BR112018008680B1 - Processo e dispositivo para tratar um fluxo de gás de forno - Google Patents

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Abstract

Trata-se de um processo e um dispositivo para tratar um fluxo de gás de forno com uma pressão de mais do que 0,1 MPa (1 bar) que flui através de um canal (3). Um agente em pó (2), tal como um pó que compreende reagentes alcalinos, tal como cal, e/ou absorventes, tal como carvão ativado, é injetado sob uma sobrepressão no fluxo de gás de forno através de um injetor (6) que está posicionado centralmente dentro do canal. O agente em pó pode ser fluidizado. A pressão para injetar o pó pode ser ajustada controlando-se o volume do gás de fluidização ventilado através da saída de ventilação (24).

Description

CAMPO DA TÉCNICA
[001] A presente invenção refere-se a um processo e um dispositivo para tratar um gás de forno que emana de processos de aço ou ferro, tal como gás de alto- forno ou gás produzido com fornos de arco elétrico (EAF), fornos de oxigênio básicos (BOF) ou com processos de ferro reduzido direto (DRI).
ANTECEDENTES
[002] O gás de alto-forno tem tipicamente um teor de monóxido de carbono relativamente alto, por exemplo, de cerca de 20 a 28%, permitindo o uso como um gás combustível em vários tipos de queimadores. No entanto, o teor de poeira do gás de alto-forno que sai do alto-forno é muito alto para um funcionamento estável dos queimadores, de modo que o teor de poeira do gás de alto-forno deva ser substancialmente reduzido. Isso é normalmente feito com um processo de duas etapas. Em uma primeira etapa as partículas de poeira maiores são separadas em um ciclone. Em uma segunda etapa, as partículas menores são separadas, normalmente por meio de um depurador em um processo úmido. Tal processo úmido requer consumo de água significante e produz lama e água residual, que requerem tratamento adicional. O tratamento de depuração com água também resulta em uma queda de pressão e temperatura do gás de alto-forno tratado, o que reduz sua eficiência como um gás combustível em um queimador de gás a jusante.
[003] Para superar os inconvenientes de processos de limpeza de gás úmido propôs-se filtrar o gás por meio de sacos de filtro, por exemplo, do documento WO 2010/034791, que também ensina a remoção de topo de contaminantes antes da filtragem. O gás de alto-forno fresco normalmente compreende vários contaminantes ácidos, tais como cloreto de hidrogênio, fluoreto de hidrogênio e sulfeto de hidrogênio. No documento WO 2010/034791, esses contaminantes são removidos injetando-se agentes alcalinos no fluxo de gás. Outros contaminantes típicos de gás de alto-forno incluem hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAH), benzeno, tolueno e xileno (BTX). Os mesmos podem ser removidos injetando-se absorventes no fluxo de gás de alto-forno, por exemplo, como uma mistura com os reagentes para neutralizar os contaminantes ácidos. Um problema encontrado quanto à injeção de tais agentes em forma de pó é que o pó deve ser distribuído uniformemente sobre o fluxo de gás passante.
[004] O documento US 4.501.599 revela um depurador seco para remover poluentes de emissões de processo de produção de alumínio, com o uso de partículas de alumina. A pressão em tal processo de produção de alumínio é tipicamente sub-atmosférica, de modo que a alumina seja sugada do fluxo de gás passante.
[005] É um objetivo da invenção fornecer um sistema para limpar o gás de forno que emana de processos de produção de aço que permite uma remoção mais eficiente de contaminantes, tipicamente em gás de alta pressão que flui com pressões de mais de 0,1 MPa (1 bar).
SUMÁRIO
[006] O objetivo da invenção é alcançado com um processo para tratar um fluxo de gás de forno com uma pressão de mais de 0,1 MPa (1 bar) que flui através de um canal injetando-se um agente em pó sob uma sobrepressão no fluxo de gás de forno, em que o pó é adicionado ao fluxo de gás através de um injetor que é posicionado centralmente dentro do canal. Constatou-se que a injeção a partir de um ponto central nos canais resulta na distribuição aprimorada do agente em pó sobre o fluxo de gás.
[007] A distribuição de partículas é adicionalmente aprimorada se o agente em pó for fluidizado antes de ser injetado. Para essa finalidade o mesmo pode ser dispensado a partir de uma câmara que compreende um leito fluidizante que usa um gás fluidizante, tal como nitrogênio ou gás de alto-forno.
[008] A pressão para injetar o agente em pó pode ser ajustada, por exemplo, controlando-se o volume do gás de fluidização ventilado através da saída de ventilação.
[009] O agente em pó pode, por exemplo, ser injetado no fluxo de gás em direção radial, por exemplo, através de um anel de saídas radialmente direcionadas.
[010] O agente em pó pode, por exemplo, compreender um ou mais absorventes e/ou um ou mais compostos alcalinos. Os compostos alcalinos servem para remover os componentes ácidos a partir do fluxo de gás. Compostos alcalinos adequados incluem carbonato de cálcio, carbonato de sódio (soda), cal hidratado ou misturas dos mesmos. Os agentes absorventes podem ser usados para remover outros contaminantes típicos de gás de alto-forno, tais como metais pesados, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, benzeno, tolueno ou xileno. Tais absorventes podem, por exemplo, compreender carvão ativado, coque de lignite ou um zeólito de grau baixo.
[011] A quantidade de agente injetada no fluxo de gás depende da concentração dos poluentes. Uma taxa estequiométrica para o agente alcalino será entre 1,5 a 4. As concentrações típicas para carvão ativado são, por exemplo, entre 50 a 250 mg/Nm3.
[012] O gás de fluidização usado pode, por exemplo, ser nitrogênio, gás de alto- forno limpo reciclado ou qualquer outro gás inerte adequado. A quantidade de gás de fluidização do agente pode, por exemplo, ser pelo menos de 150 litros, por exemplo, entre 200 a 500 litros por tonelada de agente.
