BR112015031150B1

BR112015031150B1 - método para tratamento de minério de metal, e alto-forno para produção de metal

Info

Publication number: BR112015031150B1
Application number: BR112015031150A
Authority: BR
Inventors: Kühl Olaf
Original assignee: CCP Technology GmbH
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2019-09-10
Also published as: AR096605A1; AU2014280344B2; EP3008218B1; CA2913725A1; DE102013009993A1; US10526670B2; US20160083810A1; CN105283562A; TW201510227A; WO2014198635A1; MX2015017131A; KR20160018813A; CN105283562B; JP2016524654A; AU2014280344A1; EP3008218A1; EA029710B1; ZA201508565B; EA201690017A1; TWI635183B

Abstract

resumo método para tratamento de minério de metal; e alto- forno para produção de metal a presente invenção é direcionada a um alto-forno e um método para operar um alto-forno, os quais são capazes de reduzir a produção de co2 e reduzir a quantidade de aditivos aplicados e material de aquecimento quando comparados a plantas metalúrgicas atualmente conhecidas. esse problema é resolvido por um processo para produção de metal de minério de metais compreendendo as etapas a seguir: redução de um minério de metal, particularmente um óxido de metal; produção de gás de forno contendo co2 em uma cuba de alto-forno; descarregamento do dito gás de forno proveniente da cuba do alto-forno; direcionamento de pelo menos uma porção do gás de forno direta ou indiretamente para dentro de um conversor de co2 e redução do co2 contido no gás de forno em co no conversor de co2; direcionamento de pelo menos uma porção do co proveniente do conversor de co2 para dentro da cuba do alto- forno. além de solucionar o problema mencionado acima, o método também produz co com uma agente de redução gasoso, o qual pode ser facilmente introduzido no interior da cuba do alto-forno. um alto-forno para produção de metal operando de acordo com o processo mencionado acima compreende: uma cuba de alto-forno tendo a primeira saída do gás de forno e pelo menos uma entrada de co; em conversor de co2, o qual compreende uma entrada do con- versor de co2 e ema entrada de gás do conversor de co2 para gases contendo co2 e que é adaptado para reduzir co2 a co; em que a primeira saída do gás de forno está conectada direta ou indiretamente à entrada de gás do conversor de co2; e em que o conversor de co2 compreende pelo menos uma primeira saída de co para descarregar a primeira porção do co produzido no conversor de co2, em que a dita primeira saída de co2 está conectada direta ou indiretamente à cuba do alto-forno.

Description

[001] A presente invenção se refere a um altoforno e um processo para operar um alto-forno, que podem ser empregados para reduzir emissões de CO2.

[002] Plantas metalúrgicas são plantas para tratamento de minério de metal, em que o elemento central de uma planta metalúrgica é um alto-forno. Essas plantas metalúrgicas têm sido conhecidas há muito tempo. Um alto-forno é alimentado com matérias-primas, as quais compreendem minério de metal, aditivos e material de aquecimento. Geralmente carvão ou coque é usado como um material de aquecimento, em que carvão e coque produzem calor através da queima na presença de ar por um lado, e em que carvão e coque também funcionam como agentes de redução para o minério de metal, como o minério de metal é composto basicamente óxido de metal. Ao reduzir minério de metal em um alto-forno, vários gases são produzidos, os quais coletivamente são denominados como um gás de forno ou gás de combustão. O dito gás de forno geralmente contém quantidade substancial de dióxido de carbono (CO2). Dióxido de carbono é um gás do efeito estufa, e nos últimos anos mais e mais esforços têm sido feitos para evitar ou converter gases do efeito estufa, uma vez que esses gases do efeito estufa são considerados prejudiciais para o clima.

[003] No campo da produção de metal, é um objetivo geral usar tão poucas matérias-primas e material de aquecimento quanto possível, uma vez que esses materiais são dispendiosos e é dispendioso transportar esses materiais. Muitos esforços têm sido feitos para reduzir a quantidade de coque/carvão utilizada na produção. Uma abordagem foi soprar

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2/72 pó de carvão para dentro do alto-forno, e outra abordagem foi produzir monóxido de carbono como um gás de redução, quer no próprio alto-forno ou em um reator de gaseificação separado, externo ao alto-forno. Através do documento EP 09318401 A1 é conhecido soprar uma porção de carbono necessária para reduzir o minério de metal para dentro do alto-forno na forma de um material de redução substituto. Neste sentido, por exemplo, gás natural, óleo pesado, finos de carvão e material similar tendo um alto teor de carbono podem ser utilizados como um material de redução substituto. Esses materiais podem ser diretamente soprados para dentro da cuba do alto-forno ou podem ser gaseificados fora da cuba do alto-forno em um reator de gaseificação separado, de modo a formar um gás de redução. Subsequentemente, tal gás de reação pode ser direcionado para a cuba do alto-forno. O método conhecido através do documento EP 09318401 A1 pode fornecer uma possibilidade de reduzir a quantidade de carvão ou coque consumida e pode também fornecer uma possibilidade ao uso de materiais, que são difíceis de processar como um material de redução substituto, contudo, o problema da alta produção de CO2 na produção de metal ainda não foi solucionado.

[004] A técnica anterior descreve métodos, em que o gás de forno ou um componente em particular do mesmo é direcionado para fora da cuba do alto-forno e, após ser tratado em um conversor de CO2, é redirecionado para dentro da cuba do alto-forno. O documento EP 2 543 743 A1 descreve um método em que gás de alto-forno é direcionado para fora da cuba do alto-forno e é direcionado para um equipamento de separação, no qual CO e CO2 são separados. Apenas o CO2 separado é submetido à modificação no conversor de CO2. A modifica

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3/72 ção produz principalmente CO e H2O, em que H2O é separada e CO é direcionado para dentro da cuba do alto-forno. O documento WO 2011/087036 A1 também descreve um método, em que o primeiro gás de alto-forno é direcionado para um equipamento de separação, no qual CO e CO2 são separados. Em um conversor de CO2, o CO2 é convertido em O2 e CO. O CO proveniente da dita conversão e CO previamente separado são direcionados juntamente para dentro da cuba do alto-forno. O documento US 3 909 446 A descreve um método, em que o gás de alto-forno proveniente da cuba do alto-forno é mistura com gás de coqueria em um conversor de CO2. Assim, uma mistura de gás compreendendo CO e H2 é produzida, a qual é redirecionada para dentro da cuba do alto-forno. O documento WO 2010/049536 A1 descreve um método similar, em que carbono contendo partículas também é redirecionado para dentro da cuba do alto-forno. O documento US 2 598 735 A descreve um método em que gás de alto-forno proveniente da cuba do alto-forno é misturado com carbono/carvão e oxigênio em um gerador de gás. Uma porção do carbono é queimada na presença de oxigênio, e outra porção de carbono reduz o CO2 proveniente do gás de alto-forno e o CO2 proveniente da queima de carbono em CO. O dito CO é redirecionado para dentro da cuba do alto-forno como um agente de redução. Nenhum desses documentos descreve um método em que tratamento adicional de uma porção do CO convertido é realizado.

[005] A presente invenção é direcionada a um alto-forno e um processo para operar um alto-forno, que são capazes de reduzir a produção de CO2, assim como reduzir a quantidade de aditivos consumidos e material de aquecimento quando comparados aos utilizados atualmente em plantas de

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4/72 produção de metal. Esse problema é solucionado por um método para tratamento de minério de metal de acordo com a reivindicação 1 e por um alto-forno para obtenção de metal de acordo com a reivindicação 8.

[006] O método para tratamento de minério de metal aqui inventado, compreende as etapas a seguir: redução de um minério de metal, em particular redução de óxidos de metais; produção de um gás de forno em uma cuba do altoforno, em que o gás de forno contém CO2; e descarregamento do gás de forno na cuba do alto-forno; direcionamento de pelo menos uma porção do gás de forno direta ou indiretamente para um conversor de CO2 e redução do CO2 contido no gás de forno no dito conversor de CO2, de modo a produzir CO; e direcionamento da primeira porção do dito CO, proveniente do conversor de CO2 para dentro da cuba do alto-forno. Este método soluciona o problema identificado acima e também produz CO como um material de redução de gases, que pode ser facilmente alimentado para dentro da cuba do alto-forno. Uma segunda porção adicional do CO é direcionada a partir do conversor de CO2 para o processo de tratamento adicional. Dependendo do tipo de conversor de CO2, a etapa de conversão de CO2 em CO produz mais CO que o necessário para reduzir minério de metal na cuba do alto-forno. O CO produzido adicionalmente pode ser utilizado como estoque de alimentação ou transportador de energia no processo de tratamento adicional. O processo de tratamento adicional é um ou vários dos seguintes processos de conversão: De acordo com uma modalidade do método inventado, o processo de tratamento adicional é um dos seguintes a) um processo de combustão em um motor a gás ou em uma turbina a gás; b) um processo de oxidação em uma célula a combustível.

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Por meio de tais processos, calor ou energia mecânica podem ser obtidos a partir do gás combustível CO. De acordo com outra modalidade do método inventado, o processo de tratamento adicional é um processo de conversão biológica em um bioconversor, em que o dito processo de conversão biológica é realizado utilizando micro-organismos ou algas de acordo com uma ou mais das redes de equações a seguir: a) 6CO + 3 H2O C2H5OH + 4 CO2;b) 6 H2 + 2CO2 C2H5OH + 3 H2O; c) 2 CO + 4 H2

C2H5OH + H2O. Dessa forma, CO e, em particular, o CO2 indesejável podem ser convertidos em etanol pela adição de hidrogênio.

[007] Também em querosene, diesel, gasolina, metanol ou outros combustíveis podem ser produzidos, se micro-organismos e algas apropriados são escolhidos. Nessa modalidade, o processo de tratamento adicional é um processo de conversão biológica em um bioconversor e através da utilização de micro-organismos ou algas, os gases CO e CO2 introduzidos, são convertidos em querosene, diesel, gasolina, metanol ou outros combustíveis como um produto final. De acordo com outra modalidade do método inventado, o processo de tratamento adicional é um processo de conversão, no qual um gás de síntese é convertido em um hidrocarboneto funcionalizado e/ou não funcionalizado, preferencialmente em parafina, querosene, diesel, gasolina, gases líquidos ou metanol. Dessa forma, um produto vendável pode ser produzido a partir de gás CO, que é produzido em grandes quantidades. No método inventado, os fluxos de massa de gás de forno, gás de exaustão, C, gás CO, gás de H2, e gás CO2 podem, idealmente, ser utilizados se uma multiplicidade de diferentes processos adicionais de tratamento for realizada.

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6/72 [008] De acordo com uma modalidade do método, uma segunda porção do CO proveniente do conversor de CO2 é primeiro queimada, de modo a formar uma mistura de gases de exaustão contendo CO2, antes de ser direcionada na forma da dita mistura de gases de exaustão para dentro de um processo de tratamento adicional. Deste modo, o CO pode ser utilizado como um transportador de energia. Dependendo do tipo do processo de tratamento adicional, pode ser desejável, ter o CO2 como um estoque de alimentação ou matéria-prima.

[009] De acordo com outra modalidade do método, em que o gás de forno é encaminhado indiretamente para o conversor de CO2, o gás de forno é primeiro queimado, de modo a formar uma mistura de gases de exaustão contendo CO2, antes de ser direcionado para dentro do conversor de CO2, na forma da dita mistura de gases de exaustão. No conversor de CO2, o CO2 é reduzido a CO. Assim, o CO contido no gás de forno e outros componentes combustíveis do gás de forno podem ser utilizados como um transportador de energia.

[010] Dependendo do tipo do processo de tratamento adicional, pode ser vantajoso direcionar uma porção da mistura de gases de exaustão contendo CO2 não através do conversor de CO2, mas para um processo de tratamento adicional, em que o CO2 pode servir como matéria-prima ou estoque de alimentação no dito processo de tratamento adicional.

[011] Em uma modalidade do método, uma porção do gás de forno é encaminhado diretamente para um processo de tratamento adicional, ou seja, evitando o conversor de CO2. Assim, uma quantidade maior de CO2 pode ser fornecida para o processo de tratamento adicional. É também possível ajustar uma proporção desejada do teor de CO e do teor de CO2 na misPetição 870170037555, de 02/06/2017, pág. 9/85

7/72 tura de gás para o processo de tratamento adicional.

[012] Preferencialmente, uma porção do CO é injetada na zona inferior da cuba do alto-forno acima do nível do metal fundido, em particular, na região dos bocais de injeção ou ventaneiras. Assim, CO pode ser injetado para dentro da zona de redução da cuba do alto-forno como um material de redução de gases. Além disso, ao realizar retrofit ou adaptar o alto-forno existente para o método da presente invenção, as ventaneiras, que já estão presentes, podem ser utilizadas como entradas de CO.

[013] Uma porção do CO pode ser, preferencialmente, injetada em uma ou mais entradas de CO ao longo da altura da cuba do alto-forno. Assim, a localização das diferentes zonas da cuba do alto-forno pode ser controlada, e a produção de metal pode ser precisamente controlada.

[014] As entradas de CO podem, opcionalmente, estar parcialmente localizadas abaixo do nível do metal fundido na cuba do alto-forno. Assim, até a redução do metal fundido pode ser conseguida.

[015] Em uma modalidade do método, carbono adicional pode ser introduzido na zona inferior da cuba do altoforno de modo a entrar em contato com o metal fundido. Assim, o ponto de fusão do metal pode ser diminuído.

[016] Em uma modalidade do método inventado, a etapa de redução de CO2 a CO no conversor de CO2 é realizada pela adição de C a uma temperatura entre 800 e 1700 °C. Sob essas condições um equilíbrio de Boudouard pode ser conseguido, em que uma alta proporção de CO2 introduzido é convertido em CO.

[017] No caso do processo de tratamento adicio

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8/72 nal ser um processo de conversão biológica, o método inventado, preferencialmente, compreende as etapas a seguir: decomposição de um hidrocarboneto contendo fluido em carbono e hidrogênio a) por meio de um plasma ou b) pela introdução de energia térmica, em que a etapa de decomposição é preferencialmente realizada em um conversor de hidrocarboneto separado; e direcionamento do hidrogênio (H2) para o processo de conversão biológica. Dessa forma, carbono quente é fornecido para reduzir o CO2 contido no gás de forno ou na mistura de gases de exaustão da máquina de combustão em equilíbrio de Boudouard. Além disso, quantidades consideráveis de hidrogênio são produzidas, o que facilita com que o processo de conversão biológica produza uma grande quantidade de etanol e pouco ou nenhum CO2.

[018] Na modalidade do método inventado, na qual o processo de tratamento adicional é um processo de conversão para converter um gás de síntese, o gás de síntese é preferencialmente produzido pelas etapas a seguir: decomposição de um hidrocarboneto contendo fluido em carbono (C) e hidrogênio (H2) a) por meio de plasma ou b) por meio da introdução de energia térmica; e mistura de pelo menos uma porção do dito hidrogênio (H2) com pelo menos uma porção do CO produzido no conversor de CO2. Dessa forma, grandes quantidades de hidrogênio podem ser fornecidas. Preferencialmente, o hidrocarboneto contendo fluido é um fluido barato, tal como CH4, óleo cru ou outros óleos pesados.

[019] Em uma modalidade alternativa do método inventado, a etapa de redução de CO2 a CO no conversor de CO2 ocorre por meio de uma reação reversa de deslocamento de água, de acordo com a equação CO2 + H2 CO + H2O. Dessa for

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9/72 ma, a emissão de CO2 do processo do alto-forno pode ser reduzida, e esta forma alternativa não produz fluxo de massa adicional de CO.

[020] Em uma modalidade, a cuba do alto-forno e/ou o conversor de CO2 podem ser adicionalmente aquecidos. No método inventado, o aquecimento da cuba do alto-forno por meio de coque/carvão, pode ser reduzido ou mesmo evitado. Sendo assim, a energia térmica na cuba do alto-forno pode não ser suficiente para alcançar temperaturas suficientemente elevadas em todas as situações. Por meio de aquecimento adicional, temperaturas maiores podem ser alcançadas, ou seja, temperaturas necessárias para reduzir minério de metal e para fundir o dito metal.

[021] Aquecimento adicional é preferencialmente realizado, pelo menos parcialmente, por meio de calor produzido em uma das etapas de combustão mencionadas acima, e/ou por meio de calor produzido em uma das etapas mencionadas acima de decomposição de um hidrocarboneto contendo fluido em carbono (C) e hidrogênio (H2); a) por meio de um plasma, ou; b) pela introdução de energia térmica, e/ou aquecimento adicional realizado por meio de calor produzido durante conversão de CO ou gás de síntese em hidrocarbonetos funcionalizados ou não funcionalizados. Dessa forma, o calor produzido durante a etapa de decomposição, pode ser utilizado em uma etapa local do processo, a qual tem uma demanda constante por energia térmica. Consequentemente, a energia térmica não é desperdiçada.

