El proceso de reducción directa MIDREX MI DREX Reseña histórica del proceso de reducción directa MIDREX Para describir de forma sencilla la historia de MIDREX se sigue la siguiente cronología por laGerencia General de Ingeniería y Medio Ambiente. En los años 30, se funda la compañía c ompañía Surface Combustión, predecesora deMIDREX, desarrollando el Saber-Como (Know-How) en la aplicación de procesos decombustión para problemas industriales.2.1.2. industriales.2.1.2. En los años 40, Surface Combustión desarrolla el horno de cuba, como tambiénlas técnicas y los equipos para formar gas reformado.2.1.3. En los años 50, la compañía Surface Combustión es adquirida por Mid landRoss,desarrollando Ross,desarrollando un proceso de reducción directa con la combinación de la tecnología delhorno de cuba y gas reformado generado por un reformador estequiométrico. Entre 1965 y 1967, obtienen el primer p rimer contrato para la construcción de una planta piloto, a través de la empresa Oregon Steel Mills, en Portland, Oregon, EUA.2.1.5. En 1969, la división MIDREX es creada por Midland-Ross para llevar con granénfasis los negocios de reducción directa.2.1.6. En 1971, arranca la planta MIDREX de Georgetown, Carolina de Sur, EUA., conuna capacidad capacidad de 400000 t/a.2.1.7. En 1972, arranca la planta MIDREX en e n Hamburg, Alemania, con una capacidadde capacidadde 400000 t/a.2.1.8. En 1973, es formada una nueva corporación la cual comienza las operaciones enCharlotte, Carolina del Norte, EUA., y a comienzos de 1974 19 74 comienza a llamarseCorporación MIDREX.2.1.9. En 1983, Kobe Steel, Ltd. de Tokio, Japón, adquiere la corporación MIDREX. Lagerencia Lagerencia y el cuadro staff de MIDREX fue retenido y continúa la operación de lacompañía desde desde su sede en Charlotte, EUA.
Reacciones en el proceso MIDREX
Hay dos reactores en el proceso de reducción directa MIDREX: el horno de reducción y elreformador. Consta de tres etapas, la preparación de la materia prima, la reducción y la reformación.
A continuación se hará un resumen de las etapas ilustradas en la figura 2.1 Preparación de la materia prima
Tiene como objetivo recubrir la pella con cal h idratada para evitar que se aglomere por efectos de las altas a ltas temperaturas. Reacciones en el horno de Reducción
Se presenta seguidamente las reacciones que se dan en el horno reductor. Reducción
MIDREX utiliza un flujo continuo de gases reductores que químicamente extraen e loxígeno del óxido de hierro. Los gases reductores, hidrógeno y monóxido de carbono, son producidos producidos en un reformador estequiométrico y luego son introducidos en el horno de reduccióncon un análisis y temperaturas te mperaturas controladas. controladas. Fluyendo en contracorriente al óxido de hierro, losgases calientan, reducen, y carburizan el óxido a una composición deseada.La zona superior del horno es conocida como zona de reducción, y es aquí donde ocurren lasreacciones químicas que dan como producto el hierro reducido. En figura 2.2 se detallan lasreacciones químicas que se dan en el proceso de reducción.
Como el gas fluye en contracorriente al óxido, el monóxido de carbono y el hidrógeno sonconvertidos sonconvertidos gradualmente en dióxido de carbono y vapor de agua m ientras el material alimentadoes alimentadoes reducido a hierro metálico.La velocidad con que ocurran estas reacciones, determinan el tiempo de residencianecesitado residencianecesitado para metalizar el producto por encima de 92 % (generalmente es entre 4 y 6 horas);esto también es determinado por la capacidad de los equipos existentes en planta.A medida que el gas reductor asciende dentro del horno, el mismo va perdiendo su poder reductor, este gas que sale de la zona de reducción, por el tope de horno (conocido como Gas deTope o gas de cola), tiene una temperatura entre 300 ºC y 480 ºC. El gas tope pasa por el lavador de gas de tope donde se enfría a una temperatura entre 48 ºC y 56 ºC, y se le remueven las partículas finas de metálico y/o óxido que pueda contener, antes de ser reciclado en el reformador. El material reducido que sale por debajo del horno de reducción es conocido comoH.R.D. (Hierro de reducción directa), y también se le conoce como Hierro Esponja,denominación viene dada por la forma que el mismo t iene al salir del horno.La secuencia de reacciones de la figura 2.3 ocurre cuando se comienza con unaalimentación de hematita (Fe2O3). Cada reacción está basada en un mol de hierro.
