proceso de reduccion

1. September 3, 2013
Formación Intensiva en
Procesos de Reducción
COQUERIA
Carlos Zubillaga – Abril de 2008

2. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
Ternium | Carlos Zubillaga
2
 Es un ensamble de muchos hornos bajo una misma
construcción.
 Se produce coque en cada horno, en flujo batch.
 El mecanismo de combustión es altamente complicado por el
elevado número de quemadores.
 La carga y descarga es cada 5 hornos, para realizar la
coquización los mas uniformemente posible.
 La calidad de la mezcla de carbones (especialmente humedad)
es un factor externo de perturbación muy importante.
 Es altamente dependiente de la decisión humana, y con ello de
la actitud.
Características de la Batería de coque

3. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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3
Descripción de la Batería de Coque
Hornos y
Paredes
Regeneradores
Sistema de
Calentamiento

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4
Descripción de la Batería de Coque
SOTANO
Techo
Pared de Calentamiento (N)
Horno ”N”
Regenerador (N)
Perfiles Grey
Nivel de solera
LADO ALTO
HORNO
LADO SUPER
USINA
OBSERVANDO LA BATERIA DESDE EL LADO DESHORNADORA -LADO MAQUINA
Perfil GREY (N)
Canal de aire
Canal de BFG

5. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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5
El proceso de Coquización

6. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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6
El Proceso de Coquización
Molécula típica de carbón y algunos ejemplos de probables reacciones que ocurren durante
la pirolisis. – Coal, Coke, and Coal Chemicals, by Wilson and Wells.
S O
N
H
O
O
O O
O
C
O
N
H
HO
N
+ H2O + 2 H2 + CO
CH3
CH3
OH
C
H
H
HC
O
OH
OH
H2 +
CH2
O
CH2
O
H3C
CH3
CH3
OH
+ CO
C
O
O
N
H
C
CH3
CH3
H
Formula mínima
C135 H97 O9 N S
Formula porcentual
C = 84,3 %
H = 5,1 %
O = 7,5 %
N = 1,5 %
S = 1,6 %

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7
El Proceso de Coquización
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
T °C
Horas
EVOLUCION DE LA TEMPERATURA EN EL CENTRO DE LA CARGA
Evaporación de la humedad
Formación de la capa plástica
Fin de la Coquización
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Tiempo de Coquización
Tiempo de Residencia
Tiempo de
Recocido
CARGA
DESHORNAMIENTO

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8
El Proceso de Coquización
Agua Amoniacal
vapor, succión
durante la carga
retorno de
condensado
válvula
guillotina
válvula
reguladora
de presión
de barrilete
válvula
charnela
barrilete
cuello de
cisne
tubo
montante
termocupla
boca de
carga
Fase gaseosa:
Vapor: alquitrán, benzol, agua
Gas: amoníaco, cianhídrico,
sulfhídrico, hidrógeno, metano
dióxido de carbono,
monóxido de carbono
Fase líquida:
alquitrán, benzol,
Agua amoniacal solubiliza:
Fenol, cianhídrico,
Sulfhídrico, amoníaco,
sales de amonio
80 ºC
500-800 ºC
mezcla de carbones
en etapa de coquización,
en un horno
- Enfriamiento del gas de coque por saturación adiabática -
gas de coque crudo

9. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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9
El Proceso de Coquización
Observación visual del
Tiempo de coquización
TC
H2, 50 -55 %
CH4, 30 35 %
Caudal de Gas Crudo
Temperatura del
Centro de la Carga
Tiempo de Máxima
Temperatura de gases
Tmx
Deshornado
Tiempo, h
5 % o menos
85 %
Fenómenos en el fin del proceso de coquización

10. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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10
El Proceso de Coquización
2
Tiempo, h
Temperatura, ºC
-Temperatura del COG y mezcla de carbón durante la coquización-
-Horno 154, nov. 1994, temp del COG-
6 8 12 18 204 10 14 2216
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
18h
22h
19htemperatura del
centro de la carga,
Residencia 18 hs.
Tiempo de Tmáxima
Tiempo de Residencia
= 0,75
Tc
deshornamiento
T tmax.
Tr

11. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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11
Detalle del Sistema de calentamiento
Conexiones Físicas entre Regeneradores y Flues – Flujo de Gases.

12. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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12
Detalle del Sistema de calentamiento
HUMOS HUMOS HUMOS HUMOS
GAS AIRE GAS AIRE GAS AIRE
VALVULAS DE
HUMOS ABIERTA
(Vástago Arriba)
CAJA DE GAS
(Tapa Trabada)
CAJA DE AIRE
(Tapa Conectada a
Sistema Inversión)
CALENTAMIENTO CON GAS DE ALTO HORNO
PARED DE
CALENTAMIENTO
PERFIL GREY
AIRE INGRESANDO AL
CANAL DE SOLERA DERECHO
GAS INGRESANDO AL
CANAL DE SOLERA IZQUIERDO

13. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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13
Control del Calentamiento y Coquización
válvula
Esquema Comparativo entre Flujos por Cañería y Batería .
Gas Mixto
depósitos
cañería
válvula de
control de
presión después
Batería
presión
después
presión
en tiroResistencias al Flujo
grifos, placas orificios,
y chapas perforadas
válvulas
de humo válvula de
control de
tiro
Pd
Pt

14. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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14
Control del Calentamiento y Coquización
Batería
Gas Mixto
Ventaja:
Retiro de servicio de cámaras de
combustión sin cambio de parámetros.
Desventaja:
Indiferencia ante los cambios de
composición del combustible
Ventaja:
Compensa cambios de composición
del combustible.
Desventaja:
Se modifican parámetros ante el
retiro de cámaras de combustión.
Q =
K” x d
1
Pd - Pt
Pd
Control por Presión Después
Side Main Pressure Control
Batería
Gas Mixto
Control por Flujo Calórico Constante
Thermal Input Control
QxPC
PC
Q x PC = K’
K’
PC
Q =

15. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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15
Control del Calentamiento y Coquización
Control por Presión Después
Side Main Pressure Control
Control por Flujo Calórico Constante
Thermal Input Control
K’
PC
Q =
Control por Flujo Térmico
Thermal Flow Control
Pd - PtIW x = K x f
ECUACION DE CONTROL POR FLUJO TERMICO
Pd = (K x f / IW) 2
+ Pt
valor resultante
en automático
modificación
manual, para
llevar el Tiempo
de coquización
dentro de banda,
con seteos del 1%
determinado por
la composición
del gas combustible,
o calorímetro,
lectura y procesa-
miento permanentes
valor numérico cargado
en nivel 1 para cada Batería
valor regulado
en cada batería
Q =
K”
1
Pd - Pt
d
1
d
PC
IW (Índice de Wobbe) =

16. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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16
Circuito de Gas de Alto Horno de Alimentación a Coquería.
Control del Calentamiento y Coquización
Calderas
AH1
AH2
Analizador
de BFG
H2, CO2, CO
Estación de
Gas Mixto,
adición de
COG o N2
BAT. 3BAT. 4BAT. 5
Pd = (K x f / IW) 2
+ Pt
IW
Calorímetro
Coquería
por cálculo:
H2O ( XH2O = Pv/Pt)
N2 (diferencia de 100)
PC poder calorífico
d densidad
IW Índice de Wobbe

17. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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17
Control del calentamiento y Coquización
Temperatura de flues, º C
Tiempo de Residencia, h.
1300
1150
18 19 2320 21 22
1200
1250
60
70
80
90
10
30
20
40
60
70
80
90 Mezcla Siderar
25-35% RP
Combustible: GM
20 40 20 40 20 40 20 40 20 40 2040
8%, humedad
10%, humedad
14%, humedad
Pd
Pt
TC =0,578858 Tmx + 7,48267
Temp. de gas en el montante
TC
Tmx
Distribución
+ - 25 °CCoquización
+ - 15 min.
Eje Central
+ - 10 °C

18. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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18
Control del calentamiento y Coquización

19. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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19
Control del Calentamiento y Coquización
PERDIDAS
PUERTAS LC
PERDIDAS
REG. LC
Q COQUE
GAH
PERDIDAS
PÚERTAS LM
PERDIDAS
REG. LM
CARBON Y H2O
GCO
PERDIDAS
TECHO
PERDIDAS
TECHO
PERDIDAS
PUERTAS LC
PERDIDAS
REG. LC
y SUB.
Q. GCO
Q HUMOS
PERDIDAS
SOTANO
H2O 45 % coque
15 % humedad
15% Gas de coque
3% subproductos
1 % otros
15 % humos
6 % pérdidas
Humedad +- 1 % +- 1,9 %
Temp humos +- 10 ° C +-1 %
Carga +- 1 % +- 0,9 %
% O2 en humos +- 1 % +- 0,9 %
Temp. Flue +- 10 °C +- 0,7 %
MV mezcla +- 1% +- 0,1 %
MV coque +- 0,1 % despreciable
Perturbaciones, Sensibilidad del Modelo
Poder Cal. BFG +- 5 % +- 5 %
Masa Batería
(10000 t) +- 10 ° C/día - 2,85 %
Masa carbón/coque
(1200 t) +- 10 °C/día +- 0,5 %
Incidencia en la demanda térmica
21 %
79 %
Distribución Energética

20. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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20
Subproductos
S O
N
H
O
O
O O
O
C
O
O
N
H
C
O
N
H
HO
N
+ H2O + 2 H2 + CO
O
CH2
CH2
O
OH
OH
H2 +
CH3
CH3
OH
H
C
HCH
O
H3C
CH3
CH3
OH
+ CO
C
CH3
CH3
H
Molécula típica de carbón y algunos ejemplos de probables reacciones que ocurren durante
la pirolisis. – Coal, Coke, and Coal Chemicals, by Wilson and Wells.
Formula Empírica
C135 H97 O9 N S
Composición
Porcentual
en Masa
C = 84,3 %
H = 5,1 %
O = 7,5 %
N = 1,5 %
S = 1,6 %

21. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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21
Subproductos
CH2H2C
H2C
H2
C
CH2
C
H2
CH2 CH CH3 + CH2 CH CH3
CH2H2C
H2C
H2
C
CH2
C
H2
+ 3 H2
CH4 C + 2H2
CH3 CH2 CH3 CH4 + CH2 CH2
Reacciones de cracking térmico

22. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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22
Subproductos
500 600 700 800 900 1000 1100
Temperatura de Coquización, ºC
70
60
50
40
30
20
80
5
10
0
H2, Hidrógeno
CH4, Metano
CO, Monóxido
de Carbono
C2H6, Etano
HidrógenoyMetano
%V/V
MonóxidodeCarbonoyEtano
%V/V
15
Composición del COG producido a varias temperaturas de
coquización. Ensayo en Retorta.
-Coal, Coke, and Coal Chemicals, by Wilson and Wells-
Rendimiento de Coque y Productos Químicos a diferentes temperaturas de coquización.
Ensayo en Retorta. -Coal, Coke, and Coal Chemicals, by Wilson and Wells-
500 600 700 800 900 1000 1100
Temperatura de Coquización, ºC
80
14
12
10
8
90
2
4
0
Alquitrán
Coque
Sulfato de Amonio
COG
6
70
300
200
100
50
150
400
350
250
Benzol
Coque
%P/P
SulfatodeAmonio
Kg./tdecarbón
AlquitrányBenzol
10l/tdecarbón
GasdeCoque
m3/tdecarbón
Rendimiento de Coque y Productos Químicos a diferentes temperaturas de coquización.
Ensayo en Retorta. -Coal, Coke, and Coal Chemicals, by Wilson and Wells-
500 600 700 800 900 1000 1100
Temperatura de Coquización, ºC
500 600 700 800 900 1000 1100
Temperatura de Coquización, ºC
80
14
12
10
8
90
2
4
0
Alquitrán
Coque
Sulfato de Amonio
COG
6
70
300
200
100
50
150
400
350
250
Benzol
Coque
%P/P
SulfatodeAmonio
Kg./tdecarbón
AlquitrányBenzol
10l/tdecarbón
GasdeCoque
m3/tdecarbón

23. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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23
Subproductos

24. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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24
Subproductos
a desbenzolado II
ENFRIADORES II ENFRIADORES I
LINEA I
LINEA II
I
II
III
ASPIRADORES
ELECTROFILTROS
I
SULFATO- II
gas de coque limpio
II III
PT
2153
PT
2300
PT
2302
PCV 2306A
PCV 2306B
IVPCV 2306C
BATERIA 2
a desbenzolado I
BATERIA 4 BATERIA 4 BATERIA 3
Diagrama de Flujo desde baterías
Hasta aspiradores

25. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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25
Subproductos
POTE SELLO
ABSORBEDOR
C 2401
H2SO4
H2O
POTE SELLO
Vapores
amoniacales
Tanque de
Sedimentación
V 2403
Centrífuga
G 2402
Separador de
Gotas
G 2401
Bombas de
Recirculación
P 2401
Bombas de
Extracción
P 2405
rebose
By pass
Tanque de
Recirculación
V 2404
Pote Sobre
Centrífuga
V 2403
calentadorventilador
ciclón
extractor
Sulfato de Amonio
2,5 t/h, diseño
secadero
Planta de Sulfato de Amonio

26. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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26
Subproductos
aceite desbenzolado, 80 m3/h, 29 °C.
aceite libre de naftalina, 3-4 m3/h, 18-21 °C.
aceite benzolado, a planta de benzol
ejemplo,
temp. salida
Enf. Prim. 27°C
33°C
27°C
COG,50000 Nm3/h
32°C
Lavador de
Naftalina
Calentador
E 2501
34°C
29°C
Lavador I
C 2601 A
Lavador I
C 2601 B
Enfriador Final
C 2501
Circuito de Lavado de Benzol y Naftaleno
P 2603 A/BP 2602 A/B
P 2502
P 2601 E
P 2601 D
P2601A
P 2601 C
P2601B
P 2601 F
P2601G
P 2601 H
P 2601 J
50°C
G 2501 A
G 2501 B
G 2501 CG 2601

27. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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27
Subproductos
Efecto de la Adición Selectiva de Nitrógeno
sobre las Propiedades del COG.
Sistema de Inyección
Selectiva de Nitrógeno
Alimentación
de nitrógeno
(0-2000 m3N/h)
DN 80
entrada al
soplador
aspirador
detección de gas denso, QNX
Instalaciones de limpieza del gas
FCV
2802 FIT
2801
TT
2806
TT
2805
FCV
2801
Soplador
P 2801A/B
a despacho
A/B
A/B
a gasómetro
y baterías
FT
2802
FT
2801
FTN
2307
adición de nitrógeno
llegada de gas de coque
PLC
SV
2801
entrada al
soplador
densidad
Kg /Nm3
22%
17%
6%
Situación Inicial,
COG sin adición
10%
2%
6%
0,3974
0,3252
3830
3620
6716
5742
5742
6108
3620
3676
0,3974
0,3622
COG con adición de N2,
4 % en el valle y 0 % en domo
Poder Calorífico
Kcal /Nm3
Índice de Wobbe
PC/d1/2

28. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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28
Subproductos
Depósito duro, negro, opaco, 70% S
2HS + O2 2S + H2O
catalizada por Fe2O3.H2O.SOPLADOR
H2O(l)
H2S
HCN
NH3
O2
Formación de Tiocianatos
NH4 SCN
camino del polisulfuro
NH3 + HCN + XS + NH4 CN NH4 SCN + (NH4)2SX
oxidación directa
H2S + HCN + 1/2 O2 HSCN + H2O
NH3 + HSCN NH4 SCN
Reacciones de formación de tiocianatos, condición acuosa
Fe + NH4 SCN Corrosión + Depósitos
azul de prusia, ferrocianuros
complejos, sulfuros de hierro
Despacho de COG
H2O(l)
H2S
HCN
NH3
O2
Formación de Tiocianatos
NH4 SCN
Formación de Tiocianatos
NH4 SCN
camino del polisulfuro
NH3 + HCN + XS + NH4 CN NH4 SCN + (NH4)2SX
camino del polisulfuro
NH3 + HCN + XS + NH4 CN NH4 SCN + (NH4)2SX
oxidación directa
H2S + HCN + 1/2 O2 HSCN + H2O
NH3 + HSCN NH4 SCN
oxidación directa
H2S + HCN + 1/2 O2 HSCN + H2O
NH3 + HSCN NH4 SCN
Reacciones de formación de tiocianatos, condición acuosa
Fe + NH4 SCN Corrosión + Depósitos
azul de prusia, ferrocianuros
complejos, sulfuros de hierro
Fe + NH4 SCN Corrosión + Depósitos
azul de prusia, ferrocianuros
complejos, sulfuros de hierro
Despacho de COGDespacho de COG
Calentador de
LACA

29. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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29
Subproductos
2 ( NH4
+
(ac) + O2(g) + 1e ½ N2(g) + 2 H2O ) semiecuación de Reducción
Fe(s) Fe++
(ac) + 2e semiecuación de Oxidación
2 NH4
+
(ac) + 2 O2(g) + Fe (s) Fe++
(ac) + N2(g) + 4 H2O G = - 1019 kJ
Cu (s) Cu++
(ac) + 2e
Ingreso de aire
Agua amoniacal
agua amoniacal y aire,
altamente corrosivo
-Ingreso de aire por falta de regulación de nivel-
-caso en cañería de envío desde fosa de agua amoniacal-
H2H2
H
H
H
H H2H2
zona afectada
por la temperatura.
ARCO
-Mecanismo del cracking por hidrógeno en soldaduras-
H2S HS-
H+
Fe++
-Difusión del hidrógeno atómico por el borde de grano-
H
H + H H2

30. Formación Intensiva en Procesos de Reducción – Coquería – Abril 2008
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30
Subproductos
válvula
cerrada
Entrada
Electrofiltro I
Entrada
Electrofiltro II
COG a
Aspiradores,
Línea I
COG de Enfriadores II
DN 1200 DN 1000
Densidad: 0,714 kg/l
Insolubles en xileno: 12,92 %P/P
Efecto del vapor: se licua
Densidad: 0,546 kg/l
Insolubles en xileno: 13,38 %P/P
Efecto del vapor: se licua
- Depósitos el zonas estancadas de línea COG .Salida de Electrifiltros, Siderar 1993 -
Entrada
Electrofiltro III
F/S
COG de
Enfriadores I
Saturacion de CO G con Naftaleno
0
50
100
150
200
250
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Tem peratura [°C]
grNaftaleno/100Nm3COG