[022] O alto-forno para produção de metal, aqui descrito, compreende: uma cuba do alto-forno, que tem uma primeira saída do gás de forno e pelo menos uma entrada de

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CO; um conversor de CO2 para redução de CO2 a CO; o conversor de CO2, compreendendo uma entrada do conversor de CO2 e uma entrada de gás do conversor de CO2 para gases contendo CO2; em que a saída de gás de forno está direta ou indiretamente conectada à entrada de gás do conversor de CO2; e, em que o conversor de CO2 compreende pelo menos uma primeira saída de CO para descarregar uma primeira porção do CO produzida no conversor de CO2, em que a primeira saída de CO é direta ou indiretamente conectada à cuba do alto-forno. Esse alto-forno soluciona o problema mencionado acima e, além disso, é capaz de produzir CO como um material de redução de gases, o qual pode ser facilmente alimentado para dentro da cuba do altoforno. O conversor de CO2 adicional, compreende pelo menos uma segunda saída de CO para descarregar uma segunda porção do CO para um ou vários conversores de tratamento adicional. Dependendo do tipo de conversor de CO2, a conversão de CO2 resulta em ter mais CO do que é necessário para redução de minério de metal na cuba do alto-forno. O CO produzido adicionalmente pode, consequentemente, ser desviado como uma segunda porção de CO, e a dita segunda porção de CO pode ser utilizada em um processo de tratamento adicional como um estoque de alimentação ou transportador de energia. De acordo com uma modalidade de alto-forno, o conversor de tratamento adicional é um motor a gás, uma turbina a gás ou uma célula a combustível. Por meio dessas máquinas, calor ou energia mecânica podem ser gerados a partir do gás CO combustível.

[023] De acordo com outra modalidade de altoforno, o conversor de tratamento adicional é um bioconversor, no qual um processo de conversão utilizando micro-organismos ou algas é realizado de acordo com uma ou mais das redes de

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11/72 equações a seguir:

a) 6CO + 3 H2O C2H5OH + 4 CO2; b) 6 H2 + 2CO2

C2H5OH + 3 H2O;

c) 2 CO + 4 H2 C2H5OH + H2O.

[024] Dessa forma, CO e, em particular, o CO2 indesejável podem ser convertidos em etanol pela adição de hidrogênio. Também em querosene, diesel, gasolina, metanol ou outros combustíveis podem ser produzidos através da escolha apropriada de micro-organismos ou algas. Nessa modalidade, o conversor de tratamento adicional é um bioconversor, no qual um processo de conversão é realizado pela utilização de micro-organismos ou algas, de modo a produzir querosene, diesel, gasolina, metanol ou outros combustíveis como produto final. De acordo com uma modalidade de alto forno, o conversor de processo de tratamento adicional é um coconversor que é adequado para produzir hidrocarbonetos funcionalizados ou não funcionalizados com auxílio de um gás de síntese. Os hidrocarbonetos são preferencialmente parafina, querosene, diesel, combustível, gases líquidos ou metano. Dessa forma, um produto vendável pode ser produzido a partir das grandes quantidades de gás CO gerado. Nessa modalidade, o gás de síntese é preferencialmente uma mistura de hidrogênio produzida no conversor de hidrocarboneto, e CO produzido no conversor de CO2. Os fluxos de massa de gás de forno produzidos, gás de exaustão, C, gás CO, gás de H2, gás CO2 podem ser idealmente convertidos, se o alto-forno compreende uma multiplicidade de conversores de tratamento adicionais, os quais podem ser operados simultaneamente.

[025] Os fluxos de massa de gás de forno produzidos, gás de exaustão, C, gás CO, gás de H2, gás CO2 podem

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12/72 ser idealmente convertidos, se o alto-forno compreende uma multiplicidade de conversores de tratamento adicionais, os quais podem ser operados simultaneamente.

[026] De acordo com uma modalidade, o altoforno compreende ainda uma máquina de combustão, tendo uma entrada de gás de combustão e pelo menos uma saída de gás de exaustão, para descarregar uma mistura de gases de exaustão contendo CO2. Pelo menos uma das segundas saídas CO do conversor de CO2 é conectada à entrada de gás de combustão, da máquina de combustão. A máquina de combustão é operada, pelo menos parcialmente, com CO proveniente do conversor de CO2. Uma das saídas de exaustão da máquina de combustão é conectada a um conversor de tratamento adicional. Na máquina de combustão, o CO produzido no conversor de CO2 pode ser utilizado como um transportador de energia. Dependendo do tipo do processo de tratamento adicional, pode ser desejável fornecer uma mistura de gases de exaustão proveniente da máquina de combustão, em que o CO2 é utilizado como estoque de alimentação para o processo de tratamento adicional.

[027] Em uma modalidade, o alto-forno também compreende uma máquina de combustão que tem uma entrada de gás de combustão, e pelo menos uma saída de gás de exaustão, para descarregar uma mistura de gases de exaustão contendo CO2. Essa modalidade compreende uma conexão indireta da saída de gás de forno e o conversor de CO2, e a primeira saída do gás de forno da cuba do alto-forno é conectada à entrada de gás de combustão da máquina de combustão. A máquina de combustão é, pelo menos parcialmente, operada com o gás de forno. Assim, o CO e outros componentes combustíveis do gás de forno podem ser utilizados como um transportador de energia.

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Nessa modalidade, preferencialmente uma das saídas de exaustão da máquina de combustão é conectada à entrada de gás do conversor de CO2, do conversor de CO2, de modo a direcionar uma porção da mistura de gases de exaustão contendo CO2 para dentro do conversor de CO2.

[028] Dependendo do tipo de processo de tratamento adicional, pode ser vantajoso que uma das saídas de exaustão da máquina de combustão seja conectada ao conversor de tratamento adicional, de modo a direcionar uma porção da mistura de gases de exaustão contendo CO2 para fora do conversor de CO2, ou seja, não através do conversor de CO2, e para dentro do processo de tratamento adicional. Dessa forma, uma maior quantidade de CO2 pode ser fornecida para o processo de tratamento adicional. É também possível, ajustar uma mistura de gás, que tem uma proporção desejada de CO e CO2, adaptada para o processo de tratamento adicional.

[029] Ao reduzir o CO2 contido no gás de forno, ou no gás de exaustão da máquina de combustão no conversor de CO2 por meio de C, prefere-se conectar pelo menos uma das segundas saídas CO do conversor de CO2 ao conversor de tratamento adicional. No conversor de tratamento adicional, as porções de CO produzidas, que não podem ser redirecionadas para dentro da cuba do alto-forno e, consequentemente, não podem ser consumidas na cuba do alto-forno, podem ser convertidas em calor, em energia mecânica ou em produtos vendáveis. O calor e/ou a energia mecânica podem ser utilizados para operar o alto-forno. Os produtos podem ser vendidos.

[030] Dependendo do tipo do processo de tratamento adicional, pode ser vantajoso que o alto-forno compreenda uma segunda saída de gás de forno, a qual é diretamente

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14/72 conectada ao conversor de tratamento adicional, ou seja, ter uma conexão evitando o conversor de CO2. O gás de forno contém CO e CO2 como componentes, em que esses componentes podem ser, em particular, mais processados em um conversor de tratamento adicional, tendo um princípio biológico.

[031] Preferencialmente, o alto-forno compreende uma entrada de CO na zona inferior da cuba do alto-forno acima do nível do material fundido, em particular, na região dos bocais de injeção ou ventaneiras. Dessa forma, o CO pode ser injetado para dentro da zona de redução da cuba do altoforno como um material de redução de gases. Se um alto-forno existente é submetido a retrofit para o método inventado no presente documento, as já existentes ventaneiras podem ser utilizadas como entradas de CO.

[032] O alto-forno compreende, preferencialmente, uma multiplicidade de entradas de CO em diferentes alturas da cuba do alto-forno. Assim, gás CO pode ser injetado em diferentes regiões ao longo da altura da cuba do alto-forno. Assim, a localização das diferentes zonas da cuba do altoforno pode ser controlada e a produção de metal pode ser facilmente controlada.

[033] Opcionalmente, as entradas de CO podem estar parcialmente localizadas a uma altura, que está abaixo do nível do metal fundido na cuba do alto-forno durante o funcionamento do alto-forno. Consequentemente, a redução pode ser também alcançada no metal fundido, se necessário.

[034] Além disso, o alto-forno compreende opcionalmente uma entrada de C para carbono na zona inferior da cuba do alto-forno, em que a entrada de C está localizada de tal maneira, que o carbono (C) pode ser alimentado para den

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15/72 tro da cuba do alto-forno abaixo do nível do metal fundido durante funcionamento do alto-forno, de modo a diminuir o ponto de fusão do metal.

[035] Em uma modalidade do alto-forno, o conversor de CO2 é adaptado para reduzir CO2 a CO pela adição de C a uma temperatura entre 800 e 1700 °C. Sob essas circunstâncias uma região de equilíbrio de Boudouard pode ser atingida, em que uma maior proporção de CO2 introduzida é convertida em CO. Essa modalidade é vantajosa se o carbono quente (C) já está disponível, por exemplo, proveniente de um conversor de hidrocarboneto.

[036] O alto-forno preferencialmente compreende um conversor de hidrocarboneto operado por meio de plasma ou energia térmica. O conversor de hidrocarboneto compreende pelo menos uma entrada de hidrocarboneto para um fluido contendo hidrocarbonetos, e pelo menos uma saída C para pelo menos uma saída de carbono e pelo menos uma H2, para hidrogênio (H2), em que pelo menos uma das saídas C, para pelo menos carbono, está conectada à entrada do conversor de CO2. Por exemplo, gases inertes, tais como argônio ou nitrogênio, podem ser utilizados um gás de plasma. Por outro lado, gás hidrogênio H2, CO ou gás de síntese podem ser utilizados como gás de plasma, uma vez que esses gases são produzidos durante a composição dos ditos hidrocarbonetos em qualquer caso. Assim, carbono quente é produzido para a redução do CO2 contido no gás de forno, ou na mistura de gases de exaustão da máquina de combustão em um equilíbrio de Boudouard.

[037] Vantajosamente, uma das saídas H2 para hidrogênio (H2) do conversor de hidrocarboneto está conectada ao conversor de tratamento adicional. Dessa forma, quantida

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16/72 des consideráveis de hidrogênio são fornecidas, assim, facilitando com que a conversão biológica produza uma grande quantidade de etanol e pouco ou nenhum CO2.

[038] Em uma forma alternativa do alto-forno, o conversor de CO2 está adaptado para realizar a redução de CO2 em CO por meio de uma reação reversa de deslocamento de água de acordo com a equação CO2 + H2 CO + H2O. A reação reversa de deslocamento de água produz uma mistura de CO/H2O. Nessa modalidade, as emissões de CO2 podem ser reduzidas, e fluxos de gás CO não são produzidos em excesso. Nessa modalidade do alto-forno, um equipamento para separar água a partir da mistura de CO/H2O está localizado na direção do fluxo da mistura de CO/H2O, a jusante da saída de CO do conversor de CO2. Nessa modalidade, o alto-forno compreende ainda um conversor de hidrocarboneto, operado por meio de um plasma ou por meio de energia térmica, em que o conversor de hidrocarboneto compreende pelo menos uma entrada de hidrocarboneto para um fluido contendo hidrocarbonetos, assim como, uma saída para pelo menos carbono, e pelo menos uma saída H2 para hidrogênio (H2). Pelo menos uma das saídas H2 para hidrogênio (H2) está conectada à entrada do conversor de CO2. Assim, grandes quantidades de hidrogênio podem ser fornecidas para reduzir o CO2 proveniente da cuba do alto-forno.

[039] Preferencialmente, o alto-forno compreende um aquecedor auxiliar, o qual está adaptado para aquecer uma zona de redução e/ou zona de fusão da cuba do alto-forno. Por meio de aquecimento adicional, altas temperaturas podem ser atingidas em todas as situações, uma vez que altas temperaturas são necessárias para reduzir o metal fundido e para a fusão do metal.

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17/72 [040] O aquecedor auxiliar preferencialmente utiliza energia térmica, a qual é produzida em uma das máquinas de combustão mencionadas acima e/ou b) em um conversor de tratamento adicional, o qual é uma máquina de combustão ou um conversor de CO e/ou c) energia térmica produzida em um conversor de hidrocarboneto operado por meio de plasma ou energia térmica, como foi mencionado acima.

[041] As vantagens do alto-forno e do método para tratamento de minério de metal são pelo menos as seguintes. Comparativamente menos ou nenhum carvão ou coque é utilizado. Sendo assim, significativamente menos ou nenhuma cinza é produzida, e, consequentemente, menos ou nenhum aditivo é necessário. Dessa forma, despesas de transporte e matériasprimas podem ser reduzidas, e o ferro-gusa tem melhor qualidade. Além disso, menos ou nenhuma escória é produzida. Não é necessário que escória flutue sobre o ferro-gusa líquido porque há uma redução da atmosfera protetora dentro da cuba do alto-forno.

[042] Uma ideia básica do alto-forno inventado no presente documento e dos métodos para tratamento de minério de metal é reduzir o dióxido de carbono proveniente do gás de forno a monóxido de carbono. O gás de redução utilizado no processo metalúrgico vem inteiramente da própria cuba do alto-forno e não é produzido separadamente, tal como, por exemplo, no documento EP 09318401 A1. Outra ideia básica, é que o dióxido de carbono proveniente do gás de forno, pode ser utilizado como um produto de síntese ou matéria-prima de síntese para produzir um produto sintético vendável, em particular, para produzir hidrocarbonetos, como será descrito em detalhes abaixo.

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18/72 [043] A invenção e detalhes adicionais e vantagens da mesma serão discutidos a seguir, em relação às moda-

lidades de prova de leitura e em relação às figuras anexas.
	A Fig.	1	é	uma ilustração esquemática	de	um	alto-
forno	de	acordo	com	a	primeira modalidade;
		A Fig.	2	é	uma ilustração esquemática	de	um	alto-
forno	de	acordo	com	a	segunda modalidade;
		A Fig.	3	é	uma ilustração esquemática	de	um	alto-
forno	de	acordo	com	a	terceira modalidade;
		A Fig.	4	é	uma ilustração esquemática	de	um	alto-
forno	de	acordo	com	a	quarta modalidade;
		A Fig.	5	é	uma ilustração esquemática	de	um	alto-
forno	de	acordo	com	a	quinta modalidade; e

A Fig. 6 é uma ilustração esquemática de um conversor de hidrocarboneto, o qual pode ser utilizado em um altoforno de acordo com uma das primeira à quinta modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA [044] No relatório descritivo a seguir, os termos topo, fundo, direita e esquerda, assim como, termos similares se referem às orientações e aos arranjos, respectivamente, apresentados nas figuras, e apenas se destinam a descrever as modalidades. Esses termos podem referir-se aos arranjos preferidos, mas não se destinam a serem limitantes.

[045] A Fig. 1 apresenta uma ilustração esquemática de um alto-forno 1 compreendendo uma cuba do altoforno 2, um conversor de CO2 4 e um conversor de tratamento adicional 6.

[046] Um alimentador 8 está localizado na extremidade superior da cuba do alto-forno 2, em que o alimentador está adaptado para alimentar matéria-prima ou estoque

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19/72 de alimentação para dentro da cuba do alto-forno 2. Especificamente, a matéria-prima é minério de metal, possivelmente aditivos necessários, material de redução e material combustível para aquecimento ou aquecimento inicial do alto-forno.

[047] Visto do topo ao fundo, a cuba do altoforno 2 compreende uma zona de injeção para secagem e préaquecimento, uma zona de redução, uma zona de carbonização e uma zona de fusão. Nas zonas de secagem e pré-aquecimento a matéria-prima é seca e pré-aquecida. Na zona de redução, o minério de metal, consistido principalmente de óxido de metal, será reduzido por CO e C. Na zona de carbonização, uma mistura de metal e carbono é formada, em que o ponto de fusão da mistura de metal e carbono está entre 1000 e 1300 °C, dependendo do metal. Na zona de fusão, a mistura de metal e carbono, em particular uma mistura de ferro e carbono, é fundida pelo calor proveniente da queima do material de aquecimento (por exemplo, coque, gases combustíveis, gás de forno etc.), ou por meio de um aquecedor auxiliar. O metal bruto é coletado no fundo da cuba do alto-forno 2. Durante a produção de metal do minério de metal, uma mistura de gás é formada na cuba do alto-forno 2. Essa mistura de gás é referida como gás de forno ou gás de combustão. Devido ao calor do gás de forno de cerca de 150 a 250 °C, o gás de forno sobe para o topo da cuba do alto-forno 2.

