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Energiron 직접 환원 기술


Energiron 직접 환원 기술

Energiron 직접 환원 기술은 가스 기반의 직접 환원 기술입니다. Energiron 공정은 철광석 알갱이 또는 덩어리를 금속 철로 변환합니다. Tenova와 Danieli가 공동으로 개발한 HYL 직접 환원 기술을 사용하며 액강 생산 비용을 낮추기 위한 경쟁력 있고 환경적으로 깨끗한 솔루션입니다. 간단한 플랜트 구성을 사용하고 다양한 환원 가스 소스를 사용할 수 있는 유연성이 있으며 철광석을 매우 효율적이고 유연하게 사용할 수 있습니다. 많은 공정 이점의 핵심 요소는 가압 작동과 직접적인 관련이 있습니다.

에너지론은 에너지론 직접환원기술로 ​​생산되는 DRI(직접환원철) 제품의 명칭이다. 이 제품은 제강 과정에서 실현되는 상당한 에너지를 전달하기 때문에 그렇게 명명되었습니다.

Energiron은 탄소(C) 함량을 1.5% ~ 5.0% 범위에서 제어할 수 있는 고도로 금속화된 제품입니다. Energiron의 더 높은 C 함량은 전기로(EAF) 용해 공정에서 화학 에너지를 생성합니다. Energiron DRI만의 안정적인 특성으로 IMO(International Maritime Organization) 표준 가이드라인에 따라 브리켓 없이 안전하고 간편하게 운송할 수 있는 제품입니다.

이 프로세스는 각 사용자의 특정 요구 사항에 따라 세 가지 제품 형태를 유연하게 생산할 수 있습니다. Energiron DRI의 세 가지 형태는 저온 DRI, HBI(열간 연탄) 또는 고온 DRI(토출 온도가 700℃ 이상인 'Hytemp' 철)입니다. 냉간 DRI 배출은 일반적으로 직접 환원 플랜트에 가까운 인접한 철강 용융 공장에서 사용됩니다. 배송 및 수출도 가능합니다. HBI는 고온으로 배출되고, 브리켓화되어 냉각된 DRI입니다. 일반적으로 해외 수출을 목적으로 하는 상품입니다. Hytemp Energiron은 전기 아크로(EAF)에 직접 공급하기 위해 직접 환원 플랜트에서 인접한 철강 용융 공장으로 공압으로 이송되는 고온 배출 DRI입니다.

초기 개발 작업은 Hylsa가 수행했습니다. 1977년 Hylsa는 직접 환원 기술을 공식적으로 개발하고 상업화할 목적으로 새로운 운영 부서(HYL 기술)를 설립했습니다. 2005년 Techint Technologies는 HYL 기술을 인수했습니다. 나중에 이 부서는 Tenova HYL이라고 불렸습니다. 2006년에 Tenova와 Danieli는 새로운 'Energiron' 상표로 가스 기반 DR 플랜트의 설계 및 건설을 위해 전략적 제휴를 맺었습니다. 최초의 상업 규모

HYL ZR(zero-reformer) 공정 공장은 1998년에 시작되었습니다. 연간 200만 톤 용량의 첫 번째 차세대 Energiron ZR 공장이 Suez Steel에 설치되고 단일 모듈에 연간 250만 톤 용량의 세계 최대 Energiron 공장이 설치됩니다. Nucor Steel에 설치되었습니다.



Energiron 직접 환원 과정

Energiron 직접 환원 공정은 축 환원로를 사용하여 DRI를 생산합니다. 철 펠릿/덩어리 광석을 고체 가스 이동상 샤프트로에서 환원 가스를 사용하여 금속 철로 변환하도록 설계되었습니다. 철광석에서 산소(O2)는 수소(H2)와 일산화탄소(CO)를 기반으로 한 화학 반응에 의해 제거되어 고도로 금속화된 DRI를 생산합니다. 이 프로세스는 최종 사용자에 맞게 세 가지 다른 형태의 Energiron 제품을 생산할 수 있습니다. 공정의 주요 측면은 금속화 및 생성물 탄소(C)의 독립적인 제어입니다. Energiron 직접 환원 프로세스는 ZR 방식을 기반으로 합니다.

