بخشی از مقاله
چکیده
تکنولوژی احیا مستقیم پرد بعنوان جدیدترین تکنولوژی با چهار واحد نصب شده در ایران و یک واحد در حال نصب در چین معرفی می شود. تکنولوژی پرد درجهت کاهش هزینه سرمایه گذاری و کاهش مصرف انرژی درسال2005 طراحی گردید. تکنولوژی پرد به عنوان Patent در آلمان و ایران ثبت شده است. در این تکنولوژی گندله ها در یک راکتور استوانه عمودی در مجاورت گازاحیاییCO و H2 تبدیل به آهن اسفنجی می گردد. گاز برگشتی پس از شتشو در اسکرابر به دو گاز پروسس و گاز سوخت تبدیل می شود. گاز پروسس و گاز طبیعی پس از پیش گرم شدن در رکوپراتور با هم مخلوط شده و گاز فید گس را تشکیل می دهند.
گاز فید گس مجددا در رکوپراتور پیش گرم شده وبا بخار آب مخلوط شده و جهت تولید گاز احیایی وارد لوله های ریفرمرمی گردد. گاز دودکش در اثر احتراق هوا با گاز طبیعی و گاز سوخت پس از عبوراز رکوپراتور با دمایی معادل 250 درجه سانتیگراد وارد دودکش می شود. قطرلوله های ریفرمر از 8 به 10 اینج افزایش مییابد، درنتیجه حجم ریفرمر کاهش مییابد. دراین تکنولوژی از کمپرسورهای سانتریفوژ جهت افزایش فشار و کاهش هزینه های سرمایه گذاری و تعمیرات استفاده می شود. طراحی جدید کوره با تغییر قطر بر حسب ارتفاع و حذف کلوخه شکن بالایی از شاهکار این تکنولوژی است و جهت جلوگیری از تشکیل کلوخه از China hat در مرکز کوره استفاده می شود. حرکت گندله ها و توزیع سرعت جریان گاز توسط نرم افزار Fluent چک شده است وتوزیع مناسبی دارد. با حذف کریسمس تری درناحیه کولینگ کوره، جریان گازسرد از بیرون به کوره تزریق و هزینه سرمایه گذاری و تعمیرات کاهش مییابد. رکوپراتور بصورت وارونه با طراحی جدید و نصب شده است تا زمان توقف تعویض تیوب باندل ها کاهش یابد. با طراحی جدید تیکنر مشکلات ایمنی و تعمیراتی تیکنرکاسته شده است. در نهایت هزینه سرمایه گذاری پرد با میدرکس مقایسه می شود.
واژه های کلیدی: احیا مستقیم، رکوپراتور، ریفرمر، گاز احیایی، گندله و آهن اسفنجی.
مقدمه
بیش از 195 کشور جهان جهت کاهش انتشار گاز CO2 در سال 2015 در پاریس تشکیل جلسه دادند تا درجه حرارت کره زمین بیش از 2 درجه سانتیگراد افزایش نیابد.[1] اولین اندازه گیری درجه حرارت زمین توسط ناسا در شکل-1 نشان داده شده است.
در این راستا جمهوری اسلامی ایران طراحی احیا مستقیم پرد با تناژ 800000 تن در سال طراحی نمود. گندله ها توسط گاز CO و H2 مطابق واکنشهای زیر احیا می شوند.[2]
بدلیل تزریق بخار آب بصورت کنترل شده به گاز فید گس جهت بالا بردن سرعت احیا نسبت H2/CO قابل تغییر می باشد. بدلیل استفاده از کمپرسورهای سانتیریفوژ فشار سیستم تا 5000 میلی بار قابل افزایش است. همانطوریکه در شکل 2 نشان داده شده است. گازبرگشتی از کوره در اسکرابر تاپ گس تا 38 درجه سانتیگراد کاهش دما مییابد تا قابلیت ظرفیت دبی حجمی کمپرسور افزایش یابد و بخار در مرحله نهایی به گاز فیدگس افزوده می شود. برای افزایش کارائی اسکرابر رطوبت گیر - Mist eliminator - از اسکرابر خارج شده است.
مهمترین اختراع پرد، کوره آن می باشد که یکنواخت کننده حرکت مواد در داخل کوره - کلوخه شکن بالایی - نسبت به میدرکس حذف شده است. دلیل حذف به شرح زیر می باشد. مهمترین سوال کارشناس فرآیند تشکیل کلوخه در داخل کوره می باشد. برای پاسخ به این پرسش حرکت مواد در داخل کوره و نحوه توزیع گاز در کوره و فرایند تشکیل کلوخه در کوره بررسی می شود. در شکل 3 نحوه توزیع فشار عمودی، افقی توسط معادله جانسون و حرکت گندله - - plug flow در داخل کوره نشان داده شده است .[3]
فشار عمودیv - - از رابطه زیر بدست می آید.
کلوخه شدن گندله ها - shrinkage ratio - برحسب درصد احیا - reduction ratio - درشکل4 وقتی درجه حرارت 910 œC و فشار 2 kg/cm2نشان داده شده است. در مراحل اولیه احیا پذیری بین صفر تا%70 به سرعت صورت می پذیرد و Fe2O3 به Fe3O4 تبدیل و افزایش حجم مییابد. در مرحله دوم احیا شدن گندله ها نزدیک به %90-98 گندله ها به دلیل وجود آهن فلزی به شدت تمایل به چسبندگی و خوشه ای شدن دارند. بنابر در ناحیه بستر یکنواخت - - plug flow و درجه متالیزاسیون%50-70 موضوع خوشه ای شدن گندله ها جدی می باشد. اگر گندله ها با سرعت یکسان به سمت پایین حرکت کنند
بدلیل وجود آهن فلزی دراین نقاط تماس ، درجه حرارت بسترسبب نرم شدن گندله - حالت پلاستیکی - وتشکیل پیوندهای فلزی میشود. برای از بین بردن این بستریکنواخت نیاز به مکانیسمی مثلا همزن میباشد.
درشکل 5 درطرح میدرکس، کلوخه شکن ها در زیر ناحیه احیایی قرار دارند تا این یکنواختی بستر را به هم بزنند. ناحیه احیایی تحت تاثیر درجه حرارت وفشارتغییر می کند. فشار بحرانی - حالت 15 درصد خوشهای شدن گندله ها - در درجه حرارت های مختلف بدست می آید و نتایج در شکل6 نشان داده شده است. در ناحیه A سمت راست منحنی تشکیل کلوخه حتمی است. طبق معادله شماره1 ماکزیمم فشارعمودیvmax در کوره از رابطه زیر بدست می آید.2
