PERED-Technologie für die Produktion von direkt reduziertem Eisen

PERED-Technologie für die Produktion von direkt reduziertem Eisen

Die PERED-Technologie ist auch als „Persian Reduction“-Technologie bekannt. Es ist die Direktreduktionstechnologie, die 2007 von der Mines and Metals Engineering GmbH erfunden und patentiert wurde. Das PERED-Direktreduktionsverfahren wandelt Eisenoxide in Form von Pellets oder Stückerz in ein stark reduziertes Produkt um, das für die Stahlherstellung geeignet ist. Die Reduktion von Eisenoxid erfolgt ohne dessen Schmelzen mit Hilfe von Reduktionsgasen in festem Zustand in einem vertikalen Schachtofen. Diese Technologie verbessert den Prozess der Direktreduktion zur Herstellung von direkt reduziertem Eisen (DRI).

Das Verfahren ist ein gasbasiertes Direktreduktionsverfahren, das von einem Team von Spezialisten mit Erfahrung in verschiedenen Bereichen des Direktreduktionsverfahrens entwickelt wurde, um sicherzustellen, dass alle Abläufe verschiedener Prozesse im Hauptverfahren berücksichtigt werden, um optimale und effiziente Ergebnisse zu erzielen . Das am häufigsten zur Reduktion verwendete Gas ist reformiertes Erdgas, obwohl auch andere Gase wie Corex-Gas und Kokereigas usw. verwendet werden können. Die PERED-Technologie senkt die Investitionskosten, den Wasserverbrauch, die Wartungskosten und den Energieverbrauch.

Bei PERED findet der Reduktionsprozess aufgrund verbesserter Kühlmethoden und reduzierter Schadgasemissionen bei geringerer Temperatur statt. Mit weniger Wärme, homogenerem Reduktionsgas, besser kontrollierbarer Pelletzufuhr und dem Einsatz von Zentrifugalkompressoren benötigt PERED weniger Wasser, Strom und Gas für den Betrieb sowie weniger Betriebs- und Wartungskosten.

Die Ausgabe aus den PERED-Direktreduktionsanlagen kann in Form von (i) kaltem direkt reduziertem Eisen (CDRI), heißem brikettiertem Eisen (HBI), einer Kombination aus CDRI/HBI, HBI/heißem direkt reduziertem Eisen (HDRI) und CDRI/ HDRI.

Die PERED-Technologie ist eine verbesserte energieeffiziente Technologie und spart somit Energie und Ressourcen. Es nutzt Energie und Rohstoffe optimal aus, was zu einer Reduzierung der Produktionskosten führt, mit dem zusätzlichen Vorteil, dass es im Vergleich zu anderen gasbasierten Direktreduktionsverfahren umweltfreundlicher ist. Die Technologie bietet auch eine erhöhte Flexibilität während des Betriebs. Es wurde so konzipiert, dass es hinsichtlich der Verwendung einer Vielzahl von Rohstoffen (z. B. Erze mit hohem Schwefelgehalt) und Energiequellen flexibel ist. Das Verfahren kann bis zu 50 % Eisenerz in Stückform verwenden. Das Verfahren arbeitet bei nachweislich höherem Druck. Im Prozess verwendetes trockenes Prozessgas führt bei gleichem System zu einem höheren Gasfluss, was wiederum die Produktion erhöht oder bei gleicher Produktion den Stromverbrauch reduziert.

Die erste Direktreduktionsanlage auf Basis der PERED-Technologie mit einer Auslegungskapazität von 0,8 Millionen Tonnen pro Jahr (Mtpa) wurde im Juni 2017 in der Stadt Shadegan in der iranischen Provinz Khouzestan in Betrieb genommen. Die DRI-Anlage startete ohne Probleme. Das Produkt dieser Anlage hatte eine Metallisierung von mehr als 93 % und einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 1,5 %. Am ersten Tag wurde eine Anlagenkapazität von 75 Tonnen pro Stunde (tph) zusammen mit guten Verbrauchszahlen für die Versorgungsunternehmen erreicht. Auch die geplante Kapazität der Anlage wurde innerhalb kurzer Zeit erreicht. Die zweite PERED DRI-Anlage mit einer Kapazität von 0,8 Mtpa wurde im Oktober 2017 im Mianeh Steel Complex in der Provinz East Azarbaijan im Iran in Betrieb genommen (Bild 1). Zwei weitere PERED-Anlagen mit jeweils 0,8 Mtpa und eine Anlage mit 0,3 Mtpa sind im Bau. 0,3 Mtpa-Anlage in der VR China basiert auf Kokereigas.