뜨거운 환원 가스는 환원 구역의 용광로 내부에 공급됩니다. 퍼니스 내부에서 이러한 가스는 철 부하 이동 베드에 역류로 위쪽으로 흐릅니다. 가스 분포는 균일하고 장치 내부의 고체 또는 가스 흐름에 대한 물리적 제한 없이 가스와 고체 사이의 직접적인 접촉 정도가 높습니다. 배기 가스(상부 가스)는 약 400℃에서 용광로를 떠나 상부 가스 열 회수기를 통과하여 가스의 에너지를 회수하여 증기를 생성합니다. 대안적으로, 배기 가스의 에너지는 환원 가스 스트림을 예열하는 데 활용될 수 있으며, 그 다음 배기 가스는 냉각수를 사용하여 급랭/스크러빙 공정을 통해 냉각될 수 있습니다.

세정된 냉각 가스는 천연 가스(NG)로 보충된 후 냉각 가스 재활용 압축기를 통과하여 용광로로 재활용됩니다. NG는 냉각 및 침탄 공정의 최적 효율과 제어를 위해 냉각 가스 회로에 보충으로 주입됩니다.

철광석에서 O2 제거는 뜨거운 환원 가스의 작용에 의해 이루어지며 제품은 침탄됩니다. 용광로 바닥에 위치한 회전 밸브는 환원로를 통해 아래쪽으로 장입물의 지속적인 중력 흐름을 조절합니다. Energiron은 가압 용기와 잠금 장치로 구성된 자동화 메커니즘에 의해 배출됩니다. 특별히 설계된 플로우 피더는 용광로 내에서 고형물의 균일한 흐름을 보장합니다. 저온 DRI의 경우 냉각 가스가 약 40℃에서 노의 하부 원추형 부분으로 공급되어 DRI 이동층으로 상향 역류로 흐릅니다.

뜨거운 제품 배출 및 사용을 위해 냉각 회로가 제거되고 뜨거운 DRI가 700℃ 이상에서 지속적으로 배출됩니다. 'Hytemp' 공압 운송 시스템의 경우 제품은 캐리어 가스를 통해 다음 위치에 있는 서지 빈으로 운송됩니다. 전기로에 공급을 제어하기 위한 철강 용해 공장. HBI의 생산을 위해, Hot DRI는 700℃ 이상에서 아래에 배치된 Hot Briquetting Machine으로 연속적으로 배출된다. HBI는 냉각수를 사용하여 진동 냉각 컨베이어에서 냉각된 후 HBI 이송 컨베이어로 배출됩니다.

환경적 중요성이 높은 Energiron 공정 흐름의 기본 특성 중 하나는 환원 공정에서 생성되는 부산물, 즉 물(H2O)과 이산화탄소(CO2)를 선택적으로 제거한다는 것입니다. 이러한 부산물은 각각 상부 가스 세정 및 CO2 제거 시스템을 통해 제거됩니다. H2O 및 CO2를 선택적으로 제거하여 구성 요구 사항을 최적화합니다. 환원 과정에서 생성된 H2O는 응축되어 가스 흐름에서 제거되며 가스와 함께 운반되는 대부분의 먼지도 분리됩니다. 그런 다음 스크러빙된 가스는 압력이 증가하는 공정 가스 재순환 압축기를 통과합니다. 압축 가스는 CO2 제거 장치로 보내진 후 NG 구성과 혼합되어 환원 가스 회로를 닫습니다.

