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Reducción de olores para el sector siderúrgico
El sector del hierro y el acero es el segundo mayor usuario industrial de energía, consumió 616 Mtep en 2007 y también es la mayor fuente industrial de emisiones de CO2. Los cinco productores más importantes (China, Japón, Estados Unidos, la Unión Europea y Rusia) representan más del 70% de la producción mundial total de acero. La reducción de la fundición es un término asignado a un grupo de próximos procesos de fabricación de hierro que tienen como objetivo superar ciertos problemas fundamentales de la ruta del alto horno existente. Estos problemas incluyen la dependencia del funcionamiento a gran escala, la dependencia del carbón coquizable y las materias primas preparadas, así como la contaminación ambiental.
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Viabilidad de la tecnología y necesidades operativas:
La reducción de la fundición generalmente produce metal caliente a partir del mineral en dos pasos. Los minerales se reducen parcialmente en el primer paso y luego la reducción final y la fusión tienen lugar en la segunda etapa. Todo el proceso se lleva a cabo en dos reactores de proceso separados (el eje de reducción y el gasificador de fusión). Las materias primas (una mezcla de grumos, gránulos y / o sinterización) se cargan en el eje de reducción y se reducen a aproximadamente el 93% del DRI metalizado mediante un contraflujo de gas de proceso. Los tornillos de descarga transportan el hierro reducido directo a un gasificador de fusión donde, además de la reducción final y la fusión, tienen lugar todas las reacciones metalúrgicas de metal y escoria. El pionero de este proceso es COREX del grupo VAI (Gojic y Kozuh 2006).
Procesos similares en desarrollo incluyen COREX, CCF, DIOS, AISI y HISmelt (Price et al. 2001). Puede encontrar una explicación detallada de estos procesos en http://www.sail.co.in/learning_c….
DIOS (Reducción directa de fundición de hierro) fue desarrollado por la Federación Japonesa de Hierro y Acero (JISF), el Centro de utilización de carbón y un consorcio de ocho siderúrgicas japonesas. El sistema DIOS tiene tres hornos fluidizados. El mineral de hierro se precalienta en el primero de los dos reactores de lecho fluidizado en serie y se reduce previamente al 15-25% en el segundo reactor utilizando gases de escape limpios de la fundición. El polvo eliminado de la fundición, el gas residual y los finos eliminados de los gases que salen de los reactores de lecho fluidizado se inyectan nuevamente dentro de la fundición. Además, se inyecta una pequeña cantidad de finos de carbón, del orden de 50 kg por tonelada de producción de metal caliente, en el gas de fundición de la fundición para enfriar el gas de combustión y proporcionar CO y H2 adicionales para la reducción previa.
En el proceso de reducción de olores AUSMELT, el mineral en trozos o los finos de mineral se alimentan continuamente en un convertidor junto con el carbón en trozos y el fundente. Se inyecta carbón fino, oxígeno y aire a través de una lanza superior para permitir la combustión sumergida. El grado de oxidación y reducción se controla ajustando las proporciones de combustible a aire y carbón, así como la proporción de carbón fino inyectado en la lanza. Todas las reacciones se completan en un solo reactor.
En el proceso de reducción de olores HISMELT, se inyecta carbón a través de las capas inferiores en un baño fundido. El carbono se disuelve rápidamente y reacciona con el oxígeno del mineral de hierro entrante al monóxido de carbono y al hierro. Esta reacción es endotérmica y, por lo tanto, para mantener el proceso en marcha, se debe suministrar calor adicional. Esto se logra haciendo reaccionar el monóxido de carbono liberado del baño con oxígeno de la inyección superior de aire. Los gases calientes reaccionados salen del recipiente y se usan en un lecho fluidizado para precalentar y reducir el mineral entrante.
El proceso ruso ROMELT no implica ningún paso previo a la reducción. La fundición tiene un techo refrigerado por agua y paredes laterales en contacto con escoria y refractarios convencionales en contacto con el metal. Se inyecta una mezcla de aire y oxígeno a través de dos filas de toberas. El carbón y el mineral se alimentan por gravedad. El sistema, simple y robusto. ROMELT consume más energía que otros procesos de fundición debido a la falta de reducción previa y enfriamiento por agua extenso.
PLASMAMELT implica las reacciones en un horno de eje lleno de coque con toberas espaciadas simétricamente alrededor de la parte inferior del horno. El eje está completamente lleno de coque. Los generadores de plasma y el equipo para inyección de óxidos metálicos mezclados con material formador de escoria y posiblemente reductores están unidos a las toberas. Delante de cada tobera se forma una cavidad dentro de la columna de coque donde tienen lugar la reducción y la fundición. A intervalos regulares, la escoria y el metal producidos se extraen del fondo del horno. En el caso de la fundición de mineral de hierro, el gas residual del horno, que consiste principalmente en monóxido de carbono e hidrógeno, se puede utilizar para la reducción previa del http://ore. En otras aplicaciones del proceso, como la recuperación de metales de aleación del polvo de la cámara de filtros, el gas producido se utiliza como gas combustible. Si la materia prima contiene metales con altas presiones de vapor, por ejemplo zinc y plomo, estos metales salen del horno con el gas residual que luego pasa a través de un condensador donde Los metales se recuperan del gas.
