Reforma catalítica de metano para redução direta de ferro.

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Ribeiro, Tiago Ramos
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Catálise; Catalysis; Direct reduction; DRI; Metalurgia extrativa ferrosa; Methane reforming; Pirometalurgia; Sponge iron
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3133/tde-17122020-120229/

Nos processos de redução direta, o DRI (Direct Reduced Iron) é produzido pela redução de pelotas de minério de ferro com gases redutores gerados pela reforma de gás natural. Esta pode ser realizada em reformador ou dentro do reator de redução, onde o DRI atua como catalisador. Existe uma literatura extensa sobre a reforma de metano, no entanto, o efeito catalítico do DRI é um tema pouco estudado. Por isso, o objetivo deste trabalho é estudar a cinética da reforma de metano catalisada por DRI produzido em laboratório ao buscar entender os mecanismos e as etapas controladoras do processo. Foram realizados experimentos em um sistema composto de um reator metálico, onde diferentes composições gasosas entraram em contato com um leito de DRI. A temperatura do sistema, a vazão de gás e a massa de DRI do leito foram alteradas para gerar um gás de saída com diferentes conversões de metano. Os resultados mostraram que em maiores temperaturas e em maiores valores da relação entre a massa de DRI e a vazão de entrada, a conversão do metano obtida era maior. Também foi observado que a composição gasosa mais redutora, isto é, com maior relação H2/H2O levava a maior conversão do metano pela reação de reforma. Os dados experimentais até conversões de metano de 50 % se adequaram bem ao modelo de controle por reação química de acordo com o mecanismo proposto por Münster e Grabke(6,7). Uma avaliação aproximada do efeito da difusão do metano pelos poros do DRI mostrou que o controle da reação pode ser misto, mas esse ponto necessita de maior aprofundamento. Por fim, a carburação do DRI foi observada com a composição gasosa em equilíbrio com carbono sólido e composição similar à do processo Energiron-ZR. Esse carbono estava presente na forma de perlita, indicando que houve dissolução na matriz de ferro e posterior precipitação de cementita. A composição do Energiron ZR resultou em deposição intensa de carbono nos poros do DRI. Isso inibiu a atividade catalítica e a reforma de metano passou a ser um processo de deposição de carbono seguida de reação de vapor de água com o material depositado.