Energiron ZR 계획은 (i) H2 대 CO 비율이 약 5인 H2 풍부한 환원 가스의 활용, (ii) 일반적으로 1050℃ 이상의 높은 환원 온도, (iii) 일반적으로 다음 범위의 높은 작동 압력을 특징으로 합니다. 이동상 화로 내부 6kg/sq cm ~ 8kg/sq cm. 더 높은 작동 압력은 (i) 낮은 유동화, (ii) 더 많은 미분 투입, (iii) 평방 미터당 시간당 약 10톤의 높은 생산성, (iv) 철광석 소비 감소, (v) 낮은 환원 가스를 가능하게 합니다. 초당 약 2미터의 속도 및 (vi) 더 낮은 압축 계수로 인한 더 낮은 전력 소비. 그 결과 더 작은 용광로가 만들어지고 고형층을 통한 균질한 가스 분포가 촉진되며 더 낮은 항력으로 인해 상부 가스 캐리오버를 통해 분진 손실(1% 미만)이 최소화됩니다. 이것은 또한 전체 철광석 소비를 낮추는 것 외에도 생산된 프라임 Energiron의 품질에서 매우 낮은 표준 편차를 초래합니다(3.2mm에서 선별 및 재용해 없음). 이는 차례로 전체 운영 비용을 낮춥니다. 통합/외부 개질기가 없는 이 공정 계획의 또 다른 뚜렷한 특징은 DRI 침탄을 위한 더 넓은 유연성입니다.

프로세스 자동화 – Energiron 공정은 다양한 기체, 액체 및 고체 상 사이에서 원하는 화학 반응 및 열 및 물질 교환 세트를 생성하도록 최적화되어야 하는 다양하고 복잡한 물리-화학적 공정을 결합합니다. 이러한 이유로 프로세스 컨트롤러, 소프트웨어 진단, 고가용성 및 안전 장치 기능 분야에서 사용 가능한 최신 기술을 차례로 사용하는 완전한 자동화 시스템이 사용됩니다. 프로세스는 자동화 시스템에 의해 자동으로 분석되는 5,500개 이상의 아날로그 및 디지털 변수에 의해 제어됩니다. 현장 기기에서 나오는 모든 공정 변수는 다양한 수집 시스템(PLC, HMI)에 의해 지속적으로 수집되어 공정을 지속적으로 모니터링하고 최적화하기 위한 귀중한 정보 세트를 제공합니다. Energiron 프로세스의 고급 소프트웨어는 의사 결정을 지원하는 강력한 통계 도구로 통합 데이터 수집, 분석 및 웹 보고를 관리함으로써 이 엄청난 잠재력을 활용합니다. 이를 통해 실시간으로 최적의 설정값을 감지하여 프로세스 효율성을 더욱 최적화할 수 있으며 결과적으로 중요한 에너지를 절약할 수 있습니다.

Energiron 제어 시스템은 '분산 제어 시스템'(DCS)이 있는 장비 제어를 위한 기존 레벨 1 시스템과 공정 감독, 데이터 추적 및 생산 보고서 작성을 위한 레벨 2 시스템으로 구성된 아키텍처를 기반으로 합니다. 또한 프로세스 최적화를 위해. '공정 재구성 모델'(PRM)이 개발되었습니다. 플랜트 상태에 대한 전체 설명을 제공하기 위해 PLC 및 물리적 방정식에서 오는 계측 신호를 사용합니다. 이러한 방식으로 최고 가스 구성 및 관련 red/ox 비율과 같이 일반적으로 측정할 수 없는 많은 항목을 계산할 수 있습니다.

프로세스 반응 – 이 과정에서 세 가지 유형의 화학 반응이 발생합니다. (i) 개질반응, (ii) 환원반응, (iii) 침탄반응이다. Insitu 정제 과정에서 다음과 같은 반응이 일어납니다.

2CH4 + O2 =2 CO + 4 H2

CH4 + CO2 =2CO + 2H2

CH4 + H2O =CO + 3 H2

2H2 + O2 =2H2O

CO2 + H2 =CO + H2O

DRI의 환원과정과 침탄과정에서 일어나는 반응은 다음과 같다.

Fe2O3 + 3CO =2Fe + 3CO2

Fe2O3 + 3 H2 =2Fe + 3H2O

3Fe + CH4 =Fe3C + 2H2

3 Fe + 2 CO =Fe3C + CO2

3 Fe + CO + H2 =Fe3C + H2O

표준 Energiron 공정의 흐름도는 그림 1과 같습니다.

그림 1 Energiron 프로세스의 흐름도

Energiron 프로세스의 일반적인 에너지 균형은 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2 Energiron 프로세스의 일반적인 에너지 균형

공장 및 장비

Energiron 직접환원플랜트는 주로 다음과 같은 플랜트 및 설비로 구성되며 그 특징과 특징이 있습니다.

