PERED Directe Reductietechnologie – Versnelde, Energie-efficiënte IJzerproductie

PERED-technologie voor Direct GereDUCEERD IJzerproductie

PERED-technologie is ook bekend als 'Persiaanse Reductie'-technologie. Het is de directe reductietechnologie uitgevonden en gepatenteerd door 'Mines and Metals Engineering GmbH' in 2007. Het PERED directe reductieproces converteert ijzeroxiden, in de vorm van pellets of lump-erts, tot een hooggereduceerd product geschikt voor staalproductie. De reductie van ijzeroxide vindt plaats zonder smelting met behulp van reductiegassen in vaste toestand in een verticale schachtoven. Deze technologie verbetert het proces van directe reductie voor de productie van direct gereduceerd ijzer (DRI).

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

In PERED vindt het reductieproces plaats bij een lagere temperatuur door verbeterde koelmethoden en verminderde emissies van verontreinigende gassen. Met minder warmte, meer homogeen reductiegas, meer controleerbare pelletvoeding en gebruik van centrifugaalcompressoren, vereist PERED minder water, elektriciteit en gas om te werken, naast lagere operationele en onderhoudskosten.

Output van PERED directe reductiefabrieken kan zijn in de vorm van: (i) koud direct gereduceerd ijzer (CDRI), hot briquetted iron (HBI), combinatie van CDRI/HBI, HBI/warm direct gereduceerd ijzer (HDRI), en CDRI/HDRI.

Energie-efficiënte Technologie

PERED-technologie is een verbeterde energie-efficiënte technologie en bespaart daarom energie en bronnen. Het maakt optimaal gebruik van energie en grondstoffen wat resulteert in reductie van de productiekosten met het toegevoegde voordeel van meer milieu-vriendelijk vergeleken met andere gasgebaseerde directe reductieprocessen. De technologie biedt ook verhoogde flexibiliteit tijdens de operatie. Het is geschapen om flexibel te zijn met betrekking tot het gebruik van een brede variëteit aan grondstoffen (zoals ertsen met hoge zwavel) en energiebronnen. Het proces kan tot 50% iJzererts in lump-vorm gebruiken. Het proces werkt bij bewezen hogere druk. Droog procesgas dat in het proces gebruikt wordt, resulteert in hogere gasstroom met hetzelfde systeem, wat op zijn beurt de productie verhoogt of voor dezelfde productie het stroomverbruik verlaagt.

De eerste directe reductiefabriek gebaseerd op PERED-technologie met een ontwerp-capaciteit van 0,8 miljoen ton per jaar (Mtpa) startte in juni 2017 in Shadegan stad, Khouzestan provincie van Iran. De DRI-fabriek startte zonder enig probleem. Het product van deze fabriek had een metallisatie van meer dan 93%, en een koolstofgehalte van meer dan 1,5%. Fabriekcapaciteit van 75 ton per uur (tph) werd bereikt op de eerste dag samen met goede verbruikscijfers voor utiliteiten. De ontworpen capaciteit van de fabriek werd ook binnen een korte periode bereikt. De tweede PERED DRI-fabriek van capaciteit 0,8 Mtpa werd in oktober 2017 in gebruik genomen bij Mianeh Steel Complex in Oost-Azerbeidzjan provincie in Iran (Fig. 1). Twee extra PERED-fabrieken van 0,8 Mtpa elk en één fabriek van 0,3 Mtpa zijn in aanbouw. De 0,3 Mtpa fabriek in VR China is gebaseerd op cokesovengas.

PERED-proces bestaat uit verschillende verbeteringen ten opzichte van bestaande gasgebaseerde directe reductietechnologieën. De meest opvallende kenmerken van het PERED-reductieproces zijn hieronder gegeven.

• PERED-proces is een continu proces dat een ononderbroken stroom reductiegassen gebruikt voor de verwijdering van zuurstof (O₂) uit het ijzeroxide voermateriaal en ook voor het verkoken van het product DRI.
• Brandstofverbruik wordt geminimaliseerd door hergebruik van het topgas van de verticale schachtoven terug in het proces.
• Het gashervervormingssysteem is speciaal ontworpen voor het gebruik van kooldioxide (CO₂) geproduceerd tijdens de reductie van ijzeroxiden in de verticale schachtoven. Het systeem is ontworpen voor de katalytische conversie van aardgas zonder vorming van roet. Dit elimineert de noodzaak van een externe bron van O₂ voor de deeltijdige oxidatie van methaan (CH₄).
• Het proces is ontworpen om maximale warmterecovery te bereiken door voorverhitting van de hoofdlucht, aardgas en voergas.

Innovaties in de Schachtoven

In het PERED-proces begint de innovatie en herziening van de hoofduitrusting meteen bij de verticale schachtoven. De schachtoven is uniek van zijn soort en is ontworpen om verbeterde patronen van vaste stof- en gasstromen te hebben om de reacties die plaatsvinden binnen de oven te verbeteren. Dit resulteert in een hoger volume van reductiezone wat resulteert in een hogere productiesnelheid. De oven heeft dubbele reductiegasinjectie wat de verdeling van gas binnen de oven verbetert. Ertslading en verdeling binnen de oven is verbeterd voor het bereiken van betere resultaten. Verdeling van de ertslading binnen de oven is verbeterd door de invoering van de nieuw uitgevonden voerbuis.

