UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
ANTONIO JOSÉ DE SUCRE
VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA...
CONTENIDO
 INTRODUCCIÓN
 MARCO METODOLÓGICO
 RESULTADOS
 CONCLUSIONES
 RECOMENDACIONES
INTRODUCCIÓN
Planteamiento del problema, objetivos de la
investigación
Cerca del 50% de las reservas de mineral de hierro de alto tenor
de Venezuela exceden el porcentaje máximo de fósforo acep...
Estudiar la factibilidad del uso de coque verde de petróleo para
la reducción de finos de mineral de hierro de alto fósfor...
MARCO METODOLÓGICO
Procedimiento de recolección de datos
Se determinó que la siguiente reacción define el paso detonante
del proceso :
Definir las condiciones termodinámicas que p...
Selección de la muestra de estudio.
El mineral fue tomado de la pila 07 PHD0115, del patio de fino y
grueso de Ferrominera...
Separación de las muestras para ensayos
Fue necesario calcular la cantidad de hematita y carbono
consumidos estequiometric...
A continuación las características de las muestras utilizadas para
cada ensayo:
En la prueba 1 se utilizó la
proporción es...
Procedimiento seguido para realizar las pruebas de reducción:
• Se homogeniza manualmente el mineral y el coque verde de
p...
RESULTADOS
Presentación de los resultados, análisis de la información
Definición de las condiciones termodinámicas que permitan la reducción de
mineral de hierro con coque verde de petróleo.
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La constante de equilibrio de reacción indica en qué medida se
han formado los productos y consumido los reactivos.
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Análisis químico del mineral:
FERRO-4378 REV. 30/11/11
Nº %FeT %SiO2 %Al2O3 %P %MnO %TiO2 %CaO %MgO %PPC
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Propiedad Valor promedio
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Efecto de la proporción de coque añadida a la carga:
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obtenido luego del ensayo:
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La muestra 3 permanece casi en su totalidad en forma de finos,
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Volviendo a la curva de la constante de equilibrio de reacción.
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Curva experimen...
Alrededor de 750 ºC los gases expulsados del reactor son
combustibles, capaces de mantener encendida una llama.
CONCLUSIONES
La reacción es espontánea por encima de 600 ºC. Sin embargo,
la temperatura mínima a emplear es de 1000 ºC.
El mineral uti...
RECOMENDACIONES
• Diseñar un montaje que permita el movimiento de la carga
durante el ensayo.
• Evaluar el efecto de distintas granulometr...
GRACIAS POR SU
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Presentacion XIV Jornadas de Investigacion UNEXPO 2016 (Cesar Romero)

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Presentacion XIV Jornadas de Investigacion UNEXPO 2016 (Cesar Romero)

  1. 1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA ANTONIO JOSÉ DE SUCRE VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA METALÚRGICA CENTRO DE PROCESOS SIDERÚRGICOS “EMILIO QUERO” Ciudad Guayana, Mayo de 2016 FACTIBILIDAD DEL USO DE COQUE VERDE DE PETRÓLEO PARA LA REDUCCIÓN DE FINOS DE MINERAL DE HIERRO DE ALTO FÓSFORO Autores: . Ing. César Romero Msc. Emilio Bravo Msc. Yris Gómez Dr. Jesús López
  2. 2. CONTENIDO  INTRODUCCIÓN  MARCO METODOLÓGICO  RESULTADOS  CONCLUSIONES  RECOMENDACIONES
  3. 3. INTRODUCCIÓN Planteamiento del problema, objetivos de la investigación
  4. 4. Cerca del 50% de las reservas de mineral de hierro de alto tenor de Venezuela exceden el porcentaje máximo de fósforo aceptado en el mercado, C.S.V Ferrominera está desarrollando una técnica de reducción directa capaz de hacer uso de este mineral. Alrededor del 75% de las reservas de petróleo del país se pueden clasificar como crudo pesado y extra pesado, su proceso de refinamiento genera un subproducto conocido como coque de petróleo. El uso limitado de este producto y el aumento del volumen de crudo pesado refinado actualmente han ocasionado la acumulación de coque verde de petróleo en los patios de las refinerías. En este sentido se plantea la siguiente investigación, donde se evalúa el efecto de distintas variables en la reducción de mineral de hierro de alto fósforo utilizando coque verde de petróleo como agente reductor.