[048] Em um estado anterior da técnica do processo de alto-forno, o gás de forno tem uma composição consistindo de nitrogênio (N2, c. 52-59 %), dióxido de carbono (CO2, c. 22-24 %), monóxido de carbono (CO, c.18-21 %) e hidrogênio (H2, c. 1-3 %) e vapor de água e, possivelmente, traços de metano (CH4). O nitrogênio e uma porção do oxigênio

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20/72 resultam do ar soprado para dentro da cuba do alto-forno. Dióxido de carbono, monóxido de carbono e hidrogênio são gerados por reações químicas durante o funcionamento do altoforno, em que essas reações químicas são bem conhecidas por técnicos no assunto e não estão descritas em detalhe.

[049] No processo do alto-forno da presente invenção, considera-se soprar uma maior quantidade de ar para dentro da cuba do alto-forno durante uma fase de préaquecimento. Tão logo um funcionamento estável do alto-forno 1 é alcançado, nenhuma quantidade considerável de ar será soprada para dentro da cuba do alto-forno 2. Uma vez que nenhum ar entra na cuba do alto-forno 2 a partir de fora, há, portanto, ausência de nitrogênio e de oxigênio no interior da cuba do alto-forno 2 durante o funcionamento estável. Consequentemente, o gás de forno da presente invenção basicamente não contém nitrogênio durante o funcionamento estável. Em vez disso, o gás de forno tem uma composição variável de dióxido de carbono (CO2, c. 50-53 %), monóxido de carbono (CO, c. 4246 %) e hidrogênio (H2, c. 2-6 %), assim como, vapor de água (H2O; dependendo da umidade residual do minério de metal e dos aditivos) e, possivelmente, traços de metano (CH4). Os gases CO2 e CO são formados durante a conversão química do minério. CO2 e CO podem também ser formados a partir dos aditivos. Em uma modalidade prática, a proporção de CO para CO2 no gás de forno é variável, e depende da construção do altoforno, da composição do minério de ferro (Fe2O3 e/ou Fe3O4), dos parâmetros do processo, etc.

[050] Deve ser notado que também no processo do alto-forno da presente invenção, quantidades comparavelmente pequenas de ar, e, portanto, também algum oxigênio e nitrogê

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21/72 nio, devem entrar no interior da cuba do alto-forno 2. Essas pequenas quantidades de ar devem entrar através de fendas na cuba do alto-forno 2, ou fendas em canos ou condutos, ou por meio de processos auxiliares (por exemplo, por meio de um aquecedor auxiliar, etc.). Porém, essas quantidades são muito baixas e podem ser negligenciadas para o processo do altoforno da presente invenção. Nitrogênio é um gás inerte e não participa de qualquer uma das reações químicas descritas. A quantidade de oxigênio, a qual pode resultar de uma possivelmente menor quantidade de ar que entra no processo, pode ser negligenciada quando comparada à quantidade de oxigênio que já está presente no minério de metal (que é óxido de metal). Sendo assim, essas porções menores de gases serão negligenciadas para as descrições a seguir.

[051] Tanto no processo clássico do alto-forno, quanto no processo do alto-forno da presente invenção, partículas de poeira e outros poluentes também estão contidos no gás de forno. Esses poluentes são filtrados por um filtro ou coletor de poeira, de modo a evitar contaminação de outros elementos do alto-forno. Um coletor de poeira é bem conhecido por técnicos no assunto e não será descrito em detalhe.

[052] Além disso, deve ser notado que os gases descritos (gás CO, gás CO2, gás de H2, etc.) são, de fato, misturas de gases. Na descrição a seguir, os gases serão denominados após seu principal constituinte ou seu constituinte químico ativo, de modo a ser melhor distinguível. Será óbvio que os gases também podem compreender adjuvantes ou poluentes, os quais não têm um efeito sobre o processo descrito. Além disso, esses gases podem também conter componentes quimicamente inativos, tais como o nitrogênio mencionado acima.

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Como um exemplo, gás CO, de acordo com a presente descrição, pode consistir de 90 % de monóxido de carbono, mas também mais que 10 % de outros constituintes. Monóxido de carbono (CO) é combustível na presença de oxigênio. Quando uma mistura de gás tendo 90 % de monóxido de carbono, 5 % de nitrogênio e 5 % de CO2 (tal mistura seria denominada como gás CO) é queimada, nitrogênio e CO2 não seriam parte da reação de oxidação e seriam, portanto, constituintes quimicamente inativos.

[053] A primeira saída do gás de forno 10 e um segunda saída de gás de forno opcional 12 estão localizadas no topo da cuba do alto-forno 2. Quantidades diferentes de gás de forno podem ser esgotadas a partir da saída de gás de forno 10, 12 durante funcionamento. Além disso, uma multiplicidade de entradas de CO 14 é fornecida em diferentes alturas da cuba do alto-forno 2. Monóxido de carbono gasoso pode ser soprado para dentro da cuba do alto-forno 2 em diferentes alturas, através das entradas de CO 14. Uma unidade divisora 16 é fornecida para direcionar um ou mais fluxos de CO para as entradas de CO 14 em diferentes alturas. A unidade divisora 16 compreende, por exemplo, válvulas, vedações e tubos, os quais não são apresentados em detalhe. Pelo menos uma das entradas de CO 14 está localizada na zona inferior da cuba do alto-forno 2, acima do nível do metal fundido, estabelecido durante o funcionamento. Em particular, as entradas de CO 14 estão localizadas na região dos bocais de injeção ou ventaneiras, em um estado anterior da técnica da cuba do altoforno. No caso de um alto-forno existente, deve ser submetido a retrofit para o processo da presente invenção, as ventaneiras da cuba do alto-forno existentes devem ser utilizadas co

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23/72 mo entradas de CO 14. Além disso, pelo menos uma das entradas de CO 14 deve ser opcionalmente fornecida em uma altura abaixo do nível do metal fundido, durante o funcionamento do alto-forno 1.

[054] Uma entrada de C 18 está localizada na zona inferior da cuba do alto-forno 2. Durante o funcionamento, carbono (C) pode ser alimentado para dentro da cuba do alto-forno pela entrada de C 18, abaixo do nível do metal fundido, de modo a diminuir o ponto de fusão do metal. Alternativamente ou adicionalmente, uma entrada de C 18 pode estar localizada na região da zona de redução, em que carvão em forma de pó pode ser soprado para dentro pela entrada de C 18, de modo a diminuir o ponto de fusão do metal reduzido neste ponto, neste momento.

[055] O conversor de CO2 4 compreende uma entrada do conversor de CO2 20, uma entrada de gás do conversor de CO2 22, uma primeira saída de CO 24 e uma segunda saída de CO 26. A entrada de gás do conversor de CO2 22 está diretamente conectada à primeira saída do gás de forno 10 da cuba do alto-forno 2, por meio de um primeiro conduto do gás de forno 23. Na descrição a seguir, modalidades que também tem uma conexão indireta entre a entrada de gás do conversor de CO2 22 e a saída de gás de forno 10 serão descritas em relação às Fig. 2 e Fig. 4.

[056] Nas especificações a seguir e nas reinvindicações, os termos direto e indireto, e termos similares serão utilizados, tais como diretamente conectado. Nesse contexto o termo direto significa que uma substância ou material será direcionado a partir de um elemento do altoforno 1 para outro elemento sem qualquer tratamento ou con

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24/72 versão no meio. Consequentemente, o termo indireto significa que uma substância é encaminhada a partir de um elemento para outro elemento, em que a substância é tratada ou convertida entre os ditos elementos.

[057] Na modalidade da Fig. 1, o conversor de CO2 4 compreende uma primeira saída de CO 24 e uma segunda saída de CO 26. Alternativamente, o conversor de CO2 poderia compreender somente uma saída de CO 24 ou 26, em que um divisor (não apresentado) está localizado a jusante da dita saída de CO 24 e/ou 26, em que o dito divisor é capaz de encaminhar quaisquer porções desejadas do fluxo de CO produzidas no conversor de CO2, para outros conversores ou elementos diferentes do alto-forno 1. Além disso, é possível que o conversor de CO2 4 compreenda uma multiplicidade de primeiras saídas de CO 24, as quais levam, por exemplo, a uma multiplicidade de entradas de CO 14 ou a uma multiplicidade de unidades divisoras 16. Não obstante o acima, o conversor de CO2 4 pode compreender uma multiplicidade de segundas saídas de CO 26, que levam a diferentes conversores de tratamento adicionais 6.

[058] O conversor de CO2 4 pode ser qualquer conversor de CO2 apropriado, o qual seja capaz de produzir monóxido de carbono (CO) a partir de carbono (C) e dióxido de carbono (CO2). Na modalidade da Fig. 1, o conversor de CO2 4 opera de acordo com uma parte da reação, de uma conhecida reação em um alto-forno, em que a dita parte da reação acontece em temperaturas entre 750 °C e 1200 °C, sem a necessidade de um catalisador. Preferencialmente, o conversor de CO2 4 opera a uma temperatura entre 800 °C e 1200 °C. A temperatura de funcionamento do conversor de CO2 4 pode ser escolhida dependendo da temperatura dos materiais introduzidos (ou seja, gás

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25/72 de forno, mistura de gases de exaustão contendo CO2, carbono) . Se as substâncias ou materiais introduzidos tem uma alta temperatura, então, a temperatura de funcionamento do conversor de CO2 4 pode também ser alta. Como foi discutido acima, no processo do alto-forno da presente invenção, o gás de forno direcionado para dentro do conversor de CO2 4, consiste principalmente de monóxido de carbono (CO) e dióxido de carbono (CO2). No conversor de CO2 4, o CO é direcionado sobre o carbono quente ou é misturado com carbono quente (e possivelmente com hidrogênio), de modo a ser convertido de acordo com reação química a seguir:

CO2 + C □ 2 CO [059] O carbono C introduzido no conversor de CO2 4, pode ser simplesmente entregue a partir de um recipiente de armazenamento. Na descrição a seguir, com relação à Fig. 4, uma modalidade será discutida, em que carbono quente C é produzido em um conversor de hidrocarboneto e é direcionado para dentro do conversor de CO2. O conversor de CO2 4 opera melhor no equilíbrio de Boudouard. A temperaturas em torno de 800 °C, cerca de 94 % de monóxido de carbono serão fornecidos, e a temperaturas em torno de 1000 °C, cerca de 99 % de monóxido de carbono serão fornecidos. Além disso, água residual, que pode estar presente como umidade residual no minério de metal ou nos aditivos, pode estar presente na forma de vapor de água (H2O) e será convertida no conversor de CO2 de acordo com a reação a seguir:

C + H2O □ CO + H2 [060] Os outros componentes do gás de forno (CO e, possivelmente, traços de N2, H2 e CH4), que são também direcionados para dentro do conversor de CO2, não são parte de

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26/72 uma conversão química.

[061] A mistura de gás descarregada a partir do conversor de CO2 4 é, na verdade, um gás de síntese, que tem um baixo teor de hidrogênio, em que o dito gás de síntese é direcionado para dentro do conversor de tratamento adicional. O teor de hidrogênio depende da umidade do minério de metal ou dos aditivos, e da quantidade de hidrogênio que está possivelmente misturada com o carbono. A mistura de gás consiste principalmente de gás CO, em que uma porção do CO já estava presente como um constituinte do gás de forno, e em que o resto do CO resulta da conversão de CO2 contido no gás de forno do interior do conversor de CO2 4.

[062] O conversor de tratamento adicional 6 é um equipamento, o qual é capaz de processar CO e CO2 sozinho ou em conexão com outras matérias-primas, em um processo de tratamento adicional. O conversor de tratamento adicional 6 compreende uma entrada de CO 28, um agente de entrada auxiliar 29, uma entrada opcional de gás de forno 30 e uma saída do conversor de tratamento adicional 32. A entrada de CO2 está conectada à saída de CO 28 do conversor de CO2, por meio de uma conexão CO 34. A entrada opcional de gás de forno 30 do conversor de tratamento adicional 6 está conectada à segunda saída de gás de forno 12 da cuba do alto-forno 2, por uma segunda conexão do gás de forno 31. Na modalidade da Fig. 1, o conversor de tratamento adicional 6 pode ser uma máquina de combustão, um bioconversor ou um conversor de CO, o qual é capaz de produzir hidrocarbonetos sintéticos funcionalizados e/ou não funcionalizados, como será explicado a seguir:

[063] Uma máquina de combustão, a qual pode ser empregada como uma forma de conversor de tratamento adicional

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6, pode ser, por exemplo, um queimador de gás, uma turbina a gás ou um motor a gás. Na máquina de combustão, CO será queimado na presença de oxigênio ou ar, de modo a produzir energia para outra máquina e/ou para gerar calor. Além disso, o conversor de tratamento adicional pode ser uma célula a combustível, na qual CO é oxidado com adição de oxigênio.

[064] Em um bioconversor, o qual pode ser uma forma alternativa do conversor de tratamento adicional 6, um processo de conversão utilizando micro-organismos ou algas é realizado de acordo com uma ou mais das redes de equações a seguir:

a) 6 CO + 3 H2O C2H5OH + 4 CO2;

b) 6 H2 + 2 CO2 C2H5OH + 3 H2O;

c) 2 CO + 4 H2 C2H5OH + H2O. No caso de um biocon- versor, micro-organismos ou algas de ocorrência natural ou geneticamente modificados são utilizados para conversão de gases contendo monóxido de carbono (o gás de forno), ou monóxido de carbono puro (CO proveniente do conversor de CO2 4), ou dióxido de carbono, que podem ser opcionalmente misturados com hidrogênio (como será descrito abaixo), em compostos químicos básicos. Tais compostos químicos básicos são, por exemplo, álcool, éter ou éster. Nessa conversão, a capacidade desses micro-organismos ou algas é utilizada, ou seja, a capacidade de produzir para eles mesmos o hidrogênio necessário para a redução de dióxido de carbono em uma espécie de reação de deslocamento de água interna (WSR). A conversão de CO2 em etanol (C2H5OH ou também C2H6O) pode ser resumida como se segue:

CO + 3H2 0 C2H5OH + 4 CO2 [065] Se hidrogênio também é adicionado, resulPetição 870170037555, de 02/06/2017, pág. 30/85

28/72 ta na seguinte rede de reações:

H2 + 2CO2 C2H5OH + 3 H2O [066] Querosene, diesel, gasolina, metanol ou outros combustíveis também podem ser produzidos, se o microorganismo ou alga apropriados são escolhidos. Microorganismos ou algas apropriadas conhecidas são, por exemplo, bactérias anaeróbias chamadas Clostridium, que são comercialmente disponibilizadas pelas seguintes companhias: Coskata, EUA, e BRI, EUA, assim como Lanza Tech, Nova Zelândia. No bioconversor, os micro-organismos ou algas são colocados em contato com os gases introduzidos. Considera-se também alimentar agentes acessórios ou agentes auxiliares para dentro do bioconversor, dependendo do tipo de micro-organismo ou alga, em que esses agentes acessórios podem servir para auxiliar as funções vitais dos micro-organismos ou algas. Construção e funcionamento de um bioconversor, que também é conhecido como um conversor para fermentação de gás de síntese, são conhecidos pelos técnicos no assunto a partir da literatura técnica.

[067] Uma terceira opção para implementar o conversor de tratamento adicional 6 é um conversor de CO, no qual um gás de síntese é convertido em um hidrocarboneto funcionalizado e/ou não funcionalizado, preferencialmente em parafina, querosene, diesel, gasolina, gases líquidos ou metanol. Nesse caso, o conversor de tratamento adicional 6 é, por exemplo, conversor Fischer-Tropsch, um conversor Bergius-Pier ou um conversor Pier. A construção e funcionamento de tais conversores são conhecidos por técnicos no assunto e não serão descritos em detalhe.

[068] No caso do conversor de tratamento adici

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29/72 onal 6 ser um conversor de CO, hidrogênio será introduzido pela entrada de agente acessório 29. Esse caso será descrito em mais detalhe em relação à Fig. 4.

[069] Alimentação do gás de forno proveniente da cuba do alto-forno 2 para dentro do conversor de tratamento adicional 6 pelo segundo conector de gás de forno 31 é opcional, e é vantajosa se o conversor de tratamento 6 é um bioconversor ou uma máquina de combustão.