[013] O agente em pó é injetado no fluxo de gás com uma sobrepressão líquida de pelo menos 0,001 MPa (10 mbar), por exemplo, pelo menos cerca de 0,002 MPa (20 mbar), por exemplo, de até no máximo 0,05 MPa (500 mbar) ou até no máximo 0,04 MPa (400 mbar), em relação à pressão no fluxo de gás de forno passante, que é tipicamente de pelo menos cerca de 0,15 MPa (1,5 bar), por exemplo, pelo menos cerca de 0,25 MPa (2,5 bar).
[014] A temperatura do gás de forno será tipicamente de cerca de pelo menos 100 °C, por exemplo, no máximo 250 °C, por exemplo, cerca de 200 °C.
[015] O fluxo de gás de forno pode, por exemplo, ser subsequentemente filtrado, por exemplo, por meio de sacos de filtro ou filtros similares.
[016] O canal que define o trajeto do fluxo de gás de alto-forno pode ser vertical ou não vertical, por exemplo, horizontal. Bons resultados são obtidos se o canal for vertical e o trajeto de fluxo de gás de forno for para cima.
[017] De modo surpreendente, constatou-se que a emissão de NOx do processo de produção de ferro ou aço foi substancialmente reduzida com o uso do processo de acordo com a presente invenção. Acredita-se que a mesma é causada pela remoção eficaz de cianeto de hidrogênio a partir do gás tratado. Portanto, a presente revelação também se refere a um método de redução da emissão de NOx por meio de processo de produção de ferro ou aço, o gás de forno que contém HCN que emana a partir desse processo é tratado injetando-se um agente em pó que compreende componentes alcalinos, tal como pó de cal, por exemplo, conforme descrito acima ou abaixo.
[018] O processo revelado pode, por exemplo, ser executado com o uso de um dispositivo para tratar um fluxo de gás de alto-forno, injetando-se um agente em pó. O dispositivo compreende um canal de fluxo e um injetor disposto centralmente dentro do canal de fluxo. O injetor é dotado de saídas radialmente direcionadas e uma câmara para conter um leito fluidizado de um agente em pó com um fornecimento para um gás fluidizante.
[019] Opcionalmente, uma ventilação pode conectar a câmara a uma descarga de gás fluidizante fora do canal. A ventilação pode, por exemplo, ser ajustável permitindo controlar o volume de gás de fluidização ventilado. Isso torna possível controlar a velocidade de injeção do agente em pó quando o mesmo é injetado no fluxo de gás.
[020] O fornecimento para um gás fluidizante pode, por exemplo, compreender pelo menos um conduto permeável a ar, por exemplo, um conduto de metal sinterizado ou de um metal de malha de filtro. Para alcançar igual fluidização sobre o leito fluidizado, o conduto pode se estender sobre a largura e/ou o comprimento do leito fluidizante. Alternativamente, o gás de fluidização pode ser suprido através de uma placa de fundo permeável a gás que sustenta o leito em pó.
[021] Opcionalmente, o conduto é removível a partir da câmara de fluidização para a manutenção, limpeza ou propósitos de reparo.
[022] Para evitar a turbulência e minimizar a queda de pressão no fluxo de gás de forno o dispositivo pode, por exemplo, compreender uma seção cônica a jusante que se estende na direção do fluxo a partir das saídas radiais. O dispositivo pode compreender também uma seção cônica a montante que se estende a partir das saídas radiais em uma direção oposta à direção do fluxo.
[023] O canal será tipicamente cilíndrico com o injetor que é coaxial com o canal. As saídas radiais podem formar uma matriz circular, também sendo coaxial em relação ao canal.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[024] Os aspectos da invenção serão explicados com referência ao desenho acompanhante, que mostra uma modalidade exemplificativa.
[025] A Figura 1 mostra um dispositivo para tratar gás de alto-forno em corte transversal longitudinal.
[026] A Figura 1 mostra um dispositivo 1 para tratar um fluxo de gás de alto- forno, injetando-se um agente em pó seco 2 que contém material absorvente, tal como carvão ativo, e um agente alcalino, tal como cal. O dispositivo 1 compreende um canal de fluxo 3 que define um trajeto de fluxo de gás de alto-forno com uma direção de fluxo A. O canal 3 tem uma parede de canal 4, tipicamente uma parede de canal cilíndrica. Um injetor 6 é disposto centralmente dentro do canal de fluxo 3. Para mostrar o injetor 6, parte da parede 4 é quebrada na Figura 1. O injetor 6 é dotado de um anel de saídas radialmente direcionadas 8. Uma primeira seção cônica oca 10 do injetor 6 se estende a partir da seção com saídas radiais 8 e pontos a jusante. Uma segunda seção cônica oca 12 do injetor 6 se estende na direção oposta a partir da seção com saídas radiais 8 e pontos a montante. As seções cônicas 10, 12 guiam o fluxo de gás de alto-forno para minimizar a turbulência causada pelo injetor 6. Configurações alternativas também podem ser usadas.
[027] O injetor oco da segunda seção cônica 12 forma parte de uma câmara de fluidização 14 que contém o agente em pó 2. A câmara de fluidização 14 se conecta a uma abertura 16 na parede do canal 4 onde o injetor 6 é aparafusado à parede do canal por meio de uma conexão de flange 18. No exterior do canal 3 a câmara de fluidização 14 é estendida com uma seção 20 conectada a uma entrada de pó 22 para o fornecimento de agente em pó fresco, e uma saída 24 para ventilar o gás de fluidização substancialmente acima do nível de leito em pó na câmara de fluidização 14.
[028] A seção da câmara 14 entre a seção cônica 12 e a parede do canal 4 pode ter um corte transversal aerodinâmico, por exemplo, apontando para cima e apontando para baixo.
[029] Um conduto permeável a gás 26 de um metal sinterizado é posicionado em uma seção inferior da câmara de fluidização 14 sobre a largura e o comprimento da câmara de fluidização 14, por exemplo, que se estende a partir de uma entrada de gás de fluidização 28 pelo menos para uma linha central da segunda seção cônica 12.
[030] Quando a câmara de fluidização 14 é preenchida com o agente em pó 2, o gás de fluidização é soprado para a câmara de fluidização 14 através do leito em pó. Como resultado o leito em pó é fluidizado. O pó escapa através das saídas 8 e é tomado com o fluxo de gás de alto-forno A.
[031] O agente em pó 2 é injetado no fluxo de gás de alto-forno A. A pressão pode ser ajustada controlando-se o volume do gás de fluidização ventilado através da saída 24.