La versión actual de la tecnología de reducción de olores es más adecuada para plantas integradas de mediana escala, que se encuentran principalmente en países en desarrollo (AIE 2008). Sin embargo, el desarrollo de tales procesos exige tiempo y dinero y estos países carecen de capital y de infraestructura de apoyo, por lo tanto, a menudo se desaniman por los riesgos percibidos que implican las nuevas tecnologías. El período de desarrollo, desde la etapa experimental hasta la de una capacidad industrial confiable, Pueden ser diez años o más. El costo de desarrollar un proceso de reducción directa hasta el punto en que pueda considerarse una tecnología probada podría oscilar entre 30 y 100 millones de dólares estadounidenses (Gojic y Kozuh 2006). El mayor riesgo de proceso asociado con los nuevos procesos de reducción de olores dará como resultado una curva de arranque mucho más lenta y mayores costos de puesta en marcha.
Los procesos de reducción directa se introdujeron en el servicio industrial a fines de la década de 1950. Varios grupos de todo el mundo, particularmente en Europa, Japón, Australia, Sudáfrica y los Estados Unidos, se dedican a la investigación y el desarrollo de varios conceptos de proceso. Muchos de estos procesos se han probado con éxito a escala de planta piloto / de demostración y algunos de ellos se han comercializado. Actualmente, solo el proceso COREX (Voest-Alpine, Austria) es comercial y opera en Sudáfrica, Corea del Sur e India, y está en construcción en Baosteel en China. El proceso COREX específico utiliza mineral aglomerado, que se reduce previamente mediante gases provenientes de un baño caliente. El hierro previamente reducido se derrite en el baño. El proceso produce un exceso de gas, que se utiliza para la generación de energía, la producción de DRI o como gas combustible. La tecnología FINEX permite el uso de finos de mineral, pero la primera planta comercial ahora está en construcción y, por lo tanto, no está incluida en la mejor práctica. Asimismo, la primera planta comercial que utiliza el proceso HISmelt está en construcción en Australia (Worrell y Neelis 2007). Aún así, las tecnologías de reducción de olores son, en su mayor parte, aplicaciones de nicho y están destinadas a proporcionar fuentes de metal caliente en pequeñas capacidades (menos de 1 millón de toneladas / año) (MIDREX).
Una solución futura para las tecnologías de reducción de olores puede ser la reducción de la fundición de hidrógeno, que se investiga en Austria (Hiebler y Plaul 2004), pero el despliegue debe comenzar después de 2025 (IEA 2010). Las tecnologías de reducción de olores también permiten la integración de la captura y almacenamiento de carbono (CCS) en la producción de hierro, especialmente cuando el proceso no contiene nitrógeno (IPCC 2007).
Según el AIE (2010), el estado de implementación puede contribuir a un aumento en las proporciones de tecnologías de reducción de olores de 3% en 2015 a 18% en 2030 y 31% en 2050. Más en detalle, el estado actual de I + D implica una mejora del intercambio de calor en FINEX, una nueva configuración de HISMELT para reducir el consumo de carbón, la integración de HISMELT e ISARNA, mientras que los proyectos de demostración actuales tienen lugar para FINEX y HISMELT, un proyecto para producir pellets reducidos estará activo en 2015 y una planta de demostración con fundición funcionará 2020.
Cómo la tecnología podría contribuir al desarrollo socioeconómico y la protección del medio ambiente arriba:
Los procesos de reducción de olores pueden ayudar al desarrollo industrial de los sectores del hierro y el acero en instalaciones medianas en países en desarrollo. Reducción de olores, que integra la aglomeración de minerales, la fabricación de coque y la producción de hierro en un solo proceso, ofreciendo una alternativa de eficiencia energética a pequeña y mediana escala (IPCC 2007). Como ejemplo, Price et al. (2001) demuestran que Sudáfrica desarrolló el proceso COREX, ya que posee grandes reservas de minerales de hierro adecuados, pero solo pequeñas reservas de coque o carbones metalúrgicos. Sin embargo, los carbones adecuados para la reducción de olores están disponibles en cantidad, y el carbón está disponible “en la puerta” de las reservas de mineral de hierro. El proceso de reducción de la fundición puede usar minerales de hierro con alto contenido de álcali, como se encuentra en Sudáfrica (Wintrell, 1992). Por lo tanto, el proceso COREX permitió el uso económico de las reservas locales de mineral de hierro y carbón (Price et al. 2001). En general, el metal caliente producido por el proceso de reducción de fundición es más barato que el obtenido por la ruta del alto horno.