[070] Agentes auxiliares serão introduzidos para dentro do conversor de tratamento adicional 6 pela entrada de agente auxiliar 29, em que os agentes auxiliares são necessários para tratamento adicional de CO ou CO2 no conversor de tratamento adicional. Esses agentes auxiliares são, por exemplo, hidrogênio (no caso do conversor de tratamento adicional 6 ser um bioconversor ou conversor de CO), ar ou oxigênio puro, respectivamente (no caso do conversor de tratamento adicional 6 ser uma máquina de combustão), ou outros agentes auxiliares.

[071] A saída do conversor de tratamento adicional 32 vaza os produtos produzidos pelo conversor de tratamento adicional 6. Isso significa que no caso de um motor a gás ou uma turbina a gás, a saída do conversor de tratamento adicional 32 é um eixo do motor ou um eixo da turbina. No caso de um conversor de tratamento adicional químico (bioconversor ou conversor de CO), a saída do conversor de tratamento adicional é uma saída para produtos líquidos ou gasosos produzidos no conversor de tratamento adicional 6.

[072] A Fig. 2 apresenta outra modalidade do alto-forno 1, que é construído de uma forma similar à modalidade da Fig. 1. Os mesmos elementos ou correspondentes do al

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30/72 to-forno 1, que já foram discutidos em relação à Fig. 1, terão os mesmos sinais de referência na Fig. 2 e não serão discutidos em detalhe por questões de brevidade.

[073] O alto-forno 1 apresentado na Fig. 2 compreende ainda uma máquina de combustão 36 (ou seja, adicionalmente em relação ao alto-forno 1 da Fig. 1), em que a máquina de combustão está localizada entre a cuba do alto-forno 2 e o conversor de CO2 4. A máquina de combustão 36 compreende uma entrada de gás de combustão 3 8 e uma saída de gás de exaustão 40, para emitir um gás de exaustão contendo CO2. A saída de gás de forno 10 da cuba do alto-forno 2 está conectada à entrada de gás de combustão 38. A saída do gás de exaustão 40 está conectada à entrada de gás do conversor de CO2 22 do conversor de CO2 4. Isso significa que a primeira saída do gás de forno 10 está indiretamente conectada à entrada de gás do conversor de CO2 22, uma vez que uma etapa de combustão acontece na máquina de combustão 36 entre a cuba do altoforno 2 e o conversor de CO2 4.

[074] A máquina de combustão 36 pode ser um motor a gás, uma turbina a gás ou um queimador de gás, que produz gases de exaustão contendo CO2. Se a máquina de combustão 36 é um queimador de gás, o calor produzido pelo queimador de gás pode ser utilizado para aquecer a cuba do alto-forno 2, por meio de um aquecedor auxiliar ou para pré-aquecimento dos gases, ou outra matéria-prima que deve ser alimentada para dentro da cuba do alto-forno 2, ou para dentro do conversor de CO2 4. Se a máquina de combustão 36 é um motor a gás ou uma turbina a gás, a saída do motor a gás ou turbina a gás pode ser utilizada para alimentar as bombas ou os ventiladores, que podem ser necessários para o funcionamento do altoPetição 870170037555, de 02/06/2017, pág. 33/85

31/72 forno 1.

[075] Como apresentado na Fig. 2, todo o gás de exaustão contendo CO2 pode ser direcionado a partir da saída de exaustão 40 para dentro do conversor de CO2 4 por uma primeira conexão de exaustão 41 (como mostrado na linha sólida). Opcionalmente (como mostrado em linha tracejada), uma porção da exaustão pode ser direcionada a partir da saída de exaustão 40 para dentro do conversor de tratamento adicional 6, por uma segunda conexão de exaustão. A exaustão pode ser direcionada no conversor de tratamento adicional 6 pela entrada de gás de forno 30.

[076] A Fig. 3 apresenta outra modalidade do alto-forno 1, que tem uma construção similar às modalidades das Fig. 1 e 2. Os mesmos elementos ou correspondentes do alto-forno 1, que já foram discutidos em relação à Fig. 1 ou 2, têm os mesmos sinais de referência e não serão discutidos em detalhe por questões de brevidade.

[077] O alto-forno 1 apresentado na Fig. 3 compreende ainda uma máquina de combustão 36 (ou seja, adicionalmente em relação ao alto-forno 1 da Fig. 1), em que a máquina de combustão está localizada entre o conversor de CO2 4 e o conversor de tratamento adicional 6. A máquina de combustão 36 compreende uma entrada de gás de combustão 38 e saída de exaustão 44 para esgotar um gás de exaustão contendo CO2. A segunda saída de CO 36 do conversor de CO2 4 está conectada à entrada de gás de combustão 38. A saída do gás de exaustão 40 está conectada à entrada de CO 28 do conversor de tratamento adicional 6. Isso significa que a segunda saída de CO 26 do conversor de CO2 4 está indiretamente conectada à entrada de CO 28, uma vez que uma etapa de combustão acontece

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32/72 na máquina de combustão 3 8 entre o conversor de CO2 4 e o conversor de tratamento adicional 6.

[078] A máquina de combustão 36 pode ser um motor a gás, uma turbina a gás ou um queimador de gás, que produz um gás de exaustão contendo CO2. Se a máquina de combustão 36 é um queimador de gás, o calor produzido pelo queimador de gás pode ser utilizado para aquecer a cuba do altoforno 2, por meio de um aquecedor auxiliar, ou para préaquecimento dos gases, ou outros materiais que são direcionados para dentro da cuba do alto-forno 2 ou para dentro do conversor de CO2 4. Se a máquina de combustão 36 é um motor a gás ou uma turbina a gás, a saída do motor a gás ou turbina a gás podem ser utilizadas para alimentar, por exemplo, bombas ou ventiladores, que são necessários para o funcionamento do alto-forno 1.

[079] A Fig. 4 apresenta outra modalidade do alto-forno 1, que tem uma construção similar às modalidades das Fig. 1, 2 e 3. Os mesmos elementos ou correspondentes do alto-forno 1, que já foram discutidos em relação às Fig. 1 a 3, terão os mesmos sinais de referência na Fig. 4 e não serão discutidos em detalhe por questões de brevidade.

[080] O alto-forno 1 apresentado na Fig. 4 compreende uma máquina de combustão 36, que está localizada entre a cuba do alto-forno 2 e o conversor de CO2 4. A máquina de combustão 36 já foi descrita em detalhe em relação à Fig. 2. Os gases de exaustão contendo CO2 provenientes da saída do gás de exaustão 40 são introduzidos da mesma forma como a descrita acima em relação à Fig. 2.

[081] O alto-forno da Fig. 4 compreende ainda um conversor de hidrocarboneto 46. O conversor de hidrocarbo

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33/72 neto 46 compreende pelo menos uma entrada de hidrocarboneto 48, para introdução de um fluido contendo hidrocarbonetos, e uma primeira saída C 50 para emissão de, pelo menos, carbono (opcionalmente misturado com algum hidrogênio), e uma saída H2 52 para emissão de hidrogênio. O conversor de hidrocarboneto 46 é qualquer conversor de hidrocarboneto que seja capaz de converter ou decompor hidrocarbonetos (CnHm) em carbono e hidrogênio, em particular, um conversor de hidrocarboneto operado por meio de um plasma ou por meio de energia térmica. O conversor de hidrocarboneto 46 pode, opcionalmente, compreender uma segunda saída de C 54 para descarregar carbono. A primeira saída C 50 está conectada à entrada do conversor de CO2 20, do conversor de CO2 4, por uma conexão C 56. A saída H2 52 está conectada à entrada do agente auxiliar 29 do conversor de tratamento adicional 6, por uma conexão H2 58, e assim fornece H2 como um agente auxiliar. A primeira saída C 50 e a saída H2 52 podem também ser integradas em uma saída combinada 50/52 para carbono e hidrogênio. A saída combinada 50/52 não está apresentada nas Figs., mas pode estar presente em todas as modalidades descritas. Carbono e hidrogênio podem ser encaminhados simultaneamente a partir da saída combinada 50/52 para dentro do conversor de CO2 4. Em particular, carbono e hidrogênio podem ser fornecidos na forma de um aerossol de H2/C.

[082] O conversor de hidrocarboneto 46 é preferencialmente um reator de plasma operado, em particular um reator Kvaerner. No conversor de hidrocarboneto, os hidrocarbonetos, em forma de fluidos contendo hidrocarboneto, são decompostos em altas temperaturas por meio de uma unidade de plasma, ou um queimador de plasma, em carbono puro (por exem

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34/72 plo, em forma de carvão ativado, negro de fumo, grafite ou fuligem industrial) e hidrogênio. O hidrocarboneto contendo fluidos é utilizado como material de partida ou matéria-prima para o conversor de hidrocarboneto 46, pode ser, por exemplo, metano, gás natural, biogases, gases úmidos ou gases líquidos ou óleo pesado. Contudo, hidrocarbonetos sintéticos funcionalizados e/ou não funcionalizados podem também ser utilizados como material de partida para um conversor de hidrocarboneto 46. Em uma modalidade alternativa, o conversor de hidrocarboneto 46 é operado com energia térmica e é capaz de decompor os hidrocarbonetos, por exemplo, por meio de pirólise. A decomposição de hidrocarbonetos deve ser feita, se possível, na ausência de oxigênio, a fim de suprimir a formação de óxidos de carbono ou água, que não são desejáveis. Apesar disso, pequenas quantidades de oxigênio, que podem ser introduzidas juntas com os hidrocarbonetos, não são prejudiciais para o processo.

[083] O conversor de hidrocarboneto compreende uma câmara de processo que tem uma entrada para um fluido contendo hidrocarbonetos, pelo menos uma unidade para introdução de energia de decomposição para dentro do fluido, e pelo menos uma saída. A energia de decomposição é fornecida, pelo menos parcialmente, por calor, que é, por exemplo, fornecido por plasma (reator de plasma). Apesar disso, a energia de decomposição pode ser também fornecida por outros meios (reator térmico). Primeiramente, a composição é realizada por calor. O fluido deve ser aquecido a uma temperatura acima de 1000 °C, em particular acima de 1500 °C. Em um conversor de hidrocarboneto operado por meio de um plasma, o gás de plasma pode ser qualquer gás adequado, que é introduzido a partir do

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35/72 exterior ou é formado no interior do conversor de hidrocarboneto. Gases inertes, tais como argônio ou nitrogênio, podem ser utilizados como um gás de plasma. Alternativamente, hidrogênio gasoso H2, CO ou gás de síntese poderiam ser uma opção, uma vez que esses gases são, de qualquer forma, produzidos durante a composição dos hidrocarbonetos.

[084] O conversor de hidrocarboneto 46 pode ser um reator de alta temperatura, que funcione a uma temperatura de mais de 1000 °C (por exemplo, um reator Kvaerner de alta temperatura). Alternativamente, o conversor de hidrocarboneto pode ser um reator de baixa temperatura que funcione a uma temperatura entre 200 °C e 1000 °C (por exemplo, um reator Kvaerner de baixa temperatura).

[085] Em outra modalidade, o conversor de hidrocarboneto 46 pode ser uma combinação de um ou mais reatores de alta temperatura, e um ou mais reatores de baixa temperatura. Tal arranjo será descrito abaixo em relação à Fig. 6.

[086] O carbono produzido no conversor de hidrocarboneto 46 pode ser descarregado a partir da primeira saída C 50 e da segunda saída de C 54 em proporções variáveis. A primeira saída C 50 é utilizada para direcionar uma porção do carbono produzido (C) para dentro do conversor de CO2 4. Junto com o carbono, uma porção variável de hidrogênio, resultante da etapa de decomposição, pode ser direcionada a partir da saída C 50 para dentro do conversor de CO2 4. (nesse caso, a saída C 50 e a saída H2 52 formam uma saída combinada 50/52). O hidrogênio não é prejudicial para a reação, acima referenciada, de C e CO2 no conversor de CO2 4. O hidrogênio pode também funcionar como um transportador de

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36/72 energia, uma vez que o hidrogênio é muito quente, como resultado da etapa de decomposição no conversor de hidrocarboneto 46. A segunda saída de C 54 é utilizada para extrair uma porção do carbono produzido, que não é utilizada no conversor de CO2 4, para gerar monóxido de carbono. O carbono produzido tem temperaturas diferentes, dependendo da construção do conversor de hidrocarboneto 46. As temperaturas estão entre 200 °C e 1000 °C se um reator termicamente operado ou um reator de plasma à baixa temperatura é utilizado, contudo, as temperaturas podem ser maiores que 1700 °C no caso em que um reator de plasma de alta temperatura seja utilizado.

[087] Como foi mencionado acima, a temperatura de funcionamento do conversor de CO2 4 pode ser escolhida dependendo da temperatura das matérias-primas introduzidas (ou seja, gás de forno, gás de exaustão contendo C02, carbono). Se o carbono (e opcionalmente o hidrogênio introduzido simultaneamente) direcionado para dentro do conversor de CO2 4 tem uma alta temperatura de, por exemplo, 1500 °C a 1700 °C, a temperatura de funcionamento do conversor de CO2 4 pode ser também alta. Se um conversor de hidrocarboneto 46 é utilizado, o qual produz um carbono que tem uma temperatura de apenas 200 °C a 700 °C, a presente invenção considera calor adicional para o conversor de CO2 4, de modo a alcançar uma melhor conversão de CO2 do gás de forno/gás de exaustão. Deve ser notado que a temperatura do carbono depende da temperatura de funcionamento do conversor de hidrocarboneto 46, da construção de isolamento da conexão C, etc.

[088] O carbono descarregado a partir da segunda saída de C 54 pode ser aproveitado a partir do processo como um produto, tal como carvão ativado, grafite, negro de

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37/72 fumo ou outras modificações, tais como cones de carbono ou discos de carbono. Dependendo da forma e qualidade do carbono descarregado, o carbono descarregado pode ser utilizado como uma matéria-prima na indústria química ou para a indústria eletrônica. Aplicações concebíveis são, por exemplo, produção de semicondutor, produção de pneus, tintas, toners ou produtos semelhantes. O carbono produzido no conversor de hidrocarboneto 46 é uma matéria-prima com elevado grau de pureza, que pode ser processada ainda mais facilmente, em particular, se um conversor de hidrocarboneto operado por meio de plasma for utilizado.

[089] A segunda saída opcional de C 54 do conversor de hidrocarboneto 46 pode também estar conectada à entrada de C 18 da cuba do alto-forno 2. Assim, o carbono produzido no conversor de hidrocarboneto 46 pode ser utilizado no processo do alto-forno.

[090] Na modalidade da Fig. 4, uma máquina de combustão 36 adicional, como foi descrita acima em relação à modalidade da Fig. 3, pode ser opcionalmente fornecida entre o conversor de CO2 4 e o conversor de tratamento adicional 6. Essa segunda máquina de combustão 36 não está apresentada na Fig. 4 por questões de brevidade. Proporcionar uma segunda máquina de combustão 36 entre o conversor de CO2 4 e o conversor de tratamento adicional 6, depende do tipo do processo de tratamento adicional no conversor de tratamento adicional 6.

[091] Como mencionado acima, a mistura de gás proveniente do conversor de CO2 4 é, na verdade, um gás de síntese que tem um teor baixo de hidrogênio, em que o gás de síntese consiste principalmente de CO. Esse gás de síntese

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38/72 pode ser misturado com hidrogênio proveniente do conversor de hidrocarboneto 46, de modo a produzir um gás de síntese que tem alto teor de hidrogênio. A mistura de CO e hidrogênio pode ser diretamente realizada no conversor de tratamento adicional 6, ou em um misturador (não apresentado) fornecido a montante do conversor de tratamento adicional. Em uma modalidade em que carbono e pelo menos uma porção do hidrogênio provenientes do conversor de hidrocarboneto 46 são simultaneamente direcionados para dentro do conversor de CO2 4 (por exemplo, na forma de um aerossol H2/C), o conversor de CO2 4 produz um gás de síntese que tem um maior teor de hidrogênio.

[092] O conversor de tratamento adicional 6, da modalidade apresentada na Fig. 4, pode também ser operado como uma mistura de gás compreendendo diferentes proporções de CO2, CO e H2. A proporção de CO2 da mistura de gás, direcionada para dentro do conversor de tratamento adicional 6, é procedente do gás de exaustão da máquina de combustão 36. A proporção de CO2 da mistura de gás é maior ou menor, dependendo se a máquina de combustão 36 é fornecida a todos, e dependendo de quais quantidades de gás de forno ou CO são queimadas na mesma. A proporção de CO da mistura de gás é procedente do conversor de CO2, e a proporção de H2 é procedente do conversor de hidrocarboneto 46. A mistura de gás pode ser chamada como gás de síntese. Gás de síntese, abreviado como singás, é uma mistura de gás de monóxido de carbono e hidrogênio que pode também compreender dióxido de carbono. Gás de síntese tem cerca de 50 % de teor de energia de gás natural. Gás de síntese pode ser queimado e pode, assim, servir como uma fonte de combustível. Gás de síntese pode, também, ser utilizado como um produto intermediário para produção de outros produPetição 870170037555, de 02/06/2017, pág. 41/85

39/72 tos químicos.