Claims (11)

1. Dispositivo (1) para tratar um fluxo de gás de forno, em que o dispositivo é caracterizado por compreender um canal de fluxo (3) e um injetor (6) disposto centralmente dentro do canal de fluxo e dotado de saídas radialmente direcionadas (8), em que o injetor compreende uma câmara (14) para conter um leito fluidizado de um agente em pó (2) com um fornecimento (28) de um gás de fluidização configurado para soprar o agente em pó através das saídas radiais no fluxo de gás de forno com uma sobrepressão de pelo menos 1 kPa em relação à pressão no fluxo de gás de forno, o dispositivo ainda compreende uma ventilação (24) que conecta a câmara (14) a uma descarga de gás de fluidização fora do canal, em que a ventilação (24) é ajustável para controlar o volume de gás de fluidização ventilado, assim sendo para controlar a velocidade de injeção do agente em pó quando injetado no fluxo de gás.
2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o fornecimento de um gás fluidização compreender pelo menos um conduto permeável a gás (26).
3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por pelo menos um conduto (26) se estender sobre a largura e/ou o comprimento do leito de fluidização.
4. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizado por o conduto (26) ser de um metal sinterizado ou de um metal de malha de filtro.
5. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizado por o conduto (26) ser retrátil.
6. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender uma seção cônica a jusante (10) que se estende na direção do fluxo a partir das saídas radiais (8).
7. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por compreender uma seção cônica a montante (12) que se estende a partir das saídas radiais (8) em uma direção oposta à direção de fluxo.
8. Processo para tratar um fluxo de gás de forno com uma pressão de mais de 0,1 mPa utilizando um dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, em que o gás de forno fluir através do canal de fluxo(3) um agente em pó (2) ser injetado sob uma sobrepressão no fluxo de gás de forno, caracterizado por o agente em pó primeiro fluidizado então é adicionado ao fluxo de gás de forno através do injetor (6) que é posicionado centralmente dentro do canal de fluxo, em que a velocidade da injeção do agente em pó (2) é ajustada controlando-se o volume de gás de fluidização ventilado através da ventilação (24).
9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o agente em pó (2) ser injetado radialmente no fluxo de gás de alto-forno.
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por o agente em pó (2) compreender um ou mais absorventes e/ou um ou mais componentes alcalinos.
11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por o fluxo de gás de forno ser subsequentemente filtrado.
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