Abb. 1 PERED DRI-Anlage im Mianeh Steel Complex in der Provinz East Azarbaijan, Iran

Das PERED-Verfahren besteht aus mehreren Verbesserungen gegenüber bestehenden gasbasierten Direktreduktionstechnologien. Die bemerkenswertesten Merkmale des PERED-Reduktionsprozesses sind unten aufgeführt.

• PERED-Verfahren ist ein kontinuierliches Verfahren, das einen ununterbrochenen Strom reduzierender Gase zum Entfernen von Sauerstoff (O2) aus dem Eisenoxid-Einsatzmaterial und auch zum Aufkohlen des Produkts DRI verwendet.
• Durch die Rückführung des Gichtgases aus dem vertikalen Schachtofen in den Prozess wird der Brennstoffverbrauch minimiert.
• Die Gasreformierungsanlage ist speziell auf die Nutzung des bei der Reduktion von Eisenoxiden im vertikalen Schachtofen entstehenden Kohlendioxids (CO2) ausgelegt. Das System ist für die katalytische Umsetzung des Erdgases ohne Rußbildung ausgelegt. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer externen O2-Quelle für die partielle Oxidation von Methan (CH4).
• Der Prozess ist darauf ausgelegt, durch Vorwärmen der Hauptluft, des Erdgases und des Speisegases eine maximale Wärmerückgewinnung zu erreichen.

Beim PERED-Prozess beginnt die Innovation und Überprüfung der Hauptausrüstung direkt beim vertikalen Schachtofen. Der Schachtofen ist einzigartig in seiner Art und wurde entwickelt, um verbesserte Muster der Feststoff- und Gasströmungen zu haben, um die Reaktionen zu verbessern, die innerhalb des Ofens stattfinden. Dies führt zu einem größeren Volumen der Reduktionszone, was zu einer höheren Produktionsrate führt. Der Ofen verfügt über eine doppelte Reduktionsgasinjektion, die die Gasverteilung im Ofen verbessert. Zur Erzielung besserer Ergebnisse wird die Erzbeschickung und -verteilung innerhalb des Hochofens verbessert. Die Verteilung der Erzlast innerhalb des Ofens wird durch die Einführung des neu erfundenen Beschickungsrohrs verbessert.

Im Inneren des Schachtofens gibt es einige Besonderheiten. In der obersten Zone, die auch die Reduktionszone ist, umfassen die besonderen Merkmale (i) Oxidzufuhr und -verteilung durch spezielle Zufuhrrohre, (ii) Optimierung des Verhältnisses von Höhe zu Durchmesser zur Verbesserung der Nutzung des Ofens und (iii) Optimierung von die Reduktionsreaktionen; Fe(Oxid)+CO=Fe(Metall)+CO2 und Fe(Oxid)+H2=Fe(Metall)+H2O

Die Reduktionsreaktionen werden in der Reduktionszone des Ofens optimiert, da (i) keine Ausrüstung in der Ofenreduktionszone vorhanden ist, (ii) die Erzeugung von Feinanteilen aufgrund der Verbesserung der Materialverteilung innerhalb des Ofens aufgrund spezieller Zuführrohre verringert wird , (iii) Optimierung des effektiven Reduktionsvolumens innerhalb des Ofens, (iv) Design der Reduktionszone, um mögliche Verschmutzungen aufgrund von Gasleckagen zu eliminieren, und (v) Design des Ofens speziell zur Reduzierung der Investitions- und Wartungskosten. Zu den besonderen Konstruktionsmerkmalen der Reduktionszone des Ofens gehören (i) eine doppelte Topgasabzugskonstruktion vom oberen Tellerende, (ii) ein verbessertes Beschickungstemperaturprofil zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Produktqualität, (iii) eine Verringerung der Verschleppung des Eisens Erzfeinstoffe/Pellets, um die Lebensdauer des feuerfesten Materials am oberen Gaskanal zu verbessern, (iv) Optimierung der Ofengröße, um das erforderliche Volumen der Reduktionszone zu haben, und (v) niedrigere Temperatur des Abgases aufgrund des verbesserten Wirkungsgrads, um eine geringere Belastung zu haben auf den Wäschern. Die Designmerkmale der Reduktionszone bieten auch (i) eine doppelte Reduktionsgasinjektion, (ii) ein rechteckiges Bustle-Port-Design für die verbesserte Gasinjektion und bessere Wartbarkeit, (iii) eine sich verjüngende feuerfeste Konstruktion, um das Aufquellen von DRI zu berücksichtigen, (iv) Flexibilität zu haben unterschiedliche Temperaturen und Gaszusammensetzungen aufgrund der Sauerstoffinjektion, (v) verbesserte Nutzung von Treibgas, (vi) verbesserte Gasverteilung innerhalb des Ofens, (vii) gleichmäßige Betttemperatur über den Ofen, (vii) Eliminierung der Möglichkeit der Clusterbildung im Hochofen, (vii) Flexibilität bei der Verwendung von Eisenerzklumpen und (viii) Verbesserung der Produktivität und Produktqualität.

