PERED-technologie voor directe verminderde ijzerproductie

PERED-technologie voor directe verminderde ijzerproductie

PERED-technologie staat ook bekend als 'Persian Reduction'-technologie. Het is de directe reductietechnologie die in 2007 is uitgevonden en gepatenteerd door 'Mines and Metals Engineering GmbH'. Het PERED-proces voor directe reductie zet ijzeroxiden, in de vorm van pellets of klomperts, om in sterk gereduceerd product dat geschikt is voor staalproductie. De reductie van ijzeroxide vindt plaats zonder dat het smelt met behulp van reducerende gassen in vaste toestand in een oven met verticale schacht. Deze technologie verbetert het proces van directe reductie voor de productie van direct gereduceerd ijzer (DRI).

Het proces is een op gas gebaseerd direct reductieproces dat is ontwikkeld door een team van specialisten met ervaring in verschillende gebieden van het directe reductieproces om ervoor te zorgen dat alle stromen van verschillende processen in het hoofdproces worden verzorgd om optimale en efficiënte resultaten te verkrijgen . Het meest populaire gas dat voor reductie wordt gebruikt, is gereformeerd aardgas, hoewel andere gassen zoals Corex-gas en cokesovengas enz. ook kunnen worden gebruikt. PERED-technologie verlaagt de kapitaalkosten, het waterverbruik, de onderhoudskosten en het energieverbruik.

In PERED vindt het reductieproces plaats bij een lagere temperatuur vanwege de verbeterde koelmethoden en verminderde uitstoot van vervuilende gassen. Met minder warmte, meer homogeen reducerend gas, beter regelbare pellettoevoer en gebruik van centrifugaalcompressoren, heeft PERED minder water, elektriciteit en gas nodig om te werken, naast minder operationele en onderhoudskosten.

De output van de PRED-installaties voor directe reductie kan de vorm hebben van (i) koud direct gereduceerd ijzer (CDRI), heet gebriketteerd ijzer (HBI), een combinatie van CDRI/HBI, HBI/heet direct gereduceerd ijzer (HDRI) en CDRI/ HDRI.

PERED-technologie is een verbeterde energie-efficiënte technologie en bespaart dus energie en hulpbronnen. Het maakt optimaal gebruik van energie en grondstoffen, wat resulteert in verlaging van de productiekosten met als bijkomend voordeel dat het milieuvriendelijker is in vergelijking met andere op gas gebaseerde directe reductieprocessen. De technologie zorgt ook voor meer flexibiliteit tijdens het gebruik. Het is gemaakt om flexibel te zijn met betrekking tot het gebruik van een grote verscheidenheid aan grondstoffen (zoals ertsen met een hoog zwavelgehalte) en energiebronnen. Het proces kan tot 50 % ijzererts in klompvorm gebruiken. Het proces werkt bij bewezen hogere druk. Droog procesgas dat in het proces wordt gebruikt, resulteert in een hogere gasstroom met hetzelfde systeem, wat op zijn beurt de productie verhoogt of voor dezelfde productie het energieverbruik verlaagt.

De eerste fabriek voor directe reductie op basis van PERED-technologie met een ontwerpcapaciteit van 0,8 miljoen ton per jaar (Mtpa) begon in juni 2017 in de stad Shadegan, in de provincie Khouzestan in Iran. De DRI-fabriek startte probleemloos. Het product van deze plant had een metallisatie van meer dan 93% en een koolstofgehalte van meer dan 1,5%. Op de eerste dag werd een fabriekscapaciteit van 75 ton per uur (tph) behaald, samen met goede verbruikscijfers voor nutsbedrijven. Ook de ontworpen capaciteit van de installatie werd binnen korte tijd bereikt. De tweede PERED DRI-fabriek met een capaciteit van 0,8 Mtpa werd in oktober 2017 in gebruik genomen in het Mianeh Steel Complex in de provincie Oost-Azarbaijan in Iran (Fig 1). Er zijn nog twee PERED-fabrieken van elk 0,8 miljoen ton per jaar en een fabriek van 0,3 miljoen ton per jaar in aanbouw. 0,3 Mtpa-fabriek in PR China is gebaseerd op cokesovengas.