  5. 5. Estudiar la factibilidad del uso de coque verde de petróleo para la reducción de finos de mineral de hierro de alto fósforo Objetivos Específicos Determinar las condiciones termodinámicas que permitan la reducción de mineral de hierro de alto fósforo con coque de petróleo. Caracterizar mediante análisis químicos las muestras de mineral de hierro y coque verde de petróleo a utilizar. Evaluar mediante ensayos de reducción a escala de laboratorio el efecto de la temperatura, el tiempo de reducción y la proporción de agente reductor en el grado de metalización del producto. Determinar las condiciones óptimas de tiempo, temperatura y proporción de agente reductor que reporten el mayor grado de metalización del producto. Objetivo General
  6. 6. MARCO METODOLÓGICO Procedimiento de recolección de datos
  7. 7. Se determinó que la siguiente reacción define el paso detonante del proceso : Definir las condiciones termodinámicas que permitan la reducción de mineral de hierro con coque verde de petróleo Se calculó la constante Keq en el rango de 25 a 1100 ºC, basado en la definición de la energía libre de Gibbs: 2𝐹𝑒2 𝑂3 + 3𝐶 = 4𝐹𝑒 + 3𝐶𝑂2 ∆𝐺° = ∆𝐻° − 𝑇∆𝑆° ∆𝐺° = −𝑅𝑇 ln 𝐾𝑒𝑞 Mecanismo de reducción sólido-sólido: Fuente: “Estudo da cinética de autorredução dos óxidos de ferro: modelamento analítico e avaliações associadas”. Felipe Dos santos (2013)
  8. 8. Selección de la muestra de estudio. El mineral fue tomado de la pila 07 PHD0115, del patio de fino y grueso de Ferrominera. La muestra de coque verde de petróleo, procede del Complejo Petroquímico G/D José Antonio Anzoátegui, la cual fue suministrada por C.V.G. Carbonorca. Caracterizar mediante análisis químicos las muestras de mineral de hierro y coque verde de petróleo a utilizar en los ensayos de reducción. Caracterización de la muestra El mineral fue analizado por vía húmeda en busca de los siguientes compuestos: FeT, SiO2, P, Al2O3, MnO, CaO, MgO y PPC. El coque se sometió a análisis inmediatos, y análisis elementales para la determinación del contenido de azufre.
  9. 9. Separación de las muestras para ensayos Fue necesario calcular la cantidad de hematita y carbono consumidos estequiometricamente según la reacción: 2Fe2O3 + 3C = 4Fe + 3CO2 Asumiendo que el mineral es 100% hematítico, la cantidad de este a cargar se determina: Pesomineral = grFe2O3 %Fetotal ∗ 112grFe 160grFe2O3 ∗ 100 Por otro lado, la cantidad de coque verde de petróleo se calcula en base al porcentaje de carbono fijo como sigue: Pesocoque = grCarbon %Carbon fijocoque ∗ 100 La granulometría utilizada fue de +45µm a -150µm tanto para el mineral como para el coque.
  10. 10. A continuación las características de las muestras utilizadas para cada ensayo: En la prueba 1 se utilizó la proporción estequiométrica y para las pruebas 2 y 3, el doble y triple de coque respectivamente. La prueba 4 es la comprobación del efecto de la temperatura, donde se evalúa la reducción a 950 ºC. El resto de pruebas muestran el desarrollo de la reducción entre 0 y 60 minutos. # Prop Temp Tiemp P Mineral P Coque 1 89/11 1000 20 150.02 18.95 2 80/20 1000 20 150.03 37.84 3 73/27 1000 20 152.92 56.52 4 73/27 950 20 150.09 56.75 5 73/27 1000 0 150.07 56.82 6 73/27 1000 5 150.48 56.77 7 73/27 1000 10 150.91 56.18 8 73/27 1000 15 150.03 56.75 9 73/27 1000 60 175.11 66.20 10 73/27 1000 13 150.07 57.04 11 73/27 1000 18 150.01 56.72 12 73/27 1000 25 150.16 56.71 Evaluar mediante ensayos de reducción el efecto de la temperatura, el tiempo de reducción y la proporción de agente reductor en la metalización.
  11. 11. Procedimiento seguido para realizar las pruebas de reducción: • Se homogeniza manualmente el mineral y el coque verde de petróleo y se carga al reactor de reducción. • Este es introducido en un horno de resistencia eléctrica especialmente adaptado para el ensayo. • Se pasa un flujo mínimo de nitrógeno durante los primeros 5 minutos. • Alcanzados 950 ºC y hasta el final del ensayo se pasa un flujo de nitrógeno a través del reactor. • Terminado el tiempo de ensayo se enfría rápidamente el reactor y se saca la muestra a temperatura ambiente
  12. 12. RESULTADOS Presentación de los resultados, análisis de la información
  13. 13. Definición de las condiciones termodinámicas que permitan la reducción de mineral de hierro con coque verde de petróleo. Por encima de 600 ºC el ∆𝐺° se hace negativo, lo que indica que la reacción es espontánea en el sentido planteado. -2.5E+05 -1.5E+05 -5.0E+04 5.0E+04 1.5E+05 2.5E+05 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Temperatura (°C) ΔG°
  14. 14. La constante de equilibrio de reacción indica en qué medida se han formado los productos y consumido los reactivos. 0.0E+00 1.5E+08 3.0E+08 4.5E+08 6.0E+08 700 750 800 850 900 950 1000 1050 Temperatura (°C) Keq
  15. 15. Análisis químico del mineral: FERRO-4378 REV. 30/11/11 Nº %FeT %SiO2 %Al2O3 %P %MnO %TiO2 %CaO %MgO %PPC 1 63.98 1.23 0.94 0.100 0.104 0.115 0.015 0.028 6.10 2 64.07 1.07 0.77 0.102 0.329 0.077 0.015 0.014 6.11 3 64.14 1.28 0.82 0.107 0.097 0.078 0.014 0.000 6.10 4 64.12 1.41 0.71 0.103 0.111 0.066 0.015 0.010 6.00 5 64.23 1.14 0.75 0.101 0.174 0.072 0.011 0.007 6.00 ANÁLISIS QUÍMICO DE MUESTRAS ESPECIALES MUESTRA 12-06-2015 T2 FINO MINERAL PASANTE (1) 12-06-2015 T2 FINO MINERAL PASANTE (4) 12-06-2015 T2 FINO MINERAL PASANTE ( 7) 12-06-2015 T2 FINO MINERAL PASANTE (10) 12-06-2015 T2 FINO MINERAL PASANTE (13) Caracterizar mediante análisis químicos las muestras de mineral de hierro y coque verde de petróleo a utilizar en los ensayos de reducción. Posee un promedio de 64.11% de hierro total y un contenido promedio de fósforo de 0.103%.