[093] A mistura de gás fornecida no interior do conversor de tratamento adicional 6 é combustível, e pode, geralmente, ser queimada, de modo a produzir energia mecânica ou energia de aquecimento. Nesse caso, o conversor de tratamento adicional 6 é uma máquina de combustão. A energia mecânica produzida nela pode ser utilizada, por exemplo, para a produção de energia elétrica ou para ligar outras máquinas no alto-forno 1. Calor de combustão pode ser utilizado, por exemplo, para o aquecimento da cuba do alto-forno 2.

[094] O conversor de tratamento adicional 6 pode, também, ser um bioconversor, como foi descrito acima em relação às modalidades das Figs. 1 a 3. Se o conversor de tratamento adicional 6 é um bioconversor, pode ser desejado direcionar proporções variáveis de CO e CO2 para dentro do conversor de tratamento adicional 6, dependendo do tipo de micro-organismos ou algas utilizado no mesmo. Uma porção do fluxo de CO a partir da segunda saída de CO 26 pode ser diretamente direcionada para dentro do conversor de tratamento adicional 6, enquanto outra porção do fluxo de CO proveniente da segunda saída de CO 26 pode ser encaminhada através da máquina de combustão 36, e pode ser queimada na mesma, de modo a produzir calor e fornecer mais CO2 para dentro do conversor de tratamento adicional 6. Assim, uma mistura de CO e CO2 pode ser entregue, o que é vantajoso para o conversor de tratamento adicional 6. No bioconversor, a mistura de gás é convertida, de acordo com uma das equações acima mencionadas, utilizando algas ou micro-organismos a depender da proporção de CO2, CO e H2 da mistura de gás.

[095] Se o conversor de tratamento adicional 6

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40/72 é um conversor de CO para produção de hidrocarbonetos funcionalizados e/ou não-funcionalizados, a mistura de gás fornecida para dentro do conversor de tratamento adicional 6 é um gás de síntese que consiste principalmente de CO e H2. A partir do dito gás de síntese, o conversor de CO preferencialmente produz parafina, querosene, diesel, gasolina, gases úmidos ou gases líquidos ou metanol por meio dos processos acima referenciados (processo de Fischer-Tropsch, processo de Bergius-Pier, etc.). Nesse caso, a mistura de gás contém menos ou nenhum gás de exaustão contendo CO2, uma vez que preferencialmente CO e H2 são direcionados para dentro do conversor de tratamento adicional 6.

[096] Para todas as modalidades discutidas acima, deve ser notado que o gás de forno, o qual é direcionado a partir da segunda saída de gás de forno 12 opcional, e através da segunda conexão de gás de forno 31 opcional, pode ser purificado de materiais prejudiciais, tais como enxofre, cinza, metais pesados e outras substâncias, que podem ser prejudiciais para um conversor de tratamento adicional 6 correspondente. Se o conversor de tratamento adicional 6 é apenas uma máquina de combustão, gás de forno também nãopurificado, proveniente da segunda saída de gás de forno 12, pode ser utilizado.

[097] Para todas as modalidades discutidas acima, deve ainda ser notado que uma porção do gás de exaustão contendo CO2 pode ser encaminhada, a partir de uma das máquinas de combustão 36, diretamente para dentro do conversor de tratamento adicional 6, se uma proporção particular de CO2 é desejada para o conversor de tratamento adicional 6.

[098] A modalidade da Fig. 5 apresenta outro

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41/72 alto-forno 1 que processa o gás de forno, em particular o CO2 compreendido no gás de forno, por meio de um conversor de CO2 104 alternativo. Os mesmos elementos ou correspondentes do alto-forno 1 que já foram discutidos em relação às Figs. 1 a 4 terão os mesmos sinais de referência na Fig. 5, e esses elementos não serão discutidos em detalhe, por questões de brevidade.

[099] A cuba do alto-forno 2 é construída da mesma forma que nas modalidades acima descritas das Figs. 1 a 4. A máquina de combustão 36 pode, também, estar localizada entre a cuba do alto-forno 2 e o conversor de CO2 104 alternativo, em que a máquina de combustão produz gás de exaustão contendo CO2. O gás de exaustão contendo CO2 será encaminhado para dentro da entrada de gás do conversor de CO2 122 do conversor de CO2 104 alternativo, por meio de uma conexão de gás de exaustão 41.

[0100] O conversor de CO2 alternativo 104 da modalidade de acordo com a Fig. 5 está adaptado a converter CO2 em uma mistura de CO e H2O, por meio de uma reação reversa de deslocamento de água ou RWS, reação de acordo com a equação a seguir.

CO2 + H2 CO + H2O [0101] Portanto, o conversor de CO2 alternativo 104 é referido como conversor de CO2 104 RWS, na sequência. O conversor de CO2 RWS 104 compreende uma entrada do conversor de CO2 120, uma entrada de gás do conversor de CO2 122 e uma saída do conversor de CO2 124, em que a mistura de CO/H2O é descarregada a partir da dita saída do conversor de CO2 124.

[0102] A mistura de CO/H2O é encaminhada através da conexão da mistura 126 para dentro de um separador de água

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128, em que o separador de água 128 compreende uma entrada da mistura 130, uma saída de H2O 132, e uma saída de CO 134. O separador de água 12 8 está adaptado a separar H2O da mistura de CO/H2O, e descarregar a dita H2O pela saída de H2O 132. O gás CO separado pode ser descarregado a partir da saída de CO 134, e pode ser encaminhado para a unidade de distribuição

16. A unidade de distribuição 16 direciona o gás CO para diferentes alturas da cuba do alto-forno 2. Deve ser notado que o separador de água 128 é opcional e que também uma quantidade de água pode ser introduzida para dentro da cuba do altoforno 2, dependendo do método de controle desejado do processo metalúrgico.

[0103] O alto-forno 1 da quinta modalidade também compreende um conversor de hidrocarboneto 46 que pode ser construído da mesma forma e pode funcionar de acordo com os mesmos métodos como discutido acima, em relação às modalidades das Figs. 1 a 4. Contudo, o conversor de hidrocarboneto 46 da quinta modalidade está conectado diferentemente. A saída de H2 52 do conversor de hidrocarboneto 46 está conectada à entrada do conversor de CO2 120 do conversor de CO2 RWS 104. Como mencionado acima, uma porção do carbono (C) produzido no interior do conversor de hidrocarboneto 46 pode ser vendida como um produto, por exemplo, descarregado a partir da primeira saída de C 50. Alternativamente, o carbono (C) pode ser direcionado para dentro da cuba do alto-forno 2 pela entrada de C 18. Como descrito para outras modalidades, o conversor de hidrocarboneto 46 pode ter somente uma saída C 50, 54, e a proporção desejada de C pode ser descarregada depois. A saídas de C 50 e 54 são somente fornecidas para descrever que fluxos diferentes de C seriam possíveis.

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43/72 [0104] Qualquer excesso de hidrogênio H2 proveniente do conversor de hidrocarboneto 46, que não é utilizado ou convertido no conversor de CO2 RWS 104 pode, opcionalmente, ser direcionado a um recipiente de armazenamento de H2. O hidrogênio armazenado pode ser vendido com um produto ou pode ser utilizado para aquecer outras partes no processo inventado.

[0105] Em todas as modalidades das Figs. 1 a 5, um aquecedor auxiliar (não apresentado nas figuras) pode ser fornecido, em que o aquecedor auxiliar está adaptado para aquecer a zona de redução da cuba do alto-forno 2. Tal aquecimento adicional pode ser necessário, uma vez que menores temperaturas de processo podem ser esperadas, comparado a um processo anteriormente conhecido do alto-forno em que coque ou carvão e minério de ferro são alimentados para dentro da cuba do alto-forno 2 juntos com aditivos. Consequentemente, pode ser necessário fornecer aquecimento adicional ou auxiliar, dependendo da construção e tamanho da cuba do alto-forno 2, e dependendo da temperatura das matérias-primas alimentadas para dentro da cuba do alto-forno 2. O dito aquecedor auxiliar pode utilizar calor que é produzido em uma das máquinas de combustão 36 ou no conversor de tratamento adicional 6 se o conversor de tratamento adicional 6 é uma máquina de combustão. Além disso, o aquecedor auxiliar pode utilizar calor residual proveniente do conversor de hidrocarboneto 46. Como já mencionado, o conversor de hidrocarboneto 46 produz uma quantidade considerável de calor residual durante a decomposição dos hidrocarbonetos, independente do conversor de hidrocarboneto 46 estar sendo operado termicamente ou por meio de um plasma.

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44/72 [0106] Deve também ser notado que, dependendo do tamanho dos vários conversores e da cuba do alto-forno 2, mais que um conversor de CO2, mais que um conversor de hidrocarboneto, mais que uma máquina de combustão e mais que um conversor de tratamento adicional podem ser fornecidos e podem ser operados em paralelo, em todas modalidades das Figs. 1 a 5.

[0107] Além disso, uma multiplicidade de conversores de tratamento adicionais 6 é considerada para todas as modalidades das Figs. 1 a 5, em que esses conversores de tratamento adicionais 6 funcionam de acordo com diferentes princípios. Como um exemplo, um primeiro conversor de tratamento adicional 6 pode ser implementado como um queimador de gás (primeira máquina de combustão), para aquecer a cuba do altoforno adicionalmente, o segundo conversor de tratamento adicional 6, operando em paralelo ao primeiro conversor de tratamento adicional, pode ser implementado como uma turbina a gás (segunda máquina de combustão), em que a dita turbina a gás produz energia para bombas ou ventiladores do alto-forno 1, um terceiro conversor de tratamento adicional 6, que é também operado em paralelo, pode ser operado como um gás de síntese compreendendo CO e H2, de modo a produzir hidrocarbonetos da maneira descrita acima (conversor de CO de acordo com o princípio de Fischer-Tropsch), e o resto da mistura de gás pode ser convertido em um processo biológico utilizando alga ou micro-organismos em um quarto conversor de tratamento adicional 6 (bioconversor).

[0108] Baseado na discussão acima, as vantajosas combinações podem ser resumidas a seguir:

1. Um conversor de CO2 4 que reduz CO2 a CO na pre

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45/72 sença de C de acordo com o Equilíbrio de Bouduoard, em que o conversor de CO2 4 está combinado com um conversor de tratamento adicional 6, que é uma das máquinas de combustão, um bioconversor ou um conversor de CO, convertendo gás de síntese. Conversores de tratamento adicionais, particularmente preferidos, são um bioconversor e um conversor de CO convertendo gás de síntese, uma vez que pouco ou nenhum CO2 é emitido a partir de todo o processo, nessas modalidades (ver exemplos 1 a 4, abaixo).

2. Um conversor de CO2 alternativo RWS 104, que reduz CO2 e H2 a uma mistura de CO/H2O de acordo com a reação reversa de deslocamento de água, em que o conversor de CO2 RWS 104 é combinado com um separador de água opcional.

[0109] Em todas as modalidades mencionadas acima, isto será vantajoso se o carbono, necessário para reduzir CO2 ou o hidrogênio, é produzido em um conversor de hidrocarboneto, que pode ser operado com hidrocarbonetos prontamente disponíveis e de baixo custo. Em particular, é considerado alimentar gases que ocorrem naturalmente contendo hidrocarbonetos, ou seja, gás natural, gás de fraturamento hidráulico ou outros prontamente disponíveis, e gases de baixo custo para dentro do conversor de hidrocarboneto 46.

[0110] Na sequência, o funcionamento das modalidades das Figs. 1 a 5 é descrito. Primeiro, o funcionamento básico deve ser explicado, baseado na simples ilustração da primeira modalidade.

[0111] Durante o funcionamento, minério de metal, consistindo principalmente de óxidos de metais, é alimentado para dentro da cuba do alto-forno pelo alimentador 8. Durante o funcionamento, há uma distribuição de temperatura

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46/72 na cuba do alto-forno 2 a partir do topo ao fundo, que varia entre cerca de 200 a 2000 °C. No funcionamento, a zona de secagem e pré-aquecimento tem uma temperatura de cerca de 200 °C, a zona de redução tem uma temperatura de cerca de 400 a 900 °C, a zona de carbonização tem uma temperatura de cerca de 1000 a 1500 °C, e a zona de fusão tem uma temperatura de cerca de 1200 a 1800 °C.

[0112] Como mencionado acima, as matérias-primas alimentadas pelo alimentador 8 são geralmente minério de metal, aditivos e coque ou carvão, respectivamente, como material de aquecimento e redução. Por meio do processo de acordo com a presente invenção, alimentação de coque ou carvão, como um material de aquecimento e redução, pode ser reduzida ou mesmo totalmente omitida durante o funcionamento estável ou constante. Apenas no início do funcionamento, pode ser necessário alimentar coque ou carvão como um material de aquecimento em quantidades consideráveis. Durante o funcionamento estável e contínuo, redução de minério de metal, em particular redução de óxidos de metais, é finalmente alcançada por meio de CO gasoso, que é direcionado a partir do conversor de CO2 4, 104 para dentro da cuba do alto-forno 2.

[0113] Como mencionado acima, o gás de forno do processo clássico do alto-forno tem uma composição variável de nitrogênio (N2, cerca de 52-59 %), dióxido de carbono (CO2, cerca de 22-24 %), monóxido de carbono (CO, cerca de 18-21 %) e hidrogênio (H2, cerca de 1-3 %) e ainda vapor de água, e possivelmente traços de metano (CH4). No processo do alto-forno de acordo com a presente invenção, tal composição pode ser esperada apenas no início do funcionamento, uma vez que é considerado soprar uma quantidade considerável de ar

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47/72 para dentro da cuba do alto-forno 2, somente para préaquecimento ou ao iniciar o alto-forno 1.

[0114] Tão logo um funcionamento estável do alto-forno 1 é obtido, e temperaturas estáveis estão presentes, nenhuma quantidade substancial de ar é soprada para dentro da cuba do alto-forno 2. O gás de forno do processo do altoforno da presente aplicação compreende, meramente, nenhum nitrogênio durante o funcionamento estável, mas consiste de uma mistura variável contendo dióxido de carbono (CO2, cerca 5053 %) , monóxido de carbono (CO, cerca 42-46 %) e hidrogênio (H2, cerca 2-6 %), assim como vapor de água (H2O; dependendo da umidade do minério e aditivos opcionais), e possivelmente traços de metano (CH4). Os gases de CO2 e CO são formados durante a conversão de minério de metal, contudo, esses gases podem também ser formados a partir dos aditivos. Na prática, há uma proporção variável de CO e CO2 no gás de forno dependendo da construção do alto-forno, dependendo da composição do minério de ferro (Fe2/O3 e/ou Fe3/O4), dependendo dos parâmetros do processo, etc.

[0115] O gás de forno é quente e, portanto, sobe na cuba do alto-forno 2 durante o funcionamento. O gás de forno que sobe é descarregado a partir da primeira saída do gás de forno 10, e é direcionado para dentro do conversor de CO2 4, pela primeira conexão de gás de forno 23. Além disso, carbono (partículas de C) é alimentado para dentro do conversor de CO2 4, pela entrada do conversor de CO2 20. O carbono pode, simplesmente, vir a partir do recipiente de armazenamento de C, de acordo com a Fig. 1. Alternativamente, o carbono vem a partir do conversor de hidrocarboneto 46, como foi descrito em relação à modalidade da Fig. 4. Opcionalmente, o

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48/72 carbono é misturado com hidrogênio (H2/C aerossol).