Fig 1 PERED DRI-fabriek in Mianeh Steel Complex in de provincie Oost-Azarbaijan, Iran

Het PERED-proces bestaat uit verschillende verbeteringen ten opzichte van bestaande op gas gebaseerde directe reductietechnologieën. De meest opvallende kenmerken van het PERED-reductieproces worden hieronder gegeven.

• PERED-proces is een continu proces dat gebruik maakt van een ononderbroken stroom reducerende gassen voor de verwijdering van zuurstof (O2) uit het ijzeroxide-toevoermateriaal en ook voor het carboneren van het product DRI.
• Het brandstofverbruik wordt geminimaliseerd door het recyclen van het topgas uit de verticale schachtoven terug in het proces.
• Het gasreforming-systeem is speciaal ontworpen voor het gebruik van de kooldioxide (CO2) die vrijkomt bij de reductie van ijzeroxiden in de verticale schachtoven. Het systeem is ontworpen voor de katalytische omzetting van aardgas zonder roetvorming. Dit elimineert de noodzaak van een externe bron van O2 voor de partiële oxidatie van methaan (CH4).
• Het proces is ontworpen om maximale warmteterugwinning te bereiken door de hoofdlucht, het aardgas en het voedingsgas voor te verwarmen.

In het PERED-proces begint de innovatie en beoordeling van de belangrijkste apparatuur direct vanaf de verticale schachtoven. De schachtoven is uniek in zijn soort en is ontworpen om verbeterde patronen van de vaste- en gasstromen te hebben om de reacties die plaatsvinden in de oven te verbeteren. Dit resulteert in een groter volume van de reductiezone, wat resulteert in een hogere productiesnelheid. De oven heeft een dubbele reducerende gasinjectie die de gasverdeling in de oven verbetert. De aanvoer en verdeling van de ertslast in de oven is verbeterd voor het bereiken van betere resultaten. De verdeling van de ertsbelasting in de oven is verbeterd door de introductie van de nieuw uitgevonden toevoerleiding.

Er zijn verschillende speciale kenmerken in de schachtoven. In de bovenste zone, die ook de reductiezone is, omvatten de speciale kenmerken (i) oxidetoevoer en distributie door speciale toevoerleidingen, (ii) optimalisatie van de hoogte tot diameterverhouding voor het verbeteren van het gebruik van de oven, en (iii) optimalisatie van de reductiereacties; Fe (oxide)+CO=Fe (metaal)+CO2 en Fe (oxide)+H2=Fe (metaal)+H2O

De reductiereacties worden geoptimaliseerd in de reductiezone van de oven, aangezien (i) er geen apparatuur in de reductiezone van de oven is, (ii) er een reductie is in de vorming van fijne deeltjes vanwege de verbetering van de materiaalverdeling in de oven dankzij speciale toevoerleidingen , (iii) optimalisatie van het effectieve reductievolume in de oven, (iv) ontwerp van de reductiezone om mogelijke vervuiling door gaslekkage te elimineren, en (v) ontwerp van de oven speciaal om de kapitaal- en onderhoudskosten te verlagen. De speciale ontwerpkenmerken van de reductiezone van de oven omvatten (i) ontwerp met dubbele gasafvoer vanaf het bovenste schotelvormige uiteinde, (ii) verbeterd temperatuurprofiel van de last om een ​​uniforme productkwaliteit te garanderen, (iii) vermindering van overdracht van het ijzer fijne ertsdeeltjes/pellets om de levensduur van het vuurvaste materiaal bij het bovenste gaskanaal te verbeteren, (iv) optimalisatie van de ovengrootte om het benodigde volume van de reductiezone te hebben, en (v) lagere temperatuur van het afgas vanwege verbeterde efficiëntie om een ​​lagere belasting te hebben op de scrubbers. Ontwerpkenmerken van de reductiezone bieden ook (i) dubbele reducerende gasinjectie, (ii) rechthoekig drukpoortontwerp voor de verbeterde gasinjectie en betere onderhoudbaarheid, (iii) taps toelopende vuurvaste constructie om te zorgen voor zwelling van DRI, (iv) flexibiliteit om te hebben verschillende temperaturen en gassamenstellingen vanwege de zuurstofinjectie, (v) verbeterde benutting van drukgas, (vi) verbeterde gasverdeling in de oven, (vii) uniforme bedtemperatuur over de oven, (vii) eliminatie van de mogelijkheid van clustering in de oven, (vii) flexibiliteit om brokken ijzererts te gebruiken, en (viii) verbetering van de productiviteit en productkwaliteit.

