Tcnicas y Limitaciones para el incremento de Carbn en el producto de la Planta Comsigua

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Técnicas y Limitaciones para el incremento de
Carbón en el producto de la Planta Comsigua

• Elaborado por
• Alberty Bermudez

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OBJETIVO

• Analizar los resultados obtenidos durante la
  Prueba de Incremento de Carbón en el Producto,
  llevada a cabo en la Planta Comsigua durante el
  período del 09 al 24 de Mayo del 2005.

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PLANTA COMSIGUA

• La Planta Comsigua consta de un módulo de
  Reducción Directa que opera bajo el proceso
  Tecnologico Midrex diseñada para producir Un
  Millon de Toneladas Métricas anuales de Hierro
  Briqueteado en Caliente (Hot Briquette Iron ó
  HBI).

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CARACTERISTICAS DEL PRODUCTO

• Contenido de Hierro Metálico 85,5
• Contenido de Carbón 1,0
• Drop Test 80,0
• Densidad 5,2
  gr/cm3

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PRODUCCION ANUAL DE COMSIGUA

• Producción Descarga
• Año (TM HBI) Promedio
  (TM/hr)
• 1998 264.247 136,1
• 1999 938.597 134,2
• 2000 1.185.232 146,0
• 2001 1.254.885 165,1
• 2002 1.270.106 165,9
• 2003 1.257.891 163,3
• 2004 1.342.234 172,8

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HORNO DE REDUCCION
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PREMISAS DURANTE LA PRUEBA

• La Prueba se realizaría con una Descarga de
  145 TM/hr y no podría disminuirse.
• El contenido de Hierro Metálico debería
  mantenerse por encima de 85,5 .
• La Prueba concluiría cuando no se pudiera
  mantener la calidad del producto.

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REACCION DEPOSICION DE CARBONO

• Reacciones con Monóxido de Carbono
• 3Fe 2CO Fe3C CO2 ?H -
  35,53 Kcal/mol
• 3Fe CO H2 Fe3C H2O ?H -
  25,69 Kcal/mol
• Son reacciones exotérmicas.
• Rango de Temperatura de Mayor Actividad De 500
  C a 750 C.
• Con un aumento de Temperatura el equilibrio se
  desplaza a la izquierda.
• Es ineficiente porque consume gases reductores
  (CO y H2) y produce
• gases oxidantes (CO2 y H2O).

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REACCION DEPOSICION DE CARBONO

• Reacción de Cracking de Hidrocarburos
• 3Fe CH4 Fe3C 2H2 ?H 23,58
• Es una reacción endotérmica.
• Rango de Temperatura de Mayor Actividad De 600
  C a 1.000 C.
• Con un aumento de Temperatura el equilibrio se
  desplaza a la derecha..
• Enfría el lecho del Horno de Reducción.
• Es Eficiente porque produce un gas reductor (H2).

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POTENCIAL DE CARBURIZACION

• Factores que lo favorecen
• Alto contenido de CH4 en el Gas Reductor y en la
  zona inferior del Horno de Reducción.
• Baja relación H2/CO en el Gas Reformado.
• Bajo contenido de CO2 en Gas Reductor.
• Riesgos
• Deposición de carbón el los catalizadores del
  reformador.
• Enfriamiento del Lecho del Horno y pérdida del
  contenido metálico en el producto.
• Enfriamiento del material a ser briqueteado.

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METODOLOGIA DE LA PRUEBA

• Mantener la Descarga constante en 145 TM/hr.
• Disminuir la relación H2/CO desde 1,65 hasta 1,60
  en el Gas Reformado.
• Disminuir el contenido de CO2 en el Gas Reformado
  desde 2,9 hasta 2,7 .
• Incrementar la Temperatura del Gas Reductor a la
  máxima posible.

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METODOLOGIA DE LA PRUEBA

• Incrementar gradualmente el contenido de CH4 en
  el Gas Reductor desde 4,5 hasta el máximo valor
  que no afecte la produccíón o su contenido de
  hierro metálico.
• Variar los flujos de Gas Natural en la parte
  inferiór del horno.