[0116] Gás de forno, que contém principalmente CO2, é direcionado para dentro do conversor de CO2 4 pela entrada de gás do conversor de CO2 22, e o gás de forno é direcionado através do carbono quente ou é misturado com o aerossol de H2/C. Como mencionado acima, o gás de forno consiste principalmente de CO2 e CO em proporções variáveis durante o funcionamento estável do processo metalúrgico, da presente aplicação. O gás de forno tem uma temperatura de 250 a 400 °C. O carbono quente é fornecido para dentro do conversor de CO2 4 pela entrada do conversor de CO2 20. O conversor de CO2 4 funciona no equilíbrio de Boudouard, que é ajustado durante a conversão de dióxido de carbono com carbono quente. A reação de Boudouard” é conhecida pelos técnicos no assunto e não será descrita em detalhe:

CO2 + C □ 2CO DH = +172,45 kJ/mol [0117] Como mencionado acima, a conversão de vapor de água (H2O) possivelmente presente, também acontece em pequena escala no interior do conversor de CO2 4, de acordo com equação a seguir:

H2O + C □ CO + H2 DH = +131,4 kJ/mol [0118] A proporção de CO e CO2 variável, mencionada acima no gás de forno, será adaptada pelo controle correspondente do processo metalúrgico. Em particular, haverá tanto mais carbono (C) fornecido para dentro do conversor de CO2 4 quanto é necessário para a conversão de dióxido de carbono e do vapor de água. Além disso, a temperatura no interior do conversor de CO2 4 será controlada de tal maneira, que um grau de conversão tão bom quanto possível seja alcançado. Cerca de 94 % de monóxido de carbono resultará de temperatu

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49/72 ras de cerca de 800 °C, e cerca de 9 9 % monóxido de carbono será produzido em temperaturas de cerca de 1000 °C. Consequentemente, em um caso ideal, o dióxido de carbono (CO2) é quase completamente convertido na presença do carbono (C) alimentado, e quase unicamente (99 %) gás CO é produzido. Devido ao carbono alimentado para dentro da entrada do conversor de CO2 20, a quantidade de gás no circuito entre a cuba do alto-forno 2 e o conversor de CO2 4, em média, dobra, ao longo do tempo. Portanto, de acordo com o processo dessa invenção, cerca de metade gás de forno convertido é direcionado a partir do conversor de CO2 4 para dentro do conversor de tratamento adicional 6, ou seja, pela segunda saída de CO 26.

[0119] Uma mistura de gás quente sai do conversor de CO2 4, em que a mistura de gás consiste quase completamente de monóxido de carbono (CO), e tem uma temperatura de cerca de 800 °C a 2000 °C (dependendo da temperatura de funcionamento do conversor de CO2 4). A taxa de conversão depende do controle do processo (controle de pressão e temperatura), como mencionado acima. Uma mistura de gás que sai a partir do conversor de CO2 será descrita como monóxido de carbono ou gás CO, para simplificação. O gás CO que sai a partir do conversor de CO2 4 também contém energia térmica, que pode ser direta ou indiretamente, ou seja, por um trocador de calor não apresentado na Fig. 1, utilizado para pré-aquecer, por exemplo, o gás de forno tendo alto teor de CO2, que é alimentado para dentro da entrada de gás do conversor de CO2 22.

[0120] Metade dos gases de CO provenientes do conversor de CO2 4 é direcionada às entradas de CO 14 na cuba do alto-forno 2, pela conexão de CO 25. Por meio da unidade

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50/72 de distribuição 16, quantidades variáveis de gás CO podem ser alimentadas em diferentes alturas, para dentro da cuba do alto-forno 2. Tão logo o gás CO retorna para dentro da cuba do alto-forno 2, uma porção do CO é convertida em CO2 na presença de óxido de metal. A partir dos aditivos e do minério de metal, CO2 (gerado a partir de aditivos) e água (originada a partir dos aditivos e do minério) adicionais serão produzidos. Após um certo tempo de funcionamento do alto-forno 1, a quantidade de nitrogênio diminui, uma vez que, durante funcionamento contínuo e estável do processo metalúrgico do altoforno, de acordo com a presente invenção, nenhum nitrogênio novo é alimentado a partir do ar para dentro da cuba do altoforno. Assim, o gás de forno ao final do processo metalúrgico da presente invenção consiste apenas de CO2, CO e H2. As proporções de CO e hidrogênio aumentam de acordo com as equações a seguir:

C + CO2 2 CO

C + H2O CO + H2 [0121] O gás CO e o hidrogênio na cuba do altoforno 2 funcionam como agentes de redução, e reduzem o minério de metal. Opcionalmente, uma porção do gás CO pode ser introduzida abaixo do nível do metal fundido.

[0122] Opcionalmente, carbono puro pode ser alimentado para dentro do metal fundido pela entrada de C 18, o que faz com que o ponto de fusão do metal diminua. O carbono alimentado para dentro da entrada de C 18 pode ser proveniente da mesma fonte do carbono. Preferencialmente, o carbono C é proveniente do conversor de hidrocarboneto 46 mencionado acima.

[0123] Uma segunda porção da mistura de gás ou

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CO gás, respectivamente, proveniente do conversor de CO2 4 é direcionada para a entrada de CO 28 do conversor de tratamento adicional 6, pela segunda saída de CO 26, e pela conexão de CO 34.

[0124] Se o conversor de tratamento adicional 6 é uma máquina de combustão, um processo de combustão ocorrerá, por exemplo, em um motor a gás ou uma turbina a gás, ou um processo de oxidação, por exemplo, em uma célula a combustível. Quaisquer agentes auxiliares requeridos serão alimentados pela entrada de agente auxiliar 29, em que esses agentes auxiliares são necessários para a queima ou oxidação da mistura de gás ou gás CO, respectivamente. Esses agentes auxiliares podem ser oxigênio ou ar no caso de um motor a gás ou uma turbina a gás, ou um queimador de gás, respectivamente.

[0125] Se o conversor de tratamento adicional 6 é implementado como um bioconversor, um processo de conversão biológica é realizado no conversor de tratamento adicional 6, em que o processo de conversão é realizado utilizando micro-

organismos ou	algas	de acordo com	as	redes de equações a se-
guir:
a)	6	CO	+	3	H2O C2H5OH	+ 4	CO2;
b)	6	H2	+	2	CO2 C2H5OH	+ 3	H2O;
c)	2	CO	+	4	H2 C2H5OH +	H2O

[0126] Por meio de tal processo de conversão biológica, os gases alimentados para dentro do conversor de tratamento adicional 6 podem ser convertidos em querosene, diesel, gasolina, metanol ou outro combustível como um produto final, utilizando micro-organismos ou algas. Esse produto final sairá, depois, a partir da saída do conversor de trataPetição 870170037555, de 02/06/2017, pág. 54/85

52/72 mento adicional 32.

[0127] Se o conversor de tratamento adicional 6 é um conversor de CO, hidrocarbonetos funcionalizados e/ou não-funcionalizados serão produzidos no conversor de tratamento adicional 6. Nesse caso, o conversor de tratamento adicional 6 será abastecido com CO proveniente do conversor de CO2 4, e com H2, como um agente auxiliar, pela entrada de agente auxiliar 29, em que ambos produzem um gás de síntese. Alternativamente, se um aerossol de H2/C é alimentado para dentro do conversor de CO2 4, CO e H2 são alimentados simultaneamente a partir do conversor de CO2 4 para dentro do conversor de tratamento adicional 6. Os hidrocarbonetos produzidos são, por exemplo, parafina, querosene, diesel, gasolina, gases úmidos ou gases líquidos ou metanol. Nesse caso, o conversor de tratamento adicional funciona, por exemplo, de acordo com o processo de Fischer-Tropsch, de acordo com o processo de Bergius-Pier ou o processo de Pier, em que esses processos são conhecidos por técnicos no assunto e não serão descritos em detalhe. Nesse caso, os hidrocarbonetos produzidos saem a partir da saída do conversor de tratamento adicional 32 como um produto final.

[0128] Dependendo do tipo de conversor de tratamento adicional 6 empregado, gás de forno pode ser alimentado a partir da segunda saída de gás de forno 12, para dentro da entrada de gás de forno 30 do conversor de tratamento adicional 6, pela segunda conexão de gás de forno 31. Se o conversor de tratamento adicional 6 é um bioconversor, como descrito acima, o gás de forno é purificado de substâncias tóxicas, que podem ser danosas para os micro-organismos ou algas. Se o conversor de tratamento adicional 6 é um dos conversores

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53/72 de CO mencionados acima, o gás de forno é purificado de substâncias que podem ser prejudiciais para o funcionamento do conversor de CO (Fischer-Tropsch converter, Bergius Piers converter etc.) escolhido.

[0129] O funcionamento da modalidade do altoforno 1 de acordo com a Fig. 2 acontece da mesma forma como foi descrita acima em relação ao alto-forno da Fig. 1. Os conversores apresentados na Fig. 2 podem operar da mesma forma como descrita acima.

[0130] Contudo, o funcionamento do alto-forno 1 de acordo com a Fig. 2 difere em que gás de forno descarregado a partir da primeira saída do gás de forno 10 é direcionado para dentro da máquina de combustão 36, e é queimado com o oxigênio adicionado. Durante esta etapa de queima na máquina de combustão 36, os componentes combustíveis do gás de forno são queimados, ou seja, CO e H2. Queima de monóxido de carbono (CO) produz dióxido de carbono (CO2), e queima de hidrogênio (H2) produz vapor de água (H2O). A quantidade de H2O é muito baixa. Consequentemente, o gás de forno é direcionado para dentro do conversor de CO2 4 apenas indiretamente, uma vez que a etapa de oxidação acontece na máquina de combustão 36.

[0131] Como foi mencionado acima, uma quantidade considerável de nitrogênio (N2) pode ser parte dos gases de forno durante a fase de aquecimento inicial do alto-forno 1. Nitrogênio é um gás inerte e não participa da etapa de oxidação na máquina de combustão 36. Durante o funcionamento continuado do alto-forno 1, a proporção e N2 dos gases de fornos diminui no processo metalúrgico da presente invenção, uma vez que quase nenhum N2 é direcionado para dentro da cuba do al

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54/72 to-forno 2, após um certo tempo em funcionamento. Após a queima ou etapa de oxidação do CO contido nos gases de forno, a mistura de gases de exaustão, descarregada a partir da máquina de combustão 36, consiste principalmente de CO2, ou seja, a quantidade de CO2 contida nos gases de forno antes da etapa de oxidação, e a quantidade de CO2 resultante da queima de CO. Essa mistura de gases de exaustão contendo CO2 será alimentada para dentro da entrada de gás do conversor de CO2 22, pela conexão de gás de exaustão 41. No conversor de CO2 4, o gás de exaustão contendo CO2 será reduzido a CO na presença de C adicionado, como foi descrito acima.

[0132] As outras etapas de funcionamento da modalidade de acordo com a Fig. 2 correspondem ao funcionamento descrito acima em relação à Fig. 1, e essa descrição não está repetida por questões de brevidade.

[0133] Como foi mencionado acima, é considerado, opcionalmente, uma porção direta de gás de exaustão contendo CO2 para dentro do conversor de tratamento adicional 6, pela segunda conexão de gás de exaustão 42. Dessa forma, uma proporção desejada de CO e CO2 pode ser fornecida pelo conversor de tratamento adicional 6. Isso pode ser uma vantagem em particular, se o conversor de tratamento adicional 6 é um bioconversor que utiliza micro-organismos ou algas.

[0134] O funcionamento da modalidade de acordo com a Fig. 3 também acontece de uma maneira similar como descrita acima em relação à modalidade da Fig. 1, e assim, as etapas de funcionamento não serão inteiramente repetidas.

[0135] Durante o funcionamento do alto-forno 1 de acordo com a Fig. 3, o gás CO produzido no conversor de CO2 4 é direcionado a partir da segunda saída de CO 26 para

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55/72 dentro da máquina de combustão 36. Na máquina de combustão 36, o mesmo CO alimentado é queimado em CO2 com o oxigênio adicionado. O funcionamento da modalidade de acordo com a Fig. 3 difere em que uma porção dos CO provenientes do conversor de CO2 4 é encaminhada apenas indiretamente para dentro do conversor de tratamento adicional 6, uma vez que uma etapa de oxidação acontece na máquina de combustão 36. Gases de exaustão contendo CO2 são descarregados pela saída do gás de exaustão 40 da máquina de combustão 36, e os gases de exaustão contendo CO2 são direcionados para dentro do conversor de tratamento adicional 6 pela conexão de gás de exaustão 41.

[0136] Nesse caso, o conversor de tratamento adicional 6 opera quase completamente com CO2 e agentes auxiliares correspondentes, que são introduzidos pela entrada do agente auxiliar 29 e pela entrada gás de forno 30, opcionalmente fornecida. Na modalidade da Fig. 3, o conversor de tratamento adicional 6 é uma bioconversor, que opera utilizando algas ou micro-organismos. Nessa modalidade, preferencialmente hidrogênio, água ou CO são considerados como agentes auxiliares. Hidrogênio pode ser fornecido como um agente auxiliar a partir do recipiente de armazenamento ou a partir do conversor de hidrocarboneto 46 como descrito abaixo. Adicionalmente, CO pode ser fornecido como um agente auxiliar e pode ser uma porção do gás de forno, que é direcionada para dentro do conversor de tratamento adicional 6, pela segunda saída de gás de forno 12 e a segunda gás de forno conexão 31. Nesse caso, os produtos produzidos no processo de conversão biológica são descarregados a partir da saída do conversor de tratamento adicional 32, ou seja, etanol (C2H5OH ou C2H6O) e H2O.

[0137] O funcionamento do alto-forno 1 apresen

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56/72 tado na Fig. 4 é executado de uma forma similar como a descrita acima para as outras modalidades. Os conversores apresentados na Fig. 4 são capazes de operar da mesma forma como a descrita acima.

[0138] Na modalidade da Fig. 4, o carbono, que é alimentado para dentro do conversor de CO2 4 pela entrada de C 20, é produzido pelo conversor de hidrocarboneto 46 descrito acima. O conversor de hidrocarboneto 46 produz ainda hidrogênio (H2), que pode ser direcionado para dentro da entrada do agente auxiliar 29 do conversor de tratamento adicional 6 como um agente auxiliar. Alternativamente, pelo menos uma porção do hidrogênio é direcionado para dentro do conversor de CO2 4, simultaneamente com o carbono, por exemplo, como um aerossol de H2/C (não apresentado nas figuras). Essa porção do hidrogênio é direcionada para dentro do conversor de tratamento adicional 6, junto com o CO proveniente do conversor de CO2 4.

[0139] O conversor de hidrocarboneto 46 opera como se segue: matéria-prima contendo hidrocarboneto é alimentada para dentro do conversor de hidrocarboneto 46, pela entrada de hidrocarboneto 48. Se o hidrocarboneto é, por exemplo, metano (CH4), 1 mol de carbono e 2 mols de hidrogênio são produzidos a partir de 1 mol de metano. O conversor de hidrocarboneto 46 é capaz de decompor os materiais contendo hidrocarbonetos, por meio de um processo térmico conhecido, por exemplo, via pirólise. Alternativamente, as matériasprimas contendo hidrocarbonetos são decompostas com a ajuda de um plasma, por exemplo, por meio de um processo de Kvaerner. Em uma etapa de decomposição com a ajuda do plasma em um queimador de plasma do conversor de hidrocarboneto 46, hidro

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57/72 carbonetos são convertidos em uma temperatura de cerca de 1600 °C de acordo com a seguinte reação, em que a energia para o queimador de plasma é energia elétrica e o queimador de plasma produz energia térmica:

CnHm + Energia □ n C + m/2 H2 [0140] Uma eficiência de conversão ou do processo de decomposição de quase 100 % pode ser alcançada por causa do alto teor de energia dos produtos químicos e da alta temperatura.

[0141] Carbono resultante é, pelo menos parcialmente, direcionado para dentro do conversor de CO2 4 pela entrada de C 20. Uma vez que o carbono descarregado a partir do conversor de hidrocarboneto 46 tem uma alta temperatura, pelo menos uma porção da energia térmica do carbono pode ser utilizada para aquecimento, ou prover energia para os processos de conversão no interior do conversor de CO2 4, em que o conversor de CO2 preferencialmente funciona a uma temperatura de cerca de 1000 °C. Opcionalmente, o carbono pode ser misturado com hidrogênio (aerossol de H2/C) e pode ser direcionado para dentro do conversor de CO2 4, em que o hidrogênio é um transportador de energia adicional.

[0142] A conexão C 56 entre o conversor de hidrocarboneto 46 e o conversor de CO2 4 é formada de tal maneira que o carbono não arrefece muito no caminho do conversor de hidrocarboneto 46 para o conversor de CO2 4. A conexão C 56 pode ser, por exemplo, isolada e/ou aquecida. O hidrogênio produzido no conversor de hidrocarboneto 46 também contém energia térmica, devido à alta temperatura de funcionamento no interior do conversor de hidrocarboneto 46. Portanto, uma possibilidade para aquecimento da conexão C 56 é utilizar a

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58/72 energia térmica do hidrogênio proveniente da saída de hidrogênio 52, para aquecimento da conexão C 56 entre o conversor de hidrocarboneto 46 e o conversor de CO2 4, quer direta ou indiretamente por meio de um trocador de calor. Dessa forma é possível converter o carbono quente proveniente do conversor de hidrocarboneto 46 em monóxido de carbono, com dióxido de carbono quente ou morno adicionado a partir dos gases de forno ou gases de exaustão contendo CO2 no interior do conversor de CO2 4, sem qualquer entrada considerável de energia.

