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Emisiones de CO2 en el proceso de fabricación de acero

25 de April de 2022 Blog por Cassotis Consulting

En otras publicaciones, hemos presentado algunas iniciativas para reducir las emisiones de CO2 en las acerías integradas con la ruta tradicional AH-Convertidor LD. Algunas de ellas están relacionadas con cambios en la mezcla de materiales, mientras que otras requieren inversiones en maquinaria. Sin embargo, debido a la naturaleza de los procesos, es difícil conseguir grandes reducciones. Para reducir las emisiones de forma más drástica, se puede considerar un cambio completo de los procesos. La reducción directa parece ser un proceso bastante respetuoso con el medio ambiente si se observan las emisiones. Veamos las cifras más detalladamente, comparando las dos tecnologías en las mismas condiciones exactas (misma producción y mismas materias primas).

 

Al igual que el proceso de reducción en un alto horno (AH), el CO2 es el producto de la combustión y de las reacciones de reducción del hierro en el reactor de reducción directa (RD). Sin embargo, hay algunos puntos que explican la diferencia de los niveles de emisión de un proceso a otro.

 

Los dos agentes reductores utilizados en el proceso de reducción son el dihidrógeno (H2) y el monóxido de carbono (CO). Aunque siempre hay reacciones de reducción con ambos agentes, el principal agente reductor en el AH es el CO. Incluso cuando el horno está equipado con inyección de H2, los óxidos de hierro reaccionan principalmente con el CO para reducirse, ya que el CO es más abundante en el horno. Sin embargo, en el proceso RD, el gas inyectado para la reducción en el reactor es compuesto por H2 (60%), CO (20%), CO2 (10%), CH4 (7%) y otros gases (3%), como el N2. Con esta proporción natural de H2 y CO, las reacciones de reducción en el eje RD producen más agua en comparación con el CO2.

 

 

Una diferencia importante entre ambos procesos está relacionada con el propio producto. El arrabio, metal líquido sin óxidos, está compuesto por hierro (95%), carbono (4%), silicio (0,4%) y otros elementos (<0,5%). El hierro esponja, producto del proceso de reducción directa, resulta de la reducción parcial de los óxidos de hierro y aún contiene otros óxidos, conocidos como la ganga, que acabarán convirtiéndose en escoria en el proceso posterior (HAE).

 

La entalpía y el contenido de silicio del arrabio aportan beneficios térmicos en el convertidor, pero esto tiene un alto costo medioambiental en el alto horno, donde la energía se produce con combustibles de carbono, generando elevadas cantidades de CO2. En una ruta RD-HAE, la mayor parte de la energía se requiere en el horno de arco eléctrico y, por tanto, puede proceder de diversas fuentes. Sin embargo, el balance completo de CO2 también debe tener en cuenta el proceso secundario, incluido el tratamiento (que incluye el calentamiento) del gas de proceso.

 

Otro aspecto importante es el destino de los dos gases de salida. En ambos casos, los gases capturados tienen potencial energético debido a la presencia de CO y H2 en su composición. La energía del gas de alto horno (GAH) se utiliza para las demandas térmicas de otros procesos de la planta, principalmente mediante la combustión del gas, lo que genera más CO2. Sin embargo, el gas superior de una planta de RD se trata para ser reutilizado como gas reductor en el reactor. Este tratamiento también puede incluir la eliminación parcial del CO2 del gas superior. Muchas veces, este volumen se vende - a la industria de las bebidas, por ejemplo - en lugar de liberarse a la atmósfera.

 

A continuación se muestra una comparación justa de las emisiones de CO2 de las plantas AH-Convertidor LD y RD-HAE. Estas cifras se han simulado mediante un modelo matemático que considera exactamente la misma lista de materias primas y la misma cartera de pedidos. Es evidente que las emisiones de CO 2 de la ruta RD-HAE, de unas 0,7 toneladas de CO2 por tonelada de plancha, son significativamente menores que las de la ruta AH-Convertidor LD, de unas 1,8 toneladas de CO2 por tonelada de plancha.

 

 

Independientemente del proceso de fabricación del acero, la industria se esfuerza constantemente por mejorar su rendimiento en una amplia gama de factores. Está claro que el impacto medioambiental será un índice principal en las próximas décadas. Por lo tanto, todas las innovaciones se deben evaluar cuidadosamente para comprender las compensaciones que están introduciendo en la cadena. Y la mejor manera de cuantificar esos efectos es utilizando modelos matemáticos capaces de representar cada aspecto de la planta.

 

Autor: Emmanuel Marchal - Managing Partner en Cassotis Consulting

                                 Coautor: Guilherme Martino

 

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