작동 매개변수 및 특정 소비량

Energiron ZR 공정 제품의 일반적인 특성은 Tab 1에 나와 있습니다.

탭 1 제품의 일반적인 특성
Sl.No. 항목 단위 DRI HBI 하이템프 다리미
1 금속화 % 92 – 95 92 – 95 92 – 95
2 탄소 % 1.5 – 5.5 1.5 – 2.5 1.5 – 5.5
3 온도 도 C 40 40 > 600
4 대량 밀도 톤/정량 1.60 2.50 1.60
5 겉보기 밀도 톤/정량 3.20 5.00 3.20
6 공칭 크기 mm 6 – 15 110 x 60 x 30 6 – 15
7 Fe3 C % 25 – 60 25 – 30 25 – 60

Energiron ZR 공정의 일반적인 작동 매개변수와 특정 소비량은 표 2에 나와 있습니다.

Tab 2 Energiron ZR 프로세스의 일반적인 작동 매개변수 및 특정 소비량
SL 번호 항목 단위 콜드 DRI HBI 핫 DRI
1 탄소 % 4.5 2.5 2.5 4.5 4.5
2 금속화 % 93 93 93 93 93
3 DRI 온도 도 C 40 40 700 700 700
4 철분 톤/톤 1.36 1.39 1.41 1.36 1.39
5 천연 가스 Gcal/톤 2.25 2.20 2.23 2.35 2.25
6 전기 kWh/톤 65 65 80 65 65
7 산소 N 정액/톤 42 53 53 48 53
8 정량/톤 0.8 0.8 1.1 0.8 0.8
9 질소 N 정액/톤 12 12 19 18 18

Energiron ZR 공정의 일반적인 배출량은 표 3에 나와 있습니다.

탭 3 Energiron ZR 공정의 일반적인 배출
SL 번호 배출량 단위 가치
1 초저 NOx 버너가 있는 NOx mg/N 정액 50 – 80
2 선택적 촉매 제거 기능이 있는 NOx mg/N 정액 10-50
3 CO mg/N 정액 20-100
4 히터/개질기 스택의 먼지 mg/N 정액 1 – 5
5 자재 취급 먼지 제거 mg/N 정액 5 – 20

Energiron ZR 프로세스의 특징

Energiron ZR 공정은 직접 환원 플랜트의 크기를 줄이고 효율성을 개선했습니다. 환원 가스는 환원 가스 회로에 보충으로 NG를 공급하고 용광로 입구에서 O2를 주입함으로써 환원 용광로 내에서 천연 가스의 탄화수소의 현장 개질로 생성됩니다. 이 과정에서 환원구간에서 환원가스가 발생하기 때문에 최적의 환원효율을 얻을 수 있다. 이 때문에 외부 환원 가스 개질기가 필요하지 않습니다. 일반적으로 Energiron ZR 공정의 전체 에너지 효율은 80% 이상이며, 이는 용광로 내부의 현장 개질에 의해 최적화됩니다. 이 제품은 대기로의 에너지 손실을 최소화하면서 공정에 공급되는 대부분의 에너지를 사용합니다.

외부 가스 개질기를 제거하는 것이 공장 규모에 미치는 영향은 상당합니다. 연간 100만 톤 용량의 경우 필요한 면적이 약 60% 감소합니다. 이것은 또한 철강 용해 공장에 인접한 DR 공장을 쉽게 찾을 수 있습니다.

Energiron ZR 공정의 추가 이점은 DRI의 침탄을 위한 유연성으로 C 수준을 최대 5%까지 달성할 수 있습니다. 이것은 주로 Fe3C의 생산을 가능하게 하는 샤프트 내부 가스의 향상된 침탄 가능성 때문입니다. Fe3C 함량이 높은 DRI는 Fe3C에 더 높은 해리열이 필요하기 때문에 일반 DRI보다 반응성이 훨씬 낮습니다.