En este proceso contracorriente, contracorriente, en la etapa e tapa final de la reducción (reacciones 5 y 6), lasreacciones están acompañadas acompañadas por un gas altamente rico, ya que q ue tiene una alta relación dereductores entre oxidantes, oxidantes, debido a que en esta e sta zona ocurre el primer contacto entre entre el gasreductor y el material a metalizar. Carburización
La carburización que también ocurre en el horno de reducción, es el p roceso deincrementar el contenido de carbono en el H.R.D. Este carbono en el producto reducido esesencial para un uso más eficiente del H.R.D. en las acerías.La carburización del hierro metálico puede producirse por una o más de las reaccionesmostradas en la figura 2.4:
En todos los procesos de reducción una o más de las reacciones arriba mencionadas intervienen en la carburización. El grado de control y el rango de control del contenido de carbono en el producto reducido puede ser aplicado por uno (o más) de los siguientes dos métodos:
Introduciendo Introduciendo gas natural en la corriente de gas reductor, el cual al llegar l legar al horno de reducción, el lecho del mismo provee el calor necesario, para que ocurra el craqueo de los hidrocarburos hidrocarburos y la deposición de carbono en e l producto. Introduciendo Introduciendo gas natural en la corriente de gas de enfriamiento o inyectándolo directamente a la zona de enfriamiento del horno (hasta el momento se c onocen tres puntos en plantas MIDREX con descarga en frío, entre el rompedor inferior y med io, por encima de losrompedores medios debajo del árbol de Navidad 3 - , y la zona de transición). En el sistema normal, el g as de enfriamiento se mueve en un circuito independiente, independiente, lo que produce una alta concentración de metano en esta corriente. Este alto metano contribuye al incremento del carbono en el producto, y se desplaza de igual manera que el gas reductor, en contra corrientede los sólidos. Algo de esta corriente se desplaza a la zona de reducción (esto s e conoce como corriente arriba ó Upflow), donde se aumenta aún más el potencial de craqueo del metano, debido al incremento de temperatura de esta corriente al llegar a esta área.
Reacciones en el Reformador
A continuación se detallan las reacciones que se dan en el reformador. Reformación
El gas reductor es producido de la recirculación del gas de tope ( horno de reducción). Este gas al salir del horno es limpiado l impiado y enfriado por el lavador de gas de tope, luego pasa por los compresores de proceso, se mezcla con gas natural, se precalienta en los recuperadores recuperadores de calor y pasa por los tubos catalíticos. Estos tubos son calentados en un horno de refractario y lana refractaria, llamado reformador. En los procesos de reducción con utilización de gas natural, el CO y H 2 necesarios para la reducción son obtenidos por la reformación de gas natural con vapor de agua y/o CO2 a elevadas temperaturas. El gas natural es principalmente CH4 (metano). Las reacciones de la figura 2.5 son las básicas en el proceso de reformación:
Más genéricamente, las reacciones de reformación con cualquier hidrocarburo saturado en el gas natural se expresa en la figura 2.6:
Consideraciones Consideraciones de equilibrio previenen que estas reacciones se den a l 100 %. Debe haber un excedente de H2O mas CO2 en la mezcla de gas a ser reformada para inhibir las reacciones de deposición de carbono, esto resulta en un residual de H2O mas CO2 en el gas reformado caliente. La mejor reformación es la que resulta con 95% de CO+H2 y 5% CO2 +H2O en el gas reformado caliente. La reformación del gas natural es acelerada por la utilización de un catalizador base níquel a una temperatura entre 900 ºC 1000 ºC.