[0143] Como mencionado acima, uma porção do carbono produzido no conversor de hidrocarboneto 46 pode ser descarregada pela segunda saída de C 54, e pode ser vendida como um produto final, ou pode ser direcionada para dentro da cuba do alto-forno 2 pela entrada de C 18. Alternativamente, o carbono pode ser queimado em uma das máquinas de combustão 36, ou pode ser soprado para dentro da cuba do alto-forno 2 como um agente de redução, ou pode ser queimado para produção de energia térmica.

[0144] Na modalidade da Fig. 4 novamente o conversor de tratamento adicional 6 pode ser uma máquina de combustão, um bioconversor ou um conversor de CO para produção de hidrocarbonetos funcionalizados e/ou não funcionalizados, como foi descrito acima em relação às modalidades das Figs. 1 a 3. O funcionamento de diferentes implementações do conversor de tratamento adicional 6 é similar ao funcionamento descrito acima, para as outras modalidades.

[0145] Em todas as modalidades, os gases alimentados para dentro do conversor de tratamento adicional 6 podem ser introduzidos quer diretamente ou através de um misturador não apresentado nas figuras. Dependendo da composição

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59/72 desejada do gás de síntese, uma proporção desejada de hidrogênio e CO pode ser ajustada em um tal misturador, e pode ser descarregada em uma saída de gás de síntese do misturador. Se todo o fluxo de CO disponível CO e todo o fluxo de H2 disponível não podem ser utilizados no misturador, as porções dos gases puros de CO ou H2 não utilizadas no misturador podem ainda ser processadas separadamente.

[0146] Em todas as modalidades, o gás de forno pode ser opcionalmente direcionado da segunda saída de gás de forno 12 para dentro do conversor de tratamento adicional 6, pela segunda conexão de gás de forno 31. Dependendo do tipo do conversor de tratamento adicional 6, o gás de forno é limpo quanto a substâncias prejudiciais.

[0147] Além disso, em todas as modalidades, em que uma máquina de combustão 36 está localizada entre a cuba do alto-forno 2 e o conversor de CO2 4, uma porção dos gases de exaustão contendo CO2 pode ser diretamente encaminhada para dentro do conversor de tratamento adicional 6, pela segunda conexão de gás de exaustão 42, ou seja, evitando o conversor de CO2 4.

[0148] Na sequência, o funcionamento da modalidade de acordo com a Fig. 5 está descrito. Os processos no interior da cuba do alto-forno 2 são os mesmos como descritos acima em relação à modalidade da Fig. 1. Consequentemente, os processos no interior da cuba do alto-forno 2 não estão repetidos. O gás de forno descarregado a partir da cuba do altoforno 2 é, ou diretamente encaminhado para dentro do conversor de CO2 alternativo RWS 104, ou é encaminhado indiretamente através de uma máquina de combustão 36 intermediária, para dentro do conversor de CO2 RWS 104, na forma de gás de exaus

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60/72 tão contendo CO2. Como em modalidades anteriores, o modo indireto através da máquina de combustão 36, e a queima ou etapa de oxidação nele, são opcionais.

[0149] Diferente das modalidades das Figs. 1 a 4, o gás de forno ou o gás de exaustão contendo CO2 não é misturado com carbono, mas, ao invés disso, com hidrogênio no interior do conversor de CO2 RWS 104, em que o hidrogênio é alimentado para dentro da entrada do conversor de CO2 120. O hidrogênio é proveniente do conversor de hidrocarboneto 46 apresentado na Fig. 5. Alternativamente, o hidrogênio pode, simplesmente, ser proveniente de um recipiente de armazenamento. O conversor de hidrocarboneto 46 opera da mesma forma como descrita acima, em relação às outras modalidades das Figs. 1 a 4. O hidrogênio (H2) produzido no conversor de hidrocarboneto 46 é alimentado para dentro do conversor de CO2 RWS 104, e reage nesse lugar com o CO2 proveniente do gás de exaustão ou do gás de forno, de modo a formar uma mistura de CO e H2O, de acordo com a reação reversa de deslocamento de água: CO2 + H2 CO + H2O. Se vapor de água (H2O) também entra no conversor de CO2 RWS 104 junto com o gás de forno, ou com o gás de exaustão contendo CO2, a H2O é quimicamente neutra e não participa na reação reversa de deslocamento de água.

[0150] A mistura de CO/H2O é descarregada a partir do conversor de CO2 RWS 104 pela saída do conversor de CO2 124. A mistura de CO/H2O é direcionada através do separador de água 128, em que H2O é separada no separador de água 128, e é drenada a partir da saída de H2O 132. O gás CO remanescente é descarregado a partir da saída de CO 134 do separador de água 128, e é direcionado para dentro da cuba do alto-forno 2, pela conexão de CO 25. A mistura de CO/H2O pode,

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61/72 alternativamente, ser direcionada para dentro da cuba do alto-forno 2 pela conexão de CO 25 (não apresentada na Fig. 4).

[0151] Na medida que o conversor de hidrocarboneto 46 produz gás de H2 em excesso, que não é convertido na presença de CO2 no interior do conversor de CO2, o dito excesso de H2 pode ser armazenado e vendido como um produto. Alternativamente, tal excesso de H2 pode ser utilizado para prover energia para o aquecedor auxiliar mencionado acima, para cuba do alto-forno 2.

[0152] O carbono produzido no interior do conversor de hidrocarboneto 46 e não utilizado no conversor de CO2 RWS 104 pode ser vendido como um produto, ou seja, negro de fumo ou carbono ativado. Alternativamente ou adicionalmente, excesso de carbono pode ser parcialmente introduzido no metal fundido, pela entrada de C 18, de modo a reduzir o ponto de fusão. Além disso, o carbono produzido pode também ser soprado para dentro da cuba do alto-forno 2 ou pode ser utilizado para prover energia para o aquecedor auxiliar ou para a cuba do alto-forno 2.

[0153] A modalidade da Fig. 5 não compreende um conversor de tratamento adicional, uma vez que o CO2 contido no gás de forno é convertido em CO de acordo com a reação reversa de deslocamento de água, ou seja, nenhum carbono (C) é adicionado. Assim, uma quantidade de gás no circuito, entre a cuba do alto-forno 2 e o conversor de CO2 RWS 104, não é dobrada como foi descrito acima, em relação às Figs. 1 a 4. Assim, tratamento adicional do excesso de CO em um conversor de tratamento adicional não é útil na modalidade da Fig. 5.

[0154] Dependendo do tamanho do conversor e do alto-forno 1 inteiro, mais que um conversor de CO2 4, 104,

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62/72 mais que uma máquina de combustão 36 e mais que um conversor de tratamento adicional 6 podem ser operados no modo mencionado acima, em todas as modalidades. Além disso, os conversores de tratamento adicionais 6 podem realizar as diferentes operações mencionadas acima, ou seja, um bioconversor pode ser operado em paralelo com um conversor Bergius-Pier ou com um conversor Fischer-Tropsch.

[0155] Em todas as modalidades das Figs. 1 a 5, a cuba do alto-forno 2 ou o conversor de CO2 4, 104 pode ser aquecido com calor proveniente de um aquecedor auxiliar. A temperatura na porção mais baixa da cuba do alto-forno 2 deve ser suficiente para manter o metal em um estado fundido. A temperatura no interior do conversor de CO2 4, 104 deve ser suficiente para alcançar uma, possivelmente, completa conversão do CO2 em CO. O calor para o aquecedor auxiliar é, preferencialmente, produzido por combustão em uma das máquinas de combustão 36, ou em um conversor de tratamento adicional 6 na forma de uma máquina de combustão. Alternativamente, calor residual resultante do funcionamento do conversor de hidrocarboneto 46 pode ser utilizado. Como mencionado acima, o conversor de hidrocarboneto 46 opera em altas temperaturas, em particular, se o conversor de hidrocarboneto é implementado como um conversor de plasma à alta temperatura. O calor residual pode ser direcionado para a cuba do alto-forno 2 e/ou para o conversor de CO2 4, por meio de trocador de calor, ou através do encaminhamento de fluxos de matéria-prima, que são encaminhados em contato próximo uns com os outros.

[0156] Se um conversor de hidrocarboneto 46 funcionando à baixa temperatura é utilizado (por exemplo, um conversor de energia térmica ou um conversor de plasma à bai

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63/72 xa temperatura), pode ser necessário fornecer um aquecedor auxiliar ao conversor de CO2 4, apenas, se a conversão de CO2 em CO no interior do conversor de CO2 4 for muito incompleta, ou seja, muito pouco CO2 seria convertido em CO, devido à temperatura de funcionamento ser muito baixa (ou seja, abaixo de 800 °C) . Enquanto cerca de 94 % de monóxido de carbono é fornecida a temperaturas de 800 °C, a taxa de conversão diminui fortemente abaixo dessa temperatura. Uma vez que cerca de 99 % de monóxido de carbono já é fornecido a temperaturas de cerca de 1000 °C, seria menos útil aquecer muito mais o conversor de CO2 4 (por exemplo, a mais que 1700 °C), uma vez que metade da energia térmica se perde como gás CO é descarregado pela segunda saída de CO 26. Pelo menos na zona inferior da cuba do alto-forno 2 a temperatura deve estar entre 1000 °C e 1300 °C, uma vez que o metal reduzido (ferro-gusa) é fundido a essa temperatura e pode ser descarregado ou drenado. Se a cuba do alto-forno 2 não está suficientemente aquecida pelo gás CO quente introduzido, e se, consequentemente, baixas temperaturas prevalecem, seria útil empregar um aquecedor auxiliar na cuba do alto-forno 2.

[0157] Se um conversor de hidrocarboneto 46 funcionando à alta temperatura é utilizado, o conversor de hidrocarboneto 46 já fornece carbono a uma temperatura entre 900 °C e 1700 °C para dentro do conversor de CO2 4 (a faixa de temperatura varia de 1500 °C a 1700 °C para um reator de plasma à alta temperatura). Assim, uma temperatura de funcionamento do conversor de CO2 4 superior a 1700 °C pode ser útil. Um aquecedor auxiliar para o conversor de CO2 4 não seria necessário nesse caso.

[0158] Dependendo do tamanho do alto-forno, é

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64/72 também considerado operar uma multiplicidade de conversores de hidrocarboneto 46 em paralelo, de modo a fornecer a capacidade desejada para conversão ou decomposição. Em todas as modalidades, o conversor de hidrocarboneto 46 pode ser uma combinação de uma multiplicidade de conversores de hidrocarboneto 46a, 46b funcionando em paralelo, como apresentado na Fig. 6, por exemplo, uma combinação de um conversor de hidrocarboneto à alta temperatura 46a e um conversor de hidrocarboneto à baixa temperatura 46b. Um conversor de hidrocarboneto à alta temperatura opera a uma temperatura de mais de 1000 °C, e a um conversor de hidrocarboneto à baixa temperatura entre 200 °C e 1000 °C. Os hidrocarbonetos, para serem decompostos, podem ser alimentados para dentro dos conversores de hidrocarboneto à alta temperatura e à baixa temperatura 46a, 46b, pela linha de alimentação comum ou pela linha de alimentação separada. Um conversor de hidrocarboneto 46 compreendendo uma multiplicidade de módulos menores é vantajoso, na medida em que diferentes hidrocarbonetos ou diferentes proporções de hidrocarbonetos podem ser decompostas com parâmetros ideais de processamento. Além disso, a alta temperatura e a baixa temperatura individual dos conversores de hidrocarboneto podem produzir diferentes graus ou tipos ou carbono, por exemplo, um tipo para produtos vendáveis e outro tipo para usar cuba do alto-forno.

[0159] As modalidades mencionadas acima têm sido descritas para condições ideais. Será óbvio que, em uma implementação prática, proporções variáveis de hidrogênio, CO2, CO e N2 estarão presentes no gás de forno. Portanto, também fluxos variáveis de gás CO ou gás de síntese, respectivamente, serão descarregados a partir do conversor de CO2 4. Não

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65/72 obstante, a composição de um gás de síntese a ser adicionalmente processado no conversor de tratamento adicional 6, pode ser mantida constante por meio de um misturador. Assim, um gás de síntese que tem composição quase constante, pode ser fornecido para o conversor de tratamento adicional 6.

[0160] Se um conversor de tratamento adicional 6 utiliza micro-organismos ou algas, menor variação da mistura de gás entregue pode, no entanto, ser compensada pelos microorganismos ou algas. Os exemplos a seguir relatam situações que podem surgir, se proporções variáveis dos gases ou matérias-primas envolvidos são convertidos:

Exemplo 1 [0161] 50 % do CO fornecido para dentro da cuba do alto-forno 2 são convertidos em CO2 (resultado total para CO, sem o metal descarregado (Fe)):

CO + ½ O2 CO + CO2 [0162] Os gases CO e CO2 são direcionados para dentro do conversor de CO2 4 como gás de forno. No conversor de CO2 4 (redução com C; Boudouard) a seguinte reação ocorre:

CO2 + 3 CO + 3 C 9 CO [0163] Em outras palavras: gás de forno + 3 C

CO [0164] No conversor de hidrocarboneto 46 (nesse caso um conversor de plasma, em particular um reator Kvaerner), a seguinte reação acontece:

CH4 3 C + 6 H2 [0165] Assim, todo o hidrogênio produzido (6 mols de H2) é utilizado no conversor de tratamento adicional 6 (nesse caso um conversor de CO para produzir hidrocarbonetos). Todo o carbono produzido (3 mols de C) é direcionado

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66/72 para dentro do conversor de CO2 4.

[0166] Subsequentemente, dois terços do monóxido de carbono (6 mols de CO) de todos os 9 mols de CO produzidos no interior conversor de CO2 4 são redirecionados para dentro da cuba do alto-forno 2. O um terço remanescente de monóxido de carbono (3 mols CO) é alimentada para dentro do conversor de tratamento adicional 6 (nesse caso um conversor de CO), junto com o hidrogênio proveniente do conversor de hidrocarboneto 46 em forma de um gás de síntese. O hidrogênio (6 mols de H2) é alimentado para dentro do conversor de tratamento adicional 6, como um agente auxiliar (ou pode ser alimentado para dentro do conversor de tratamento adicional 6 pelo conversor de CO2 4, se o carbono é alimentado para dentro do conversor de CO2 4 na forma de um aerossol de H2/C).

[0167] Resumidas, as seguintes reações ocorrem no exemplo 1:

1. Cuba do alto-forno 2:

Fe2O3 + 6 CO 2 Fe + 3 CO2 + 3 CO

2. Conversor de carbono 46 (aqui, reator Kvaerner):

CH4 3 C + 6 H2

3. Conversor de CO2 4 (aqui Boudouard):

CO2 + 3 CO + 3 C 9 CO

4. Conversor de tratamento adicional 6 (aqui, conversão de gás de síntese no conversor de CO):

CO + 6 H2 3 (CH2)n + 3 H2O

Exemplo 2 % do CO fornecido para dentro da cuba do altoforno 2 são convertidos em CO2 (resultado global para o CO sem o metal descarregado (Fe)):

CO + 3/2 O2 CO + 3 CO2

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67/72 [0168] Os gases CO e CO2 são direcionados para dentro do conversor de CO2 4 com um gás de forno. No interior do conversor de CO2 (redução com C; Boudouard) a seguinte reação acontece:

CO2 + CO + 3 C 7 CO [0169] Em outras palavras: gás de forno + 3 C

CO [0170] No interior do inversor de hidrocarboneto 46 (nesse caso um conversor de plasma, em particular um reator Kvaerner) a seguinte reação acontece:

CH4 3 C + 6 H2 [0171] Depois disso, quatro sétimos do monóxido de carbono (4 mols de CO) de 7 mols de CO produzidos no conversor de CO2 4 são redirecionados para dentro da cuba do alto-forno 2. Os três sétimos remanescentes do monóxido de carbono (3 mols de CO) são alimentados para dentro do conversor de tratamento adicional 6 (aqui, conversor de CO), juntos com hidrogênio (6 mols H2) proveniente do conversor de hidrocarboneto 46 na forma de gás de síntese. O hidrogênio é alimentado para dentro do conversor de tratamento adicional como um agente auxiliar (ou o hidrogênio é direcionado para dentro do conversor de tratamento adicional 6 pelo conversor de CO2 4, se o carbono é direcionado para dentro do conversor de CO2 4 na forma de um aerossol de H2/C).