Energiron 직접 환원 공정에 존재하는 작동 조건은 고온(1050℃ 이상), O2 주입으로 환원 가스의 부분 연소에 의해 생성된 산화제로서 H2O 및 CO2의 존재가 특징입니다. 이러한 조건은 탄화수소의 제자리 개질을 촉진합니다. H2와 CO가 생성되면 철광석의 동시 환원과 DRI의 후속 침탄이 원자로 내부에서 일어나기 때문에 이 공정 방식은 에너지 활용 및 전체 에너지 소비 측면에서 매우 효율적입니다.

기본 Energiron ZR 방식을 통해 NG를 직접 사용할 수 있습니다. 직접 환원을 위해 Energiron 공정을 사용하는 공장은 기존의 증기-NG 개질 장비를 환원 가스의 외부 공급원으로 사용할 수도 있으며, 이는 오랫동안 가스 기반 직접 환원 공정의 특징이었습니다. NG 대신에 H2, 석탄 가스화 시스템에서 생성된 합성 가스, 애완용 코크스 및 이와 유사한 화석 연료, COG(코크스 오븐 가스)와 같은 기타 가스도 환원 가스의 잠재적 소스로 사용할 수 있습니다. 특정 상황 및 가용성. 어쨌든 환원 가스 소스에 관계없이 동일한 기본 공정 방식이 사용됩니다.

Energiron ZR 기술의 고유한 특징은 DRI에서 철 탄화물(Fe3C) 형태(보통 90% 이상)로 제어된 높은 탄소 수준을 생성하는 능력입니다. 반응기의 환원 구역에 존재하는 조건으로 인해 최대 5%의 DRI 탄소 수준을 얻을 수 있습니다. 이러한 조건은 H2 및 CO와 함께 높은 메탄(CH4) 농도(약 20%) 및 베드의 고온으로 구성됩니다. 이러한 조건은 철 매트릭스로의 C의 확산과 Fe3C의 침전에 유리합니다. Fe3C 함량이 높은 DRI는 일반 DRI보다 반응성이 훨씬 낮습니다.

Energiron 직접 환원 설비의 중요한 특징 중 하나는 보충수 요구량이 0이 되도록 공정을 설계할 수 있다는 것입니다. 이것은 주로 물이 가스 스트림에서 응축되어 제거되기 때문에 환원 반응의 부산물이기 때문에 가능합니다. 결과적으로 기존의 냉각탑 대신 물 열교환기를 사용하는 폐쇄 회로 물 시스템을 채택하여 신선한 보충수가 필요하지 않으며 실제로 배터리에서 사용할 수 있는 소량의 물이 남습니다. 제한.

Energiron 직접 환원 플랜트의 배출량

Energiron 공장 배출은 가장 엄격한 환경 규정을 따릅니다. 이것은 주로 프로세스 자체의 특성으로 인해 달성됩니다. Energiron 기술은 프로세스 구성으로 인해 설계가 효율적입니다. 따라서 플랜트에서 높은 전체 열 효율을 달성하는 동안 개질기(사용 시) 또는 히터에서 연소 공기를 고온으로 예열할 필요가 없으므로 NOx가 많이 생성될 가능성이 없습니다. 초저NOx 버너를 채용하여 NOx 배출량을 추가적으로 저감할 수 있습니다. SCR(선택적 촉매 환원) 기술을 적용하면 더욱 개선될 수 있습니다.

Energiron은 사용 가능한 매우 깨끗한 직접 환원 기술입니다. 구성에 따라 Energiron 공장은 총 CO2 배출량의 60~90%를 제거할 수 있습니다. CO2 배출량은 DRI 생산에 사용된 두 기술 간에 상당히 다를 수 있습니다. NG, 합성 가스 또는 COG를 사용하는지 여부에 관계없이 직접 환원 플랜트로의 환원 가스 구성에는 탄화수소 및/또는 탄소질 화합물(CO, CO2) 형태의 C가 포함됩니다. 또한 직접 환원 공정 구성에 관계없이 15% ~ 40%(DRI의 C 함량에 따라 다름)만이 DRI에서 결합된 C로 공정을 떠나고 나머지는 CO2로 남습니다.

