaha. Melalui penggunaan langsung batu bara di tempat cokeb. Menggunakan teknik yang mampu mereduksi temperatur yang dibutuhkan dalam langkah yang berbedac. Pengembangan pabrik konvensionald. Mengurangi minimal 1 langkah pemanasan dan pendinginane. Semua benarsoal2. Cara mengurangi penggunaan energi dan emisi gas rumah kaca pada produksi alumunium, kecualiPenghematan energi melalui daur ulang alumuniumPenghematan energi pada produksi alumunium primerPenghematan energi dari produksi alumunium sekunderPenghematan energi dari produksi alumunium tersierMenghindari bersama emisi PFC dengan ketika alumunium sekunder diproduksi melalui daur ulang alumunium primer Soal3. Cara mengurangi intensitas energi pada semen konvensional, kecualiMenggunakan bahan alternatif pada produksi clinkerMemaksimalkan panas yang terbuangPenggantian produksi dry kiln ke wet kilnMeningkatkan penggunaan zat tambahan non-clinker dalam pengadukan semenMeningkatkan dry kiln ke bentuk yang lebih advanced

soal4. Cara mengurangi intensitas energi dalam produksi kertas, kecualiMeningkatkan energi yang dibutuhkan dalam proses bleachingMeningkatkan penggunaan serat daur ulangRecover dan penggunaan panas yang hilang sebanyak mungkinMengurangi energi yang digunakan dalam proses pengeringanMengoptimalkan co-production panas, listrik, dan bensin transportasisoal5. Seberapa bagian kah penggunaan energi global dalam sektor industri tahun 2005?2/33/41/21/41/3