Čo je to odvetvie DRI?

Priemysel DRI sa týka segmentu metalurgie ocele, ktorý sa venuje výrobe železa s priamou redukciou premenou železnej rudy na vysoko čisté kovové železo prostredníctvom redukcie na báze plynu alebo uhlia pri teplotách pod teplotou topenia železa. Tento proces sa úplne vyhýba vysokopecnej ceste a namiesto toho sa spolieha na redukciu plynu generovaného vo vnútri reformovacích systémov na odstránenie kyslíka z peliet železnej rudy alebo kusovej rudy. Zariadenia, ako je rúrka reformátora DRI, teleso šachtovej pece a súvisiaca sieť vykurovaných ohrievačov, tvoria chrbticu každej výrobnej linky DRI a spoľahlivosť týchto komponentov určuje kvalitu výstupu aj prevádzkové náklady.

Základné technologické cesty a konfigurácia procesov v priemysle DRI

Procesy v šachtových peciach na báze plynu predstavujú zhruba 75,8 percenta celosvetovej výrobnej kapacity DRI, pričom MIDREX a Energiron predstavujú dvoch dominantných poskytovateľov technologických licencií. Celý procesný reťazec prebieha cez štyri prepojené stupne: redukcia vo vnútri šachtovej pece, reformovanie plynu v reakčných rúrach naplnených katalyzátorom, rekuperácia odpadového tepla cez konvekčnú sekciu a konečné briketovanie alebo chladenie. Pretože znižovanie kvality plynu poháňa celý reťazec, sieť rúr reformátora je stredobodom výkonnosti procesu.

Procesy v šachtových peciach na báze plynu dominujú v odvetví DRI, pretože kombinujú vysokú tepelnú účinnosť s flexibilnými formami výstupu, vrátane studeného DRI, horúceho DRI a horúceho briketovaného železa. Prevádzkovým jadrom tejto cesty je príprava redukčného plynu: zemný plyn sa mieša s recyklovaným plynom z pece a prúdi cez reformovacie rúrky naplnené katalyzátorom na báze niklu, čím vzniká reakčný prúd bohatý na vodík, ktorý vykonáva skutočnú redukciu vo vnútri šachtovej pece.

Výrobné normy pre DRI Reformátorská trubica a Catalyst Tube Components

Rúrka reformátora DRI je jadro reformovacej pece nesúce tlak, vystavené vnútorným teplotám plynu nad 900 °C, priamemu sálavému teplu z vonkajších horákov, trvalému vnútornému tlaku a mechanickému opotrebovaniu z lôžka katalyzátora. Proces rúr odstredivého liatia je štandardnou praxou pre tento komponent, pretože vytvára hustú mikroštruktúru stien a rafinovanú štruktúru zŕn, čo sa priamo premieta do silnejšej odolnosti proti tečeniu a odolnosti voči oxidácii v porovnaní so statickým liatím.

Výber materiálu sa zvyčajne sústreďuje na žiaruvzdorné zliatiny s vysokým obsahom niklu a chrómu, ako sú triedy HP a HK, ktoré obsahujú 25 až 35 percent chrómu a 35 až 45 percent niklu, s pridaným nióbom, volfrámom a titánom na spevnenie hraníc zŕn. Rovnaká technológia katalyzátorových trubíc tiež podporuje trubicu reformátora na výrobu vodíka používanú v jednotkách na výrobu vodíka, pretože obe aplikácie zdieľajú takmer rovnaké tepelné a tlakové požiadavky.

• Prevádzková teplota: vnútorná 900 až 1050 °C, s teplotou steny dosahujúcou až 1100 °C
• Požiadavky na tlak: musia odolať vnútornému tlaku redukčného plynu v kombinácii s hmotnosťou lôžka katalyzátora
• Materiálový štandard: žiaruvzdorná zliatina s vysokým obsahom niklu a chrómu s hustou štruktúrou odstredivého liatia
• Životnosť: typický prevádzkový cyklus približne 8 až 12 rokov
• Výrobný proces: odstredivé liatie, presné obrábanie a nedeštruktívne testovanie

Poruchové režimy v prevádzke reakčných rúrok zahŕňajú hlavne deformáciu pri tečení, praskanie pri tepelnej únave, nauhličovacie krehnutie a odlupovanie oxidových okují. Tieto riziká sa riešia prostredníctvom riadených rýchlostí chladenia odlievania, optimalizovaných pomerov zliatiny a dôslednej kontroly každého rúrkovnice, rozdeľovača a pripojenia kolektora predtým, ako zostava opustí továreň.

Séria odporúčaných produktov pre systémy DRI a vykurovacie systémy

Nasledujúce rady zariadení pokrývajú sieť rúr reformátora, teleso šachtovej pece a súvisiace systémy krakovania a vykurovania používané v závodoch DRI, etylénových jednotkách a rafinériách.

