Tecnologia PERED de Redução Direta – Produção Acelerada e Energeticamente Eficiente de Ferro

Tecnologia PERED para Produção de Ferro Reduzido Direto

A tecnologia PERED, também conhecida como tecnologia "Persian Reduction", é uma tecnologia de redução direta inventada e patenteada pela "Mines and Metals Engineering GmbH" em 2007. O processo PERED converte óxidos de ferro, na forma de pelotas ou minério em lumps, em produto altamente reduzido adequado para produção de aço. A redução do óxido de ferro ocorre sem fusão, com auxílio de gases redutores em estado sólido em forno de eixo vertical. Esta tecnologia aprimora o processo de redução direta para produção de ferro reduzido direto (FRD).

É um processo de redução direta baseado em gás, desenvolvido por equipe de especialistas com experiência em diferentes áreas da redução direta, garantindo que todos os fluxos de diferentes processos sejam contemplados no processo principal para obter resultados ótimos e eficientes. O gás mais usado para redução é gás natural reformado, embora outros gases como gás Corex e gás de forno de coque também possam ser utilizados. A tecnologia PERED reduz custo de capital, consumo de água, custo de manutenção e consumo de energia.

No PERED, a redução ocorre a menor temperatura devido a métodos de resfriamento aprimorados e emissões reduzidas de gases poluentes. Com menos calor, gás redutor mais homogêneo, alimentação de pelotas mais controlável e uso de compressores centrífugos, o PERED requer menos água, eletricidade e gás para operar, além de menor despesa operacional e de manutenção.

A produção das plantas de redução direta PERED pode ser na forma de: (i) FRD a frio (CDRI), (ii) ferro briquetado a quente (HBI), (iii) combinação CDRI/HBI, (iv) HBI/FRD a quente (HDRI), (v) CDRI/HDRI.

Características da Tecnologia PERED

A tecnologia PERED é energeticamente eficiente e economiza energia e recursos. Faz uso ótimo de energia e matérias-primas, resultando em redução de custos de produção com vantagem adicional de ser mais ambientalmente amigável comparada a outros processos de redução direta baseados em gás. A tecnologia também proporciona maior flexibilidade operacional. Foi criada para flexibilidade quanto ao uso de ampla variedade de matérias-primas (como minérios com alto teor de enxofre) e fontes de energia. O processo pode usar até 50% de minério de ferro em forma de lump. Opera em pressão comprovadamente mais alta. Gás de processo seco resulta em maior vazão de gás com o mesmo sistema, aumentando a produção ou, para mesma produção, reduzindo consumo de energia.

A primeira planta de redução direta baseada em tecnologia PERED, com capacidade de projeto de 0,8 Mtpa, iniciou em junho de 2017 em Shadegan, província de Khouzestan, Irã. A planta iniciou sem problemas. O produto teve metalização > 93% e teor de carbono > 1,5%. Capacidade de 75 t/h foi atingida no primeiro dia com bons índices de consumo de utilidades. A capacidade de projeto foi alcançada em curto período. A segunda planta PERED de 0,8 Mtpa foi comissionada em outubro de 2017 no Complexo Siderúrgico Mianeh, província de East Azarbaijan, Irã (Fig. 1). Duas mais plantas de 0,8 Mtpa cada e uma de 0,3 Mtpa estão em construção. A planta de 0,3 Mtpa na China baseia-se em gás de forno de coque.

O processo PERED consiste em várias melhorias sobre tecnologias existentes de redução direta baseadas em gás. As características mais notáveis:

• Processo contínuo que utiliza fluxo ininterrupto de gases redutores para remoção de oxigênio (O₂) do material de alimentação de óxido de ferro e também para carburização do produto FRD.
• Consumo de combustível minimizado pela reciclagem do gás de topo do forno de eixo vertical de volta ao processo.
• Sistema de reformagem de gás especialmente projetado para uso do dióxido de carbono (CO₂) produzido durante a redução dos óxidos de ferro no forno de eixo. Projetado para conversão catalítica do gás natural sem formação de fuligem. Elimina necessidade de fonte externa de O₂ para oxidação parcial de metano (CH₄).
• Projetado para máxima recuperação de calor pré-aquecendo ar principal, gás natural e gás de alimentação.

No processo PERED, a inovação e revisão dos equipamentos principais inicia no forno de eixo vertical. Este é único e projetado para padrões melhorados de fluxo de sólidos e gases, melhorando as reações internas. Resulta em maior volume de zona de redução, aumentando taxa de produção. O forno possui injeção dual de gás redutor, melhorando distribuição de gás internamente. Alimentação e distribuição de carga de minério no forno são melhoradas para melhores resultados. A distribuição da carga interna é aprimorada pela introdução do tubo de alimentação recém-inventado.