Er zijn verschillende speciale kenmerken binnen de schachtoven. In de bovenste zone, wat ook de reductiezone is, omvatten de speciale kenmerken: (i) oxidelading en verdeling door speciale voerbuizen, (ii) optimalisatie van hoogte-tot-diameterverhouding voor het verbeteren van de benutting 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 ovenreductiezone is, (ii) er reductie is in de fines-generatie vanwege verbetering van materiaalverdeling binnen de oven door speciale voerbuizen, (iii) optimalisatie van effectief reductievolume binnen de oven, (iv) ontwerp van de reductiezone om mogelijke verontreiniging door gaslekken te elimineren, en (v) ontwerp van de oven speciaal om kapitaal- en onderhoudskosten te verlagen. De speciale ontwerpkenmerken van de reductiezone van de oven omvatten: (i) dubbele topgas-afvoertop ontwerp van het bovenste dished einde, (ii) verbeterde ladingstemperatuurprofiel voor het waarborgen van uniforme productkwaliteit, (iii) reductie in meedrag van iJzererts fines/pellet om de levensduur van het refraktair bij topgasafvoer te verbeteren, (iv) optimalisatie van ovengrootte om het benodigde reductiezone-volume te hebben, en (v) lagere temperatuur van afgas vanwege verbeterde efficiëntie om lagere belasting op de scrubbers te hebben. Reductiezone ontwerpkenmerken bieden ook: (i) dubbele reductiegasinjectie, (ii) rechthoekige bustle-poort ontwerp voor verbeterde gasinjectie en beter onderhoud, (iii) getapten refraktaire constructie om rekening te houden met zwelling van DRI, (iv) flexibiliteit om verschillende temperaturen en gassamenstellingen te hebben vanwege de zuurstofinjectie, (v) verbeterde benutting van bustle-gas, (vi) verbeterde verdeling van gas binnen de oven, (vii) uniforme bedtemperatuur over de oven, (vii) eliminatie van de mogelijkheid van clustering binnen de oven, (vii) flexibiliteit om iJzererts lumps te gebruiken, en (viii) verbetering in productiviteit en productkwaliteit.

Er vindt ook in-situ hervervorming van gas plaats binnen de verticale schachtoven. Warm bustle-gas bevat een bepaald percentage CH₄, CO₂ en H₂O. Dit gas wanneer het in contact komt met metallisch ijzer (metallisch ijzer fungeert als katalysator), genereert additioneel reductiegas binnen de schachtoven. De in-situ hervervormingsreacties zijn als volgt:

CH₄ + H₂O = CO + 3H₂  ΔH > 0
CH₄ + CO₂ = 2CO + 2H₂  ΔH > 0

Aan de ene kant vereist de endotherme in-situ hervervormingsreactie hogere bustle-gastemperatuur, terwijl aan de andere kant degradatie van pellet/ijzererts lump, generatie van fines, en clustering optreedt wanneer temperaturen hoog zijn. Het ontwerp van de PERED schachtoven heeft dubbele bustle-poort om de hoeveelheid CH₄ in het bustle-gas te optimaliseren die nodig is voor de controle van de bedtemperatuur.

Gashervervormer Kenmerken

De speciale kenmerken van de gashervervormer gebruikt in het PERED-proces zijn als volgt:

• Aardgas wordt voorverwarmd in de hervervormer rookgas herstelwisselaar
• Het herstelsysteem haalt de warmte uit het gas van de hervervormer schoorsteen
• De hervervormer is een multi-bay hervervormer met katalysatorbuizen. Het gebruikt hervervormerbuizen van 250 mm diameter en is ontworpen om minder ruimte te vereisen
• De katalysator 'Performex' is speciaal voor het proces ontwikkeld

Koelzone

De koelzone van de verticale schachtoven heeft 360 graden rotterende ladingsschenken. Het state-of-the-art ontwerp van de schenken biedt betere en uniformere prestaties van de koelzone. De lading wordt in de koelzone gevoerd met vier onafhankelijk geregelde rotterende assen. Omdat het een koude zone is, is er geen waterbekleding. Als er een cluster gevormd wordt, wordt deze ontlogen door omgekeerde rotatie en snelheidscontrole. Het koelgas naar de koelzone wordt geïnjicteerd van buitenste header en warm koelgas wordt uniform verzameld door gevormde afvoeren. Ook is er geen kans op falen in de header aangezien er geen refraktair in de header zit. Verder is het koelsysteem ontworpen om deeltjes in de scrubber te elimineren. Het gas wordt gecomprimeerd en gevoerd naar de verticale oven bodem productuitlaatzone.

Specificaties 0,8 Mtpa PERED-fabriek

Typische specificatie van een 0,8 Mtpa PERED-fabriek samen met verbruikscijfers is gegeven in Tabel 1.

Nuttige Kenmerken van het PERED Reductieproces

De volgende zijn de nuttige kenmerken van een PERED directe reductiefabriek:

• Bewezen proces met succesvolle operatie van commerciële fabriek
• Lage specifieke kapitaalkosten van de fabriek
• Laag specifiek energieverbruik leidend tot lagere energiekosten
• Lage kosten van fabrieksoperatie
• Laag specifiek waterverbruik
• Laag niveau van milieuverontreiniging
• Verschillende productopties beschikbaar waaronder CDRI, HDRI en HBI
• Proces is flexibel met betrekking tot gebruik van ijzeroxide. Het kan tot 50% ijzererts lumps gebruiken
• Er bestaat flexibiliteit in het proces voor het gebruik van hoge zwavel ertsen
• Beschikbaar ontwerp bestaat voor fabrieken met capaciteiten hoger dan 1 Mtpa