  16. 16. Propiedad Valor promedio % Azufre 4.41 % Carbono Fijo 81.78 % H2O 0.95 % Materia Volátil 12.90 % Cenizas 4.38 Análisis químico del coque verde de petróleo:
  17. 17. Efecto de la proporción de coque añadida a la carga: 29.22 54.03 94.4 4.14 9.68 17.90 0 20 40 60 80 100 0 25 50 75 100 125 150 89/11 80/20 73/27 Porcentaje Peso(gr) Proporción en peso Mineral/Coque Mineral Coque % Metalizacion %C La muestra número 1 corresponde a la proporción estequiométrica, para las muestras 2 y 3 ésta se aumentó a 2 y 3 veces. El resto de condiciones se mantuvieron inalteradas.
  18. 18. El carbono en exceso cambia la presentación del producto obtenido luego del ensayo: (a) (b) La figura “a” muestra el producto completamente sinterizado, obtenido de la prueba número 1. La figura “b” corresponde a la prueba número 2, el material sinteriza en gran parte.
  19. 19. La muestra 3 permanece casi en su totalidad en forma de finos, con presencia de pequeñas partículas sinterizadas. El mayor contenido de carbón en la muestra permite una reducción más completa y retrasa la fusión de la misma evitándose la sinterización.
  20. 20. Efecto de la temperatura en el grado de metalización: 94.40 48.35 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 20 %metalización Tiempo de Reducción (min) 1000°C 950°C Se obtuvo una metalización de 94,4% para la muestra de 1000 ºC y 48.4% para la muestra de 950 ºC.
  21. 21. Volviendo a la curva de la constante de equilibrio de reacción. 0.0E+00 1.5E+08 3.0E+08 4.5E+08 6.0E+08 700 750 800 850 900 950 1000 1050 Temperatura (°C) Keq
  22. 22. 70.47 81.81 99.20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 %Metalización Tiempo (min) Curva experimental 13 min 18 min 25 min Efecto del tiempo de reducción: Para un tiempo de 0 minutos la muestra presenta una metalización de 35%. Entre 0 y 15 minutos la reducción se lleva a cabo rápidamente, la velocidad disminuye entre 15 y 20 minutos y sobre 20 minutos el avance de la reducción es poco significativo.
  23. 23. Alrededor de 750 ºC los gases expulsados del reactor son combustibles, capaces de mantener encendida una llama.
  24. 24. CONCLUSIONES
  25. 25. La reacción es espontánea por encima de 600 ºC. Sin embargo, la temperatura mínima a emplear es de 1000 ºC. El mineral utilizado es de alto tenor de hierro, con elevado contenido de fósforo. El coque posee una composición típica de coque obtenido por coquizado retardado. El aumento de temperatura está directamente relacionado con el grado de metalización del mineral. Una mayor proporción de coque verde de petróleo no solo favorece la reducción, sino que también actúa como barrera evitando la sinterización del mineral. El mayor avance de la reacción se aprecia durante los primeros 15 minutos, comienza a disminuir entre 15 y 20 minutos y se hace casi nulo para tiempos superiores. Es factible la reducción de finos de mineral de hierro de alto fósforo con coque verde de petróleo bajo las siguientes condiciones: Al menos 1000 ºC, durante 20 minutos, con una proporción de 75- 25% en peso de hematita y carbono.
  26. 26. RECOMENDACIONES
  27. 27. • Diseñar un montaje que permita el movimiento de la carga durante el ensayo. • Evaluar el efecto de distintas granulometrías, tanto de mineral como de coque. • Evaluar distintos tipos de coque verde de petróleo. • Caracterizar los gases de salida del reactor.
  28. 28. GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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