توضیحات

احیای مستقیم میدرکس (MIDREX Direct Reduction Process)

فرآیند میدرکس (MIDREX) یکی از رایج‌ترین و پیشرفته‌ترین روش‌های احیای مستقیم سنگ آهن در جهان است. این فرآیند برای تولید آهن اسفنجی (Direct Reduced Iron – DRI) از سنگ آهن استفاده می‌شود و به دلیل کارایی بالا، سازگاری با محیط زیست و مصرف انرژی کمتر نسبت به روش‌های سنتی (کوره بلند)، در بسیاری از صنایع فولادسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مفهوم احیای مستقیم

احیای مستقیم به فرآیندی گفته می‌شود که در آن اکسیدهای آهن موجود در سنگ آهن بدون ذوب شدن، با استفاده از گازهای احیاکننده مانند هیدروژن (H₂) و مونوکسید کربن (CO) به آهن فلزی تبدیل می‌شوند. محصول این فرآیند، آهن اسفنجی است که به دلیل ساختار متخلخل خود به این نام شناخته می‌شود.

مراحل فرآیند میدرکس

فرآیند میدرکس در یک راکتور عمودی انجام می‌شود که طی آن سنگ آهن به‌صورت پیوسته احیا می‌شود. مراحل اصلی این فرآیند عبارتند از:

1. آماده‌سازی مواد اولیه:

• سنگ آهن به‌صورت گلوله‌های آهنی (پلت) یا کلوخه‌های آهنی (Lump) آماده می‌شود.
• این مواد اولیه باید دارای خلوص بالا و اندازه مناسب باشند.

2. تولید گاز احیاکننده:

• گاز طبیعی (CH₄) به‌عنوان سوخت و منبع اصلی گاز احیاکننده استفاده می‌شود.
• گاز طبیعی در یک واحد ریفرمینگ (Reformer) با بخار آب و حرارت بالا به مخلوطی از هیدروژن (H₂) و مونوکسید کربن (CO) تبدیل می‌شود: CH4+H2O→CO+3H2 CH_4 + H_2O \rightarrow CO + 3H_2

3. احیای سنگ آهن:

• سنگ آهن از بالای راکتور میدرکس وارد می‌شود و گاز احیاکننده از پایین وارد راکتور می‌گردد.
• در اثر تماس گاز احیاکننده با سنگ آهن، اکسید آهن (Fe₂O₃ یا Fe₃O₄) به‌آهن فلزی (Fe) تبدیل می‌شود: Fe2O3+3H2→2Fe+3H2O Fe_2O_3 + 3H_2 \rightarrow 2Fe + 3H_2O یا Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2 Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2

4. جمع‌آوری محصول (آهن اسفنجی):

• محصول احیاشده (DRI) از پایین راکتور تخلیه می‌شود.
• آهن اسفنجی ممکن است به‌صورت گرم (HDRI) یا سرد (CDRI) بسته به نیاز فرآیند، ذخیره یا به کوره‌های فولادسازی منتقل شود.

5. بازیابی گازها:

• گازهای خروجی از راکتور پس از سرد شدن و جداسازی بخار آب، دوباره به واحد ریفرمر بازگردانده می‌شوند تا بازیافت شوند.

مزایای فرآیند میدرکس

1. بهره‌وری بالا:

   • فرآیند میدرکس بهره‌وری بالایی در تولید آهن اسفنجی دارد و به طور گسترده در کارخانه‌های فولاد استفاده می‌شود.

2. سازگاری با محیط زیست:

   • به دلیل استفاده از گاز طبیعی به‌جای زغال‌سنگ، میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای (مانند CO₂) کاهش می‌یابد.

3. انعطاف‌پذیری مواد اولیه:

   • امکان استفاده از گلوله‌های آهنی (پلت) یا کلوخه‌های آهنی با خلوص بالا.

4. مصرف انرژی کمتر:

   • نسبت به روش‌های کوره بلند، مصرف انرژی کمتری دارد.

5. کیفیت محصول:

   • آهن اسفنجی تولید شده خلوص بالایی دارد و برای استفاده در کوره‌های قوس الکتریکی (EAF) بسیار مناسب است.

6. تولید آهن اسفنجی گرم (HDRI):

   • امکان انتقال مستقیم آهن اسفنجی گرم به کوره‌های فولادسازی برای صرفه‌جویی در انرژی.

معایب فرآیند میدرکس

1. نیاز به گاز طبیعی:

   • فرآیند میدرکس به گاز طبیعی وابسته است که در برخی مناطق ممکن است به‌راحتی در دسترس نباشد.

2. کیفیت مواد اولیه:

   • برای عملکرد بهینه، سنگ آهن با خلوص بالا مورد نیاز است که ممکن است در برخی مناطق هزینه‌بر باشد.

3. محدودیت ظرفیت:

   • ظرفیت تولید این فرآیند نسبت به روش کوره بلند کمتر است.

کاربردهای آهن اسفنجی (DRI)

1. کوره‌های قوس الکتریکی (EAF):

   • استفاده از آهن اسفنجی به‌عنوان جایگزین قراضه فولادی برای تولید فولاد با کیفیت بالا.

2. تولید فولاد با آلیاژهای خاص:

   • به دلیل خلوص بالای آهن اسفنجی، در تولید فولادهای آلیاژی خاص کاربرد دارد.

3. صنایع فولادسازی یکپارچه:

   • استفاده در ترکیب با سایر مواد اولیه برای بهبود کیفیت محصول نهایی.

مقایسه فرآیند میدرکس با سایر روش‌های احیای مستقیم

نتیجه‌گیری

فرآیند میدرکس یکی از پیشرفته‌ترین روش‌های تولید آهن اسفنجی است که به دلیل بهره‌وری بالا، سازگاری با محیط زیست و انعطاف‌پذیری، به‌طور گسترده در صنعت فولادسازی استفاده می‌شود. این فرآیند به‌ویژه در مناطقی که گاز طبیعی در دسترس است، بسیار اقتصادی و کارآمد است. با توسعه فناوری‌های جدید و تمرکز بر کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، میدرکس به‌عنوان یکی از فناوری‌های کلیدی در آینده صنعت فولاد باقی خواهد ماند.

سرفصل ها:

• مقدمه
• فلودیاگرام میدرکس
• تاریخچه پیشرفتهای فرآیند MIDREX
• محدوه استاندار تعریف شده گندله مصرفی واحد احیا
• وظایف کنترل کیفی
• مزيت استفاده از آهن اسفنجي به جاي قراضه
• مزيتهاي استفاده از آهن اسفنجي در کوره قوسي
• فرایند میدرکس (MIDREX)
• شرح مختصر فرایند احیا مستقیم
• تشریح فرایند احیا
• واکنشهای مهم احیا
• اکسایش
• شماتیک میدرکس
• گاز تغذیه
• BUSTIE GAS ریفرمر
• TUBE
• TOP GAS
• گاز آب بندی
• REFORMER

• واکنش های شیمیایی