[0172] Resumidas, as seguintes reações ocorrem no exemplo 2:

1. Cuba do alto-forno 2:

Fe2O3 + 4 CO 2 Fe + 3 CO2 + CO

2. Conversor de hidrocarboneto 46 (aqui, reator Kvaerner):

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CH4 3 C + 6 H2

3. Conversor de CO2 4 (aqui, Boudouard):

CO2 + CO + 3 C 7 CO

4. Conversor de tratamento adicional 6 (aqui, conversão de gás de síntese em um conversor de CO:

CO + 6 H2 3 (CH2)n + 3 H2O

Exemplo 3 [0173] 100 % do CO alimentados para dentro da cuba do alto-forno 2 são convertidos em CO2 (resultado total para CO, sem o metal descarregado (Fe)):

CO + O2 2 CO2 [0174] CO2 é direcionado para dentro do conversor de CO2 4 como um gás de forno. No interior do conversor de CO2 4 (redução com C; Boudouard) A seguinte reação acontece:

CO2 + 2 C 4 CO [0175] Em outras palavras: gás de forno + 2 C

CO [0176] Uma metade do monóxido de carbono produzido no conversor de CO2 4 é redirecionada para dentro da cuba do alto-forno 2. A outra metade do monóxido de carbono é direcionada para dentro do conversor de tratamento adicional 6 (nesse caso um bioconversor), simultaneamente com o hidrogênio proveniente do conversor de hidrocarboneto 46 (nesse caso conversor de plasma) na forma de um gás de síntese.

[0177] No conversor de hidrocarboneto 46 (aqui, um conversor de plasma, em particular um reator Kvaerner), a seguinte reação acontece:

CH4 12 C + 24 H2 [0178] Assim, todo o hidrogênio produzido (24

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69/72 mols de H2) é utilizado no conversor de tratamento adicional 6. Todo o carbono produzido (12 mols de C) é direcionado para dentro do conversor de CO2 4.

[0179] Resumidas, as seguintes reações ocorrem no exemplo 3:

1. Cuba do alto-forno 2:

Fe2O3 + 12 CO 8 Fe + 12 CO2

2. Conversor de hidrocarboneto 46 (aqui, reator Kvaerner):

12	CH4 12 C + 24 H2
3.	Conversor de CO2 4 (aqui, Boudouard):
12	C + 12 CO2 24 CO
4.	Conversor de tratamento adicional 6 (aqui, bio

conversor):

H2 + 12 CO 6 C2H5OH + 18 H2O

Exemplo 4 [0180] 100 % do CO alimentado para dentro da cuba do alto-forno 2 são convertidos em CO2 (resultado total para CO, sem o metal descarregado (Fe)):

CO + O2 2 CO2 [0181] Depois disso, o CO2 proveniente da cuba do alto-forno 2 é dividido. Uma metade do CO2 é direcionada para dentro do conversor de CO2 4. A outra metade do CO2 proveniente da cuba do alto-forno 2 é direcionada para dentro do conversor de tratamento adicional 6 (aqui, bioconversor), pela segunda conexão de gás de forno 31. A dita segunda porção ou segunda metade do CO2 (representando um primeiro agente auxiliar) é fornecida ao conversor de tratamento adicional 6, junto com o hidrogênio (representando um segundo agente auxiliar) proveniente do conversor de hidrocarboneto 46 (nesse

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70/72 caso um reator Kvaerner) como um gás de síntese.

[0182] No conversor de CO2 4 (redução com C;

Boudouard) a seguinte reação ocorre:

CO2 + 2 C 4 CO [0183] Em outras palavras: gás de forno + 2 C

CO [0184] No conversor de hidrocarboneto 46 (aqui, um conversor de plasma, em particular um reator Kvaerner), a seguinte reação acontece:

CH4 9 C + 18 H2 [0185] Portanto, todo o hidrogênio produzido (18 mols de H2) é utilizado no conversor de tratamento adicional 6. Dois terços do carbono produzido (6 mols de C) são direcionados para dentro do conversor de CO2 4. O um terço remanescente de carbono (3 mols de C) está disponível como um produto final, por exemplo, para o comércio ou para utilizar no método for tratamento de minério de metal da presente aplicação.

[0186] Resumidas, as seguintes reações ocorrem no exemplo 4:

1. Cuba do alto-forno 2:

Fe2O3 + 12 CO 8 Fe + 12 CO2

2. Conversor de hidrocarboneto 46 (aqui, reator Kvaerner):

CH4 9 C + 18 H2

3. Conversor de CO2 4 (aqui Boudouard):

C + 6 CO2 12 CO

4. Conversor de tratamento adicional 6 (aqui, bioconversor):

H2 + 6 CO 3 C2H5OH + 9 H2O

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71/72 [0187] Alternativamente, em todos os exemplos, o gás de síntese consistindo de CO e H2 pode ser convertido em hidrocarbonetos funcionalizados e/ ou não funcionalizados em um conversor de CO, como foi descrito acima.

Comparação dos exemplos 3 e 4 [0188] Ao comparar o exemplo 3 (rota singás) e o exemplo 4 (rota CO2), será reconhecido que no exemplo 3 um maior rendimento de produtos (etanol) é produzido no bioconversor, fornecida a mesma quantidade de ferro-gusa que é produzida a partir do minério de ferro hematita (Fe2O3). Para obtenção do dobro de quantidade de etanol no exemplo 3, no entanto, um terço a mais de metano necessita ser decomposto. Além disso, o carbono adicionalmente disponível (3 mols de C), que está disponível no exemplo 4, e pode ser utilizado para diminuir o ponto de fusão do metal bruto (ferro-gusa) se introduzido pela entrada de C 18, não é obtido. Em ambos os casos, o carbono do etanol (e o carbono formando os produtos de carbono ou carbonos puros) é totalmente produzido a partir de (fóssil) metano, que é fornecido a partir do exterior. Contudo, o exemplo 4 tem a vantagem de que 100 % do carbono convertido no bioconversor, na verdade, vem do CO2 emitido pela cuba do alto-forno 2. Assim, o exemplo 4 é vantajoso, uma vez que evita CO2. É uma questão econômica, se em vez de mais metano deverá ser alimentado para dentro do processo e assim mais etanol pode ser produzido (exemplo 3), ou se um pouco menos de etanol deverá ser produzido, mas em vez de carbono adicional (C) deve ser produzido (exemplo 4).

[0189] Além disso, torna-se evidente que o controle do processo, para todo o método da presente invenção, pode ser flexivelmente adaptado para os processos na cuba do

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72/72 alto-forno 2. Uma vez que o método para tratamento de minério de metal é implementado em um circuito, a quantidade de matérias-primas ou produtos finais depende da produção de metal bruto (produção de ferro-gusa) e do minério de metal (minério de ferro) que é utilizado:

Fe2O3 + 3 CO 2 Fe + 3 CO2

Fe3O4 + 4 CO 4 Fe + 4 CO2 [0190] Se hematita (Fe2O3) é utilizada, mais CO por tonelada de ferro bruto é necessário, comparada à utilização de magnetita (Fe3O4) como um minério. Consequentemente, hematita, ao final, produz também mais produtos finais no conversor de tratamento adicional 6 (por exemplo, em um bioconversor) do que magnetita.

[0191] A invenção foi descrita baseada nas preferidas modalidades, em que características individuais das modalidades descritas podem ser combinadas livremente, e/ou podem ser substituídas na medida em que essas características sejam compatíveis. Além disso, características individuais das modalidades descritas podem ser omitidas desde que essas características não sejam essenciais. Assim, aqueles técnicos no assunto avaliarão que várias modificações e implementações práticas são possíveis e óbvias sem se afastarem do âmbito total e justo da presente invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. MÉTODO PARA TRATAMENTO DE MINÉRIO DE METAL, caracterizado por compreende as etapas a seguir:

redução de um minério de metal;

produção de gás de forno contendo CO2 em uma cuba do alto-forno (2);

descarregamento do dito gás de forno a partir da cuba do alto-forno (2);

direcionamento de pelo menos uma porção do gás de forno, direta ou indiretamente, para dentro de um conversor de CO2 (4) e redução do CO2 contido em um gás de forno a CO no conversor de CO2 (4);

direcionamento de uma primeira porção do CO, proveniente do conversor de CO2 (4), para dentro da cuba do altoforno (2); e, direcionamento de uma segunda porção do CO, a partir do conversor de CO2 (4), para dentro de um processo de tratamento adicional, em que o processo adicional de tratamento compreende um ou mais do processos a seguir:

- um processo de oxidação em uma célula a combustível, ou um processo de combustão em um motor a gás, ou em uma turbina a gás;

- um processo de conversão biológica em um bioconversor, e é realizada utilizando micro-organismos ou algas de acordo com uma ou mais das redes de equações a seguir:

a) 6 CO + 3 H2O C2H5OH + 4 CO2; b) 6 H2 + 2 CO2 C2H5OH + 3 H2O; c) 2 CO + 4 H2 C2H5OH + H2O; e

- um processo de conversão, convertendo gás de sín

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2/7 tese em um hidrocarboneto funcionalizado e/ou não funcionalizado.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela segunda porção do CO proveniente do conversor de CO2 (4) ser queimada, de modo a formar uma mistura de gases de exaustão contendo CO2, antes de ser direcionada para o processo de tratamento adicional como uma mistura de gases de exaustão.
3. MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por, em um caso de direcionar indiretamente o gás de forno para dentro do conversor de CO2 (4, 104), o dito gás de forno ser primeiro queimado para produzir uma mistura de gases de exaustão contendo CO2, antes de ser direcionado para dentro do conversor de CO2 (4) em forma da dita mistura de gases de exaustão, e é reduzido a CO no conversor de CO2 (4); e compreende opcionalmente também uma etapa de direcionamento de uma porção da mistura de gases de exaustão contendo CO2, para dentro do processo de tratamento adicional, evitando o dito conversor de CO2 (4).
4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por uma porção do CO ser alimentada para dentro da cuba do alto-forno, (2) em uma zona inferior do mesmo, acima do nível do metal fundido.
5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por uma porção do CO ser alimentada para dentro da cuba do alto-forno (2), em uma ou mais entradas de CO localizadas ao longo da cuba do altoforno (2); e sendo que opcionalmente as entradas de CO estão parcialmente localizadas abaixo do nível do metal fundido, na cuba do alto-forno (2).

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3/7
6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda as etapas a seguir:

decomposição de um fluido contendo hidrocarbonetos em carbono e hidrogênio

a) por meio de um plasma ou

b) pela introdução de energia térmica; e direcionamento do dito hidrogênio (H2) para dentro do processo de conversão biológica, diretamente a partir do conversor de hidrocarboneto (46), ou pelo conversor de CO2 (4); sendo que opcionalmente a etapa de decomposição do fluido contendo hidrocarboneto é realizada em um conversor de hidrocarboneto separado (46).
7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo gás de síntese ser produzido pelas etapas a seguir:

decomposição de um fluido contendo hidrocarbonetos em carbono (C) e hidrogênio (H2)

a) por meio de um plasma ou

b) pela introdução de energia térmica; e mistura de pelo menos uma porção de hidrogênio (H2) com pelo menos uma porção do CO produzido no conversor de CO2 (4).
8. ALTO-FORNO (1) PARA PRODUÇÃO DE METAL, caracterizado por compreender:

uma cuba do alto-forno (2), ter uma primeira saída do gás de forno (10), e pelo menos uma entrada de CO (14) ;

um conversor de CO2 (4), o qual compreende uma entrada do conversor de CO2 (20) e uma entrada de gás do conversor de CO2 (22) para gases contendo CO2, e que está adaptado para reduzir CO2 a CO;

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4/7 em que a primeira saída do gás de forno (10) está conectada direta ou indiretamente à entrada de gás do conversor de CO2 (22) ; e em que o conversor de CO2 (4) compreende pelo menos uma primeira saída de CO (26) para descarregar uma primeira porção do CO produzido no conversor de CO2 (4), em que a dita saída de CO2 (24) está conectada direta ou indiretamente à cuba do alto-forno (2);e em que o conversor de CO2 (4) compreende pelo menos uma segunda saída de CO (26) para descarregar uma segunda porção do CO, para um ou mais dos seguintes conversores de tratamento adicionais (6)

- um conversor de tratamento adicional (6), que é um motor a gás, uma turbina a gás, ou uma célula a combustível;

- um conversor de tratamento adicional (6), que é um bioconversor, no qual um processo de conversão utilizando micro-organismos ou algas é realizado de acordo com uma ou mais das redes de equações a seguir:

a) 6 CO + 3 H2O C2H5OH + 4 CO2; b) 6 H2 + 2 CO2 C2H5OH + 3 H2O; c) 2 CO + 4 H2 C2H5OH + H2O;

e

- um conversor de tratamento adicional (6) que é adaptado a produzir hidrocarbonetos funcionalizados e/ou não funcionalizados a partir de um gás de síntese.
9. ALTO-FORNO (1), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender uma máquina de combustão (36) ter uma entrada de gás de combustão (38) e pelo menos uma saída de gás de exaustão (40) para descarregar gases de exausPetição 870170037555, de 02/06/2017, pág. 79/85

5/7 tão contendo CO2;

em que pelo menos uma das segundas saídas de CO (26) do conversor de CO2 (4) está conectada à entrada de gás de combustão (38) da máquina de combustão (36);

em que a máquina de combustão (36) é operada, pelo menos parcialmente, com CO proveniente do conversor de CO2 (4); e em que uma das saídas de gás de exaustão (40) da máquina de combustão (36) está conectada ao conversor de tratamento adicional (6).
10. ALTO-FORNO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 ou 9, caracterizado por compreender a máquina de combustão (36) ter uma entrada de gás de combustão(38) e pelo menos uma saída de gás de exaustão (40) para descarregar gases de exaustão contendo CO2;

em que, em uma conexão indireta da saída de gás de forno (10) e o conversor de CO2 (4), a primeira saída do gás de forno (10) da cuba do alto-forno (2) está conectada à entrada de gás de combustão (38) da máquina de combustão (36); e em que a máquina de combustão (36) é operada, pelo menos parcialmente, com gás de alto forno; e sendo que opcionalmente uma das saídas de gás de exaustão (40) da máquina de combustão (36) está conectada à entrada de gás do conversor de CO2 (22) do conversor de CO2 (4), para direcionar uma porção da mistura de gases de exaustão contendo CO2 para dentro do conversor de CO2 (4).
11. ALTO-FORNO (1), de acordo com a reivindicação

10, caracterizado por uma das saídas de gás de exaustão (40) da máquina de combustão (36) estar conectada ao conversor de

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6/7 tratamento adicional (6), de modo a direcionar uma porção da mistura de gases de exaustão contendo CO2 a um processo de tratamento adicional no conversor de tratamento adicional (6), evitando o conversor de CO2 (4).
12. ALTO-FORNO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado por compreender uma entrada de CO (14) em uma zona inferior da cuba do alto-forno (2), acima do nível do metal fundido.
13. ALTO-FORNO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado por compreender uma multiplicidade de entradas de CO (14), em diferentes alturas da cuba do alto-forno (2); e sendo que opcionalmente as entradas de CO (14) estão localizadas, parcialmente, a uma altura que está abaixo do nível do metal fundido na cuba do alto-forno (2), durante o funcionamento do alto-forno (1).
14. ALTO-FORNO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 13, caracterizado por compreender ainda um conversor de hidrocarboneto (46) operado por meio de um plasma, ou por meio de energia térmica, em que o conversor de hidrocarboneto (46) compreende pelo menos uma entrada de hidrocarboneto (48) para um fluido contendo hidrocarbonetos, assim como, pelo menos uma saída (50, 54, 50/52) para carbono, pelo menos; e em que pelo menos uma das saídas (50, 54, 50/52) para carbono, pelo menos, é conectada à entrada do conversor de CO2 (20).
15. ALTO-FORNO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 14, caracterizado pelo conversor de hidrocarboneto (4) compreender pelo menos uma saída de H2 (52) para hidrogênio (H2); e sendo que opcionalmente uma das saídas

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7/7 de H2 (52) para hidrogênio (H2), do conversor de hidrocarboneto (46), está conectada ao conversor de tratamento adicional (6).
16. ALTO-FORNO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 8, 10, 13, caracterizado por compreender ainda um conversor de hidrocarboneto (46) operado por meio de um plasma, ou por meio de energia térmica; o conversor de hidrocarboneto (46) compreende pelo menos uma entrada de hidrocarboneto (48) para um fluido contendo hidrocarbonetos, e pelo

menos uma saída C (50, 54) para carbono, e pelo menos saída de H2 (52) para hidrogênio (H2);e em que pelo menos uma saída de H2 (52) para hidro- gênio (H2) está conectada à entrada do conversor de CO2 (20) .

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