DRI Reformer Tube

Priemysel DRI

DRI pec

Priemysel DRI

Reformer Tube

Rúrka pece

Praskajúca trubica (žiariaca cievka)

Etylénový priemysel

Etylénová krakovacia pec

Chemický priemysel

Konštrukčný návrh pece DRI a súvisiacich vykurovacích systémov

Plynová DRI šachtová pec je postavená ako žiaruvzdorná valcová nádoba. Pelety železnej rudy alebo kusová ruda sa nabíjajú zhora a klesajú gravitáciou, pričom sa stretávajú s nahor prúdiacim redukčným plynom v protiprúdovom vzore, ktorý dokončuje redukčnú reakciu. Konštrukcia vykurovacích systémov, ktoré podporujú túto pec, musí brať do úvahy pomer výšky k priemeru šachty, rovnomernú distribúciu plynu v priereze, riadenú rýchlosť zostupu vsádzky a spoľahlivý dynamický tesniaci systém v miestach vsádzania a vypúšťania.

Mnohé z týchto systémov zdieľajú inžiniersku logiku s vykurovaným ohrievačom pre služby rafinérie ropy a vykurovacím telesom pre služby petrochemického priemyslu, pretože všetky tri sa spoliehajú na sálavú sekciu, konvekčnú sekciu a presnú koordináciu EPC na úrovni pece na krakovanie etylénu medzi dizajnom telesa pece, metalurgiou rúr a usporiadaním horáka. Kompletná dodávka projektu, od návrhu procesu cez inštaláciu a uvedenie do prevádzky, udržuje tieto prepojené časti pece v prevádzke ako jeden spoľahlivý systém.

Zelená transformácia a trendy inžinierstva v priemysle DRI

Globálny priemysel DRI smeruje k prevádzke s nízkym obsahom uhlíka. Konvenčné DRI na báze zemného plynu už produkuje výrazne nižšie emisie CO2 ako cesta vo vysokej peci a technológia DRI postavená na 100 percentách zeleného vodíka ako redukčného činidla sa považuje za vedúcu cestu dekarbonizácie oceliarskeho sektora. Poprední poskytovatelia procesných licencií vyvinuli konfigurácie zariadení schopné flexibilne prepínať medzi zemným plynom, vodíkom a syntéznym plynom ako redukčnými činidlami, čím si ponechávajú dvere otvorené pre úplný prechod na redukciu na báze vodíka bez prestavby samotnej šachtovej pece.

Flexibilita zariadenia je druhou výhodou cesty DRI. Zatiaľ čo kombinácia vysokej pece a základnej kyslíkovej pece zvyčajne potrebuje ročnú produkciu takmer 2 milióny ton, aby zostala ekonomická, zariadenie DRI spárované s elektrickou oblúkovou pecou môže spustiť prevádzku už od 0,5 milióna ton ročne. Vďaka tomu je priemysel DRI obzvlášť praktický pre regióny s rozptýlenými zdrojmi železnej rudy alebo obmedzenými dodávkami zemného plynu a vodíka, čo podporuje malé oceliarne v oveľa menšom kapitálovom meradle.

Často kladené otázky

Aké materiály sa zvyčajne používajú na výrobu trubíc DRI Reformer?

Rúry reformátora DRI sa zvyčajne vyrábajú zo zliatin s vysokým obsahom niklu a chrómu, ako sú zliatiny HP a HK pomocou technológie odstredivého liatia, čo im umožňuje odolávať prevádzkovým teplotám nad 900 °C a trvalému vnútornému tlaku plynu.

Čo odlišuje pec DRI od bežného ohrievača

Pec DRI je šachtový reaktor postavený špeciálne na priamu redukciu železnej rudy, ktorý je definovaný protiprúdovým kontaktom plyn-pevná látka, dynamickým tesniacim systémom a žiaruvzdornou výmurovkou. Toto sa zásadne líši od bežného vykurovacieho telesa v princípe procesu a konštrukčnom riešení.

Aké je typické zloženie redukčného plynu v procesoch DRI na báze plynu

Redukčný plyn v procesoch DRI založených na plyne zvyčajne pozostáva z približne 55 percent vodíka a 36 percent oxidu uhoľnatého s pomerom H2 ku CO takmer 1,5, ktorý vzniká katalytickým reformovaním zemného plynu vo vnútri reformovacích rúrok.

Aké sú hlavné formy produktov DRI

DRI sa vyrába v troch hlavných formách: studený DRI, horúci DRI a horúce briketované železo. Horúce briketované železo sa vyrába stláčaním horúceho DRI do hustých brikiet pre bezpečnejšie skladovanie a prepravu.

Aká je typická životnosť Reformer Tube

Za normálnych prevádzkových podmienok rúrka reformátora zvyčajne vydrží približne 8 až 12 rokov v závislosti od prevádzkovej teploty, kolísania tlaku, frekvencie výmeny katalyzátora a špecifickej použitej zliatiny.

Aké environmentálne výhody ponúka proces DRI v porovnaní s výrobou ocele vo vysokých peciach

Proces DRI spotrebuje zhruba polovicu energie vo vysokej peci a vytvára výrazne nižšie emisie CO2. V spojení so 100-percentným vodíkom ako redukčným činidlom sa dajú dosiahnuť takmer nulové emisie uhlíka, čo z neho robí základnú cestu dekarbonizácie oceliarskeho priemyslu.