Tecnología PERED de reducción directa: Producción de hierro acelerada y energéticamente eficiente

Tecnología PERED para producción de hierro reducido directo

La tecnología PERED, también conocida como tecnología "Persian Reduction", es una tecnología de reducción directa inventada y patentada por Mines and Metals Engineering GmbH en 2007. El proceso PERED convierte óxidos de hierro (pellets o mineral en bruto) en producto altamente reducido apto para acería. La reducción ocurre sin fusión, con gases reductores en estado sólido en horno vertical de shaft. Mejora el proceso de reducción directa para producir DRI.

Es un proceso de reducción directa basado en gas, desarrollado por un equipo de especialistas con experiencia en distintas áreas de reducción directa para asegurar que todos los flujos de proceso se integren óptimamente. El gas reductor más usado es gas natural reformado, aunque también pueden usarse gas Corex, gas de coquería, etc. PERED reduce coste capital, consumo de agua, coste de mantenimiento y consumo energético.

En PERED, la reducción ocurre a menor temperatura gracias a métodos de enfriamiento mejorados y menores emisiones de gases contaminantes. Con menos calor, gas reductor más homogéneo, alimentación de pellets más controlable y uso de compresores centrífugos, PERED requiere menos agua, electricidad y gas, junto con menores gastos operativos y de mantenimiento.

La producción de plantas PERED puede ser: (i) DRI en frío (CDRI), (ii) HBI, (iii) combinación CDRI/HBI, (iv) HBI/DRI en caliente (HDRI), (v) CDRI/HDRI.

Ventajas de la tecnología PERED

PERED es una tecnología mejorada de alta eficiencia energética, economizando energía y recursos. Optimiza uso de energía y materias primas, reduciendo costes de producción con la ventaja añadida de ser más ecológica que otros procesos de reducción directa basados en gas. Proporciona mayor flexibilidad operativa: diseñada para flexibilidad en materias primas (minerales con alto azufre) y fuentes energéticas. Puede usar hasta 50 % mineral en bruto (*lump ore*). Opera a presión probada más alta. Gas de proceso seco → mayor flujo de gas con mismo sistema, aumentando producción o reduciendo consumo eléctrico para misma producción.

Plantas comerciales

Primera planta PERED (0,8 Mt/año) inició en junio 2017 en Shadegan, provincia de Khouzestan (Irán). Arranque sin problemas. Producto: metalización >93 %, carbono >1,5 %. Capacidad 75 t/h alcanzada el primer día con buenos consumos de utilidades. Capacidad de diseño alcanzada en corto período. Segunda planta (0,8 Mt/año) comisionada octubre 2017 en Mianeh Steel Complex, provincia de East Azarbaijan (Irán) — Fig 1. Dos plantas más de 0,8 Mt/año y una de 0,3 Mt/año en construcción. Planta de 0,3 Mt/año en China basada en gas de coquería.

Mejoras clave del proceso PERED

• Proceso continuo con flujo ininterrumpido de gases reductores para eliminar O₂ del mineral y carburizar el DRI.
• Consumo de combustible minimizado por reciclaje de gas de tope del horno shaft al proceso.
• Sistema de reformado diseñado para usar CO₂ producido durante reducción de óxidos en el horno shaft. Conversión catalítica de gas natural sin formación de hollín. Elimina necesidad de fuente externa de O₂ para oxidación parcial de CH₄.
• Diseñado para máxima recuperación de calor precalentando aire principal, gas natural y gas de alimentación.

Horno shaft vertical: Innovaciones

La innovación empieza en el horno shaft, único en su tipo, diseñado con patrones mejorados de flujos sólido/gas para mejorar reacciones internas → mayor volumen de zona de reducción → mayor tasa de producción. Inyección dual de gas reductor mejora distribución de gas. Alimentación y distribución de carga mejoradas por nuevo tubo de alimentación inventado.

Zona superior (zona de reducción): Características especiales

• Alimentación y distribución de óxido por tubos de alimentación especiales.
• Optimización relación altura/diámetro para mejor utilización del horno.
• Optimización reacciones de reducción: Fe(óxido)+CO=Fe(metal)+CO₂ y Fe(óxido)+H₂=Fe(metal)+H₂O.