Er vindt ook in-situ-reforming van gas plaats in de oven met verticale schacht. Heet druktegas bevat een bepaald percentage CH4, CO2 en H2O. Wanneer dit gas in contact komt met metallisch ijzer (metallisch ijzer werkt als een katalysator), genereert het extra reducerend gas in de schachtoven. De in-situ reforming reacties zijn zoals hieronder weergegeven.

CH4+H2O=CO+3H2  dH>0

CH4+CO2=2CO+2H2  dH>0

Aan de ene kant vereist de endotherme in-situ-reformeringsreactie een hogere temperatuur van het drukgas, terwijl aan de andere kant afbraak van pellets/ijzerertsklonten, vorming van fijne deeltjes en clustering optreedt wanneer de temperatuur hoog is. Het ontwerp van de PERED-schachtoven heeft een dubbele bustle-poort om de hoeveelheid CH4 in het bustle-gas te optimaliseren die nodig is voor de regeling van de bedtemperatuur.

De speciale kenmerken van de gasreformer die in het PERED-proces wordt gebruikt, zijn als volgt.

• Aardgas wordt voorverwarmd in de rookgasterugwinningswisselaar van de reformer
• Het terugwinningssysteem haalt de warmte uit het gas van de reformer-stack
• De reformer is een multi-bay reformer met katalysatorbuizen. Het maakt gebruik van reformerbuizen met een diameter van 250 mm en is ontworpen om minder ruimte nodig te hebben
• De katalysator 'Performex' is speciaal voor het proces ontwikkeld

De koelzone van de verticale schachtoven heeft 360 graden roterende lastvoeders. Het ultramoderne ontwerp van de feeders zorgt voor betere en uniforme prestaties van de koelzone. De last wordt gevoed in de koelzone met vier onafhankelijk gestuurde roterende assen. Omdat het een koude zone is, is er geen watermantel. Als er een cluster wordt gevormd, wordt deze losgemaakt door omgekeerde rotatie en snelheidsregeling. Het koelgas naar de koelzone wordt vanaf de buitenkant van de kop geïnjecteerd en het hete koelgas wordt uniform verzameld door gevormde afvoeren. Ook is er geen kans op falen in de kop omdat er geen vuurvast materiaal in de kop zit. Verder is het koelsysteem ontworpen om de deeltjes in de gaswasser te elimineren. Het gas wordt gecomprimeerd en toegevoerd aan de verticale productuitlaatzone van de ovenbodem.

Typische specificatie van een 0,8 Mtpa PERED-fabriek samen met verbruikscijfers wordt gegeven op Tab 1

Nuttige kenmerken van het PERED-reductieproces

Hieronder volgen de handige kenmerken van een PERED-installatie voor directe reductie.

• Bewezen proces met succesvolle exploitatie van commerciële fabriek
• Lage specifieke kapitaalkosten van de fabriek
• Laag specifiek energieverbruik leidt tot lagere energiekosten
• Lage bedrijfskosten
• Laag specifiek waterverbruik
• Laag milieuvervuiling
• Verschillende productopties beschikbaar, waaronder CDRI, HDRI en HBI
• Het proces is flexibel met betrekking tot het gebruik van ijzeroxide. Het kan tot 50% ijzerertsbrokken gebruiken
• Er is flexibiliteit in het proces voor het gebruik van ertsen met een hoog zwavelgehalte
• Er is een ontwerp beschikbaar voor installaties met een capaciteit van meer dan 1 Mtpa