Energiron ZR 공정에서 생산된 DRI에는 더 높은 비율의 C가 포함되어 있기 때문에 더 적은 양의 C가 CO2 형태로 제거됩니다. CO2 가스 발생량의 차이는 직접환원용광로에 통합된 외부촉매개질기를 환원가스 보충원으로 사용하는 직접환원 구성의 CO2 가스 발생량과 비교할 때 알 수 있습니다. 직접환원용광로에 외부촉매개질기를 통합한 직접환원구성의 경우 DRI 1톤당 탄소 140kg, DRI 1톤당 탄소 약 25kg을 포함하는 전체 공정 NG 구성( 17%)는 DRI의 일부로 공정을 떠나고 나머지는 개질기에서 연도 가스로 방출됩니다. 이 수치는 Energiron ZR 공정의 경우 생산된 DRI에 DRI 1톤당 40kg의 탄소(36%)가 포함된 DRI 1톤당 탄소 110kg과 비교됩니다. 또한 DRI 1톤당 나머지 70kg의 C 중 65kg은 다른 용도로 사용하거나 격리할 수 있는 순수한 CO2로 선택적으로 제거됩니다. 환원 공정에서 생성된 부산물인 H2O와 CO2를 모두 제거하여 공정에서 가스 이용률을 95% 이상으로 향상시킵니다. 요컨대, Energiron 프로세스는 총 C 투입량의 약 65%를 CO2(DRI 톤당 약 240kg의 CO2)로 선택적으로 제거합니다.

Energiron 플랜트는 CO2를 선택적으로 회수할 수 있는 독특한 옵션을 제공합니다. CO2 흡수 시스템은 CO2뿐만 아니라 황도 포집하여 공정 가스 흐름에 존재할 때마다 공장에서 전체 SO2 배출량을 약 99%까지 감소시킵니다.

환원 가스로서의 H2

철강 공장에서 H2는 가까운 장래에 철광석 환원 공정을 위한 에너지원으로 C를 대체할 것으로 예상됩니다. 가스 기반 직접 환원 공정의 경우 H2가 NG를 대체하게 됩니다. Energiron ZR 공정은 주요 장비 조정 없이 NG를 대체하기 위해 H2를 얼마든지 사용할 수 있도록 이미 준비되어 있습니다. 실제로 Energiron ZR 공정 방식에서 H2의 사용은 NG 가스의 in-situ 개질 요구 사항이 낮아질 것이기 때문에 보다 원활한 작업과 생산성 향상에 반영됩니다.

환원 샤프트의 입구에서 70%에 달하는 높은 농도의 H2를 사용하는 것은 이미 기존 Energiron 직접 환원 설비에서 잘 입증되었습니다. 여기에는 환원 가스(H2 및 CO)를 생성하기 위한 증기 개질기가 포함됩니다.

그러나 에너지 입력으로 NG를 대체하기 위해 H2를 사용하면 DRI에서 % C가 감소하게 될 것입니다. 환원 가스의 CH4 농도를 희석하기 때문입니다. 그러나 유연한 공정 구성으로 인해 환원 회로에 대한 보충 분배 및 연료 활용 측면에서 Energiron ZR 방식은 H2로 35% 에너지 입력에서도 3.5%C를 달성하는 것이 가능합니다(또는 부피로 약 64% - DRI의 톤당 N cum). . 70% H2를 에너지로(부피로 약 88% - DRI 톤당 N cum) DRI의 예상 C는 2.0% 미만입니다.

NSENGI와의 제휴

2014년 Tenova HYL과 Danieli는 Nippon Steel &Sumikin Engineering Co., Ltd.(NSENGI)와 Energiron 직접 환원 기술과 최적화된 고로 기술 및 합성 가스 기술(고로 석탄가스화 효율화 및 제철소 부산물 가스 활용 기술) NSENGI가 개발 및 소유하고 있습니다. 새로운 제휴의 목표는 연구 및 개발 활동을 Energiron DR, 고로 및 합성 가스 기술에 대한 각자의 전문 지식과 결합하는 것입니다. 궁극적인 목표는 CO2 배출량과 운영 비용을 줄이는 동시에 생산성을 높이고 새로운 제철 기술을 개발하는 것입니다. /또는 통합 제강 시설에 대한 자본 지출 감소



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