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Gráfico No. 1

• Incremento de Gas Natural vs Carbón

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Gráfico No. 2

• Drop Test vs de Carbón

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Gráfico No. 3

• Densidad vs de Carbón

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Gráfico No. 4

• Gas Natural/TM vs de Carbón

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Gráfico No. 5

• Electricidad/TM vs de Carbón

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Gráfico No. 6

• Hierro Metálico vs Carbón

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Gráfico No. 7

• de Drop Test vs Carbón

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Gráfico No. 8

• de Densidad vs Carbón

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Gráfico No. 9

• Temperatura del Bustle vs Carbón

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Gráfico No. 10

• Flujo Gas Natural al Bustle vs Carbón

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Gráfico No. 11

• de CH4 en el Bustle vs Carbón

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Gráfico No. 12

• Gas Natural a IBF vs Carbón

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Gráfico No. 13

• Relación H2/CO vs Carbón

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Gráfico No. 14

• Temp. Promedio Zona Inf. Reducción vs Carbón

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Gráfico No. 15

• Consumo Específico de Gas Natural vs Carbón

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Gráfico No. 16

• Consumo Específico de Energía Eléctrica vs
  Carbón

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RESULTADOS

• Valores Valores
• Iniciales Finales
• Carbón en el Producto Prom.Diario ()
  0,97 2,02
• Carbón en el Producto Max. Valor ()
  ----- 2,67
• Gas Nat. A Enriquecimiento (Nm3/hr)
  5.000 10.000
• CH4 en el Gas Reductor ()
  4,04 6,07
• Drop Test ()
  80 69
• Densidad (gr/cm3)
  5,24 5,11
• Consumos Espécificos
• Gas Natural (Nm3/TM)
  282 286
• Electricidad (KWH/TM)
  120 116

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RESULTADOS

• Rata de incremento del Carbón
• Nm3/hr GN Enriq. / 0,1 C 500
• CH4 en Gas Reductor / 0,1 C 0,2
• Valores Optimos para el Máximo de Carbón
• Gas Natural a Enriquecimiento (Nm3/hr )
  9000
• Gas Naturall a IBF (Nm3/hr )
  900
• Gas Naturall a Carburización (Nm3/hr )
  800
• Valores Aceptables de Carbón ()
• Para el Drop Test 1,5
• Para la Densidad 1,3
• Para los Consumos Específicos de Energía
  1,3

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RESUMEN

• El objetivo de las Plantas de Reducción Directa
  es obtener la máxima producción con el contenido
  de hierro metálico especificado. El incremento de
  los flujos de Gas Natural al lecho del horno para
  incrementar el porcentaje de Carbón en el
  producto disminuye la temperatura del lecho y por
  consiguiente la cinética de las reacciones de
  reducción. Con un contenido de carbón por encima
  de 1,5 existe la posibilidad de afectar la
  calidad del producto y puede resultar en una
  disminución de la producción.

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RESUMEN

• El contenido de carbón en el HBI se incrementó un
  0,10 por cada incremento de 500 Nm3/hr en el
  Gas Natural a Enriquecimiento o también 0,10
  por cada incremento de 0,2 en el porcentaje de
  CH4 en el Gas Reductor.
• El porcentaje de carbón se incrementó
  notablemente con el incremento del Flujo de Gas
  Natural a los Rompedores intermedios,
  obteniéndose mejores resultados con un flujo de
  900 Nm3/hr.

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RESUMEN

• A medida que se incrementa el porcentaje de
  carbón en el producto disminuye el Drop Test. El
  máximo contenido de carbón con el cual se puede
  operar sin que disminuya significativamente el
  Drop Test esta en el orden del 1,5 .
• La densidad también se ve afectada con el
  incremento del carbón. Valores aceptables de
  densidad se obtuvieron con un contenido de carbón
  de 1,3 .

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RESUMEN

• Durante el período de prueba los consumos
  específicos de Gas Natural total y de
  Electricidad tuvieron un comportamiento similar y
  se incrementan a medida que se van incrementando
  los flujos de Gas Natural al horno y el flujo de
  Gas Proceso, sin embargo los mejores resultados
  se obtuvieron para un porcentaje de carbón de 1,3
  

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RECOMENDACIÓN FINAL

• Siempre que se desee incrementar el contenido de
  carbÓn en el HBI, controlarlo entre 1,3 y 1,5 ,
  debido a que los valores de calidad y los costos
  energéticos no se ven muy afectados.