Las reacciones se optimizan porque: (i) no hay equipos en la zona de reducción, (ii) menor generación de finos por mejor distribución (tubos especiales), (iii) optimización del volumen efectivo de reducción, (iv) diseño que elimina posible contaminación por fuga de gas, (v) diseño para reducir costes capital y mantenimiento.

Características de diseño de la zona de reducción:

• Doble toma de gas de tope desde el fondo superior.
• Perfil de temperatura de carga mejorado para calidad uniforme.
• Reducción arrastre de finos/pellets → mayor vida refractario en conducto gas tope.
• Optimización tamaño horno para volumen de zona de reducción necesario.
• Menor temperatura gas de escape por mayor eficiencia → menor carga en lavadores.
• Inyección dual de gas reductor.
• Diseño de puerto *bustle* rectangular para mejor inyección y mantenibilidad.
• Construcción refractaria cónica para absorción de hinchazón del DRI.
• Flexibilidad para diferentes temperaturas y composiciones de gas por inyección de O₂.
• Mejor utilización de gas *bustle*.
• Mejor distribución de gas en horno.
• Temperatura cama uniforme en todo el horno.
• Eliminación de posibilidad de *clustering* (acumulación) en horno.
• Flexibilidad para usar mineral en bruto (*lump ore*).
• Mejora productividad y calidad.

Reformado *in situ* en el horno shaft

El gas *bustle* caliente contiene CH₄, CO₂ y H₂O. Al contactar con hierro metálico (actúa como catalizador), genera gas reductor adicional dentro del horno. Reacciones:

CH₄ + H₂O = CO + 3H₂  ΔH > 0
CH₄ + CO₂ = 2CO + 2H₂  ΔH > 0

Por un lado, la reacción endotérmica *in situ* requiere mayor temperatura de gas *bustle*; por otro, degradación de pellet/mineral, generación de finos y *clustering* ocurren a altas temperaturas. El diseño de doble puerto *bustle* optimiza CH₄ en gas *bustle* para control de temperatura de cama.

Reformador de gas: Características especiales

• Gas natural precalentado en intercambiador de recuperación de gases de combustión del reformador.
• Sistema de recuperación toma calor de gases de chimenea del reformador.
• Reformador multi-cámara con tubos catalíticos. Tubos de 250 mm diámetro, diseño compacto.
• Catalizador 'Performex' desarrollado específicamente para el proceso.

Zona de enfriamiento

Alimentadores rotativos 360° en zona de enfriamiento. Diseño *state-of-the-art* da rendimiento mejor y uniforme. Carga alimentada con 4 ejes rotativos controlados independientemente. Al ser zona fría, no hay camisa de agua. Si se forma *cluster*, se desaloja por rotación inversa y control de velocidad. Gas de enfriamiento inyectado desde cabecera externa; gas caliente recogido uniformemente por tomas moldeadas. No hay riesgo de fallo en cabecera (sin refractario). Sistema de enfriamiento diseñado para eliminar partículas en lavador. Gas comprimido y alimentado a zona de salida de producto en fondo del horno.

Especificaciones típicas planta 0,8 Mt/año

Tabla 1 Especificaciones típicas planta PERED
Nº	Parámetro	Unidad	Valor
1	Capacidad	Mt/año	0,8
2	Tamaño pellet óxido	mm	5–35
3	Diámetro horno vertical	m	5,5 aprox.
4	Altura total	m	52 aprox.
5	Tasa producción/hora	t/h	105
6	Horas operación/año	Horas	8.000
7	Temp. operación horno vertical	°C	850
8	Presión tope normal horno	kg/cm² g	0,6
9	Presión fondo normal horno	kg/cm² g	2,1 máx.
10	Requerimiento gas reducción	Nm³/h	170.000
11	Gas reducción/ton producto	Nm³	1.600
12	Densidad DRI	t/m³	1,7
13	Densidad óxido hierro	t/m³	2,3

Características útiles de planta PERED

• Proceso probado con operación comercial exitosa.
• Bajo coste capital específico.
• Bajo consumo energético específico → menor coste energético.
• Bajo coste operación.
• Bajo consumo específico de agua.
• Bajo nivel contaminación ambiental.
• Múltiples opciones de producto: CDRI, HDRI, HBI.
• Flexibilidad en óxido de hierro: hasta 50 % mineral en bruto.
• Flexibilidad para minerales con alto azufre.
• Diseños disponibles para capacidades >1 Mt/año.