Innerhalb des vertikalen Schachtofens findet auch eine In-situ-Reformierung von Gas statt. Hot Bustle Gas enthält einen bestimmten Prozentsatz an CH4, CO2 und H2O. Dieses Gas erzeugt bei Kontakt mit metallischem Eisen (metallisches Eisen wirkt als Katalysator) zusätzliches Reduktionsgas im Schachtofen. Die In-situ-Reformierungsreaktionen sind wie unten angegeben.

CH4+H2O=CO+3H2 dH>0

CH4+CO2=2CO+2H2  dH>0

Auf der einen Seite erfordert die endotherme In-situ-Reformierungsreaktion eine höhere Treibgastemperatur, während auf der anderen Seite bei hohen Temperaturen ein Abbau von Pellets/Eisenerzklumpen, die Erzeugung von Feinanteilen und eine Clusterbildung auftritt. Das Design des PERED-Schachtofens hat einen doppelten Bustle-Port, um die Menge an CH4 im Bustle-Gas zu optimieren, die für die Steuerung der Betttemperatur benötigt wird.

Die besonderen Merkmale des im PERED-Prozess verwendeten Gasreformers sind wie folgt.

• Erdgas wird im Abgasrückgewinnungstauscher des Reformers vorgewärmt
• Das Rückgewinnungssystem erhält die Wärme aus dem Gas des Reformerstapels
• Der Reformer ist ein mehrschachtiger Reformer mit Kontaktrohren. Es verwendet Reformerrohre mit 250 mm Durchmesser und ist auf einen geringeren Platzbedarf ausgelegt
• Der Katalysator „Performex“ wurde speziell für das Verfahren entwickelt

Die Kühlzone des vertikalen Schachtofens verfügt über um 360 Grad drehbare Möllerzuführungen. Das hochmoderne Design der Feeder sorgt für eine bessere und gleichmäßigere Leistung der Kühlzone. Der Möller wird in der Kühlzone mit vier unabhängig gesteuerten rotierenden Wellen zugeführt. Da es sich um eine kalte Zone handelt, gibt es keinen Wassermantel. Wenn sich ein Cluster bildet, wird dieser durch Rückwärtsdrehung und Geschwindigkeitssteuerung entfernt. Das Kühlgas in die Kühlzone wird von außen eingespritzt und heißes Kühlgas wird gleichmäßig durch geformte Abzüge gesammelt. Außerdem besteht keine Möglichkeit eines Versagens des Kopfstücks, da es kein feuerfestes Material im Kopfstück gibt. Darüber hinaus ist das Kühlsystem so ausgelegt, dass es die Partikel im Wäscher eliminiert. Das Gas wird komprimiert und der Produktauslasszone am vertikalen Ofenboden zugeführt.

Typische Spezifikationen einer 0,8 Mtpa PERED-Anlage zusammen mit den Verbrauchszahlen sind auf Tab 1

Nützliche Funktionen des PERED-Reduktionsprozesses

Im Folgenden sind die nützlichen Merkmale einer PERED-Direktreduktionsanlage aufgeführt.

• Bewährter Prozess mit erfolgreichem Betrieb einer kommerziellen Anlage
• Niedrige spezifische Kapitalkosten der Anlage
• Niedriger spezifischer Energieverbrauch, der zu niedrigeren Energiekosten führt
• Niedrige Betriebskosten der Anlage
• Geringer spezifischer Wasserverbrauch
• Geringe Umweltbelastung
• Mehrere Produktoptionen verfügbar, darunter CDRI, HDRI und HBI
• Der Prozess ist flexibel in Bezug auf die Verwendung von Eisenoxid. Es kann bis zu 50 % Eisenerzklumpen verwenden
• Das Verfahren bietet Flexibilität für die Verwendung von Erzen mit hohem Schwefelgehalt
• Verfügbarkeit des Designs für Anlagen mit Kapazitäten über 1 Mtpa






Rolle der Schmierung während des Prozesses der Metallbearbeitung Mechanische Verfahren zur Entzunderung von Stahl