Existem várias características especiais dentro do forno de eixo. Na zona superior (também zona de redução), incluem-se: (i) alimentação e distribuição de óxido por tubos de alimentação especiais; (ii) otimização da relação altura/diâmetro para melhor utilização do forno; (iii) otimização das reações de redução: Fe(óxido)+CO=Fe(metal)+CO₂ e Fe(óxido)+H₂=Fe(metal)+H₂O.

As reações de redução são otimizadas na zona de redução pois: (i) não há equipamentos na zona de redução do forno; (ii) redução na geração de finos devido à melhoria da distribuição de material por tubos de alimentação especiais; (iii) otimização do volume efetivo de redução; (iv) projeto da zona de redução para eliminar possível poluição por vazamento de gás; (v) projeto especial do forno para reduzir custos de capital e manutenção. Características de projeto da zona de redução incluem: (i) design dual de tomada de gás de topo do fundo abobadado superior; (ii) perfil de temperatura de carga melhorado para qualidade uniforme do produto; (iii) redução no carregamento de finos de minério/pelota para melhorar vida do refratário no duto de gás de topo; (iv) otimização do tamanho do forno para volume necessário de zona de redução; (v) menor temperatura de gás de escape devido a eficiência melhorada, reduzindo carga nos lavadores. O projeto da zona de redução também proporciona: (i) injeção dual de gás redutor; (ii) design de porta de busto retangular para melhor injeção de gás e manutenibilidade; (iii) construção de refratário cônico para acomodar expansão do FRD; (iv) flexibilidade para diferentes temperaturas e composições de gás por injeção de oxigênio; (v) melhor utilização de gás de busto; (vi) melhor distribuição de gás no forno; (vii) temperatura uniforme do leito em todo o forno; (viii) eliminação de possibilidade de formação de aglomerados (clustering); (ix) flexibilidade para uso de minério de ferro em lumps; (x) melhoria na produtividade e qualidade do produto.

Ocorre também reformagem in-situ de gás dentro do forno de eixo vertical. O gás de busto quente contém certa porcentagem de CH₄, CO₂ e H₂O. Ao entrar em contato com ferro metálico (que atua como catalisador), gera gás redutor adicional dentro do forno. As reações de reformagem in-situ são:

CH₄ + H₂O = CO + 3H₂   ΔH > 0

CH₄ + CO₂ = 2CO + 2H₂   ΔH > 0

De um lado, a reação de reformagem in-situ endotérmica requer temperatura mais alta do gás de busto; de outro, degradação de pelota/lump, geração de finos e clustering ocorrem em temperaturas altas. O projeto do forno PERED possui porta de busto dupla para otimizar a quantidade de CH₄ no gás de busto necessária para controle da temperatura do leito.

Características especiais do reformador de gás usado no processo PERED:

• Gás natural pré-aquecido no trocador de recuperação de calor dos gases de chaminé do reformador
• Sistema de recuperação obtém calor do gás da chaminé do reformador
• Reformador multi-baías com tubos catalíticos. Usa tubos de 250 mm de diâmetro, projetado para menor espaço
• Catalisador "Performex" desenvolvido especialmente para o processo

A zona de resfriamento do forno de eixo vertical possui alimentadores de carga rotativos 360°. O design state-of-the-art proporciona melhor desempenho uniforme da zona de resfriamento. A carga é alimentada na zona de resfriamento com quatro eixos rotativos controlados independentemente. Por ser zona fria, não há revestimento com água. Se algum cluster formar, é desfeito por rotação reversa e controle de velocidade. O gás de resfriamento é injetado de header externo e gás quente de resfriamento coletado uniformemente por tomadas conformadas. Não há chance de falha no header pois não há refratário no header. Além disso, o sistema de resfriamento é projetado para eliminar partículas no lavador. O gás é comprimido e alimentado à zona de saída de produto no fundo do forno vertical.

Especificação típica de planta PERED de 0,8 Mtpa com consumos está na Tabela 1.

Características Úteis do Processo de Redução PERED

Seguem as características úteis de uma planta de redução direta PERED:

• Processo comprovado com operação bem-sucedida de planta comercial
• Baixo custo de capital específico da planta
• Baixo consumo específico de energia, resultando em menor custo energético
• Baixo custo de operação da planta
• Baixo consumo específico de água
• Baixo nível de poluição ambiental
• Várias opções de produto: CDRI, HDRI e HBI
• Processo flexível quanto ao uso de óxido de ferro. Pode usar até 50% de minério de ferro em lumps
• Flexibilidade no processo para uso de minérios com alto teor de enxofre
• Disponibilidade de projeto para plantas com capacidades superiores a 1 Mtpa