En general, el consumo de energía de las tecnologías de reducción de olores se reduce porque se elimina la producción de coque y se reduce la preparación de mineral de hierro. Como ejemplo, debido a sus propiedades específicas, el gas de exportación COREX puede reemplazar el gas natural para la mayoría de las aplicaciones, incluida la generación de energía, la producción de DRI, el calentamiento y la generación de gases de síntesis para la industria química. basado en la planta que opera comercialmente en el sitio de Pohang de POSCO en Corea. El consumo de carbón de la planta es de alrededor de 29,4 GJ / tm (100 kgce / t), 75 kWh / t (9,2 kgce / t) de electricidad de metal caliente y 526 Nm3 / t de metal caliente de oxígeno. Exporta gases de escape con un valor energético de 13,4 GJ / t (457 kgce / t) de metal caliente (Sorrell y Neelis 2007).
Además, a escala mundial, un estudio realizado en 2000 estimó el potencial técnico de 2010 para la mejora de la eficiencia energética con las tecnologías existentes en un 24% (De Beer et al., 2000) y que se podría lograr un 5% adicional para 2020 utilizando tecnologías avanzadas como como reducción de fundición y fundición casi neta (IPCC 2007).
Contribución de la tecnología a la protección del medio ambiente:
Los principales beneficios de los procesos de reducción de olores se refieren al uso de una amplia gama de minerales de hierro, la eliminación de plantas de coque perjudiciales para el medio ambiente, muy buena calidad de metal caliente para todas las aplicaciones de acero de alta calidad, posible utilización de gases de exportación, excelente compatibilidad medioambiental. El metal caliente y la extracción de escoria son comparables a los de la práctica convencional de altos hornos. La escoria COREX, por ejemplo, tiene una composición similar a la escoria de alto horno y puede usarse de una manera probable (por ejemplo, en la industria del cemento).
Clima:
Según la AIE (2008), las técnicas de reducción de fundición pueden contribuir a un costo de CO2 evitado en un rango de 50-100 USD / tonelada para 2020. La reducción de fundición de hoy genera cantidades sustanciales de gas residual excedente, típicamente alrededor de 9 GJ / t de producto. La reutilización de los gases residuales de la planta de reducción de olores podría conducir a importantes reducciones adicionales de CO2.
El potencial actual de reducción de CO2 de las tecnologías de reducción de olores se estima en alrededor de 30-100 MtC para fines de 2010 (IPCC 2007). El ahorro total de energía potencial de todas las mejores tecnologías disponibles en la industria del hierro y el acero es de 133 Mtoe, equivalente a 421 Mt CO2 en función de los niveles de producción actuales. Estos potenciales son técnicos y los potenciales económicos están significativamente por debajo de estos niveles, ya que lograr estos ahorros requerirá una reconstrucción o reformas importantes. En algunas regiones con producción a pequeña escala y carbón indígena y mineral de hierro de baja calidad, el potencial de reducción será particularmente difícil de lograr. China representa el 55% del ahorro potencial de energía, aunque otros países tienen un mayor potencial en términos de reducciones de energía por unidad de acero producido. El potencial global promedio es de 4.1 GJ por tonelada de acero crudo, equivalente a 0.3 tCO2 / tonelada de acero producido (IEA, 2010).
Requisitos financieros y costos superiores:
En general, las tecnologías de reducción de fundición pueden ser rentables, ya que proporcionan una alta flexibilidad operativa con respecto a la producción, paradas de producción y cambios en la materia prima, y también reducen los gastos de producción de metal caliente de hasta un 20% en comparación con un alto horno de capacidad similar Los costos reales de las técnicas de reducción de olores varían sustancialmente entre las diferentes técnicas empleadas. Se puede decir que los procesos de reducción de fundición pueden resultar en un menor costo teórico para producir acero líquido usando carbón y mineral de hierro fino. Sin embargo, el costo operativo nunca es el único factor por el cual los inversores determinan su selección de la ruta del proceso (Klauwon, sin fecha). Aún así, como referencia, la mayoría de los procesos de reducción de olores utilizan un costo de capital de US $ 300 por producción anual de metal caliente MT, mientras que una planta MIDREX HOTLINK produce 720,000 toneladas / año de 700 grados. C DRI solo costaría aproximadamente US $ 170 por tonelada anual de DRI caliente. Las plantas más grandes de HOTLINK tienen un costo de capital tan bajo como US $ 138 por tonelada anual de DRI caliente. El costo del hierro líquido por tonelada es más alto que el costo operativo teórico del metal caliente de los nuevos procesos de reducción de olores.
