BR112018015789B1

BR112018015789B1 - Método para fornecimento de gás de redução que contenha hidrogênio à parte da cuba de um alto forno

Info

Publication number: BR112018015789B1
Application number: BR112018015789-9A
Authority: BR
Inventors: Nobuaki Ito; Hitoshi DONOMAE; Kimihito Suzuki; Kenji Nakao; Toshio ISOHARA
Original assignee: Jfe Steel Corporation; Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.); Nisshin Steel Co., Ltd; Nippon Steel & Sumikin Engineering Co., Ltd.; Nippon Steel Corporation
Priority date: 2016-02-05
Filing date: 2016-02-05
Publication date: 2021-11-23
Also published as: EP3412780B1; FI3412780T3; KR102135521B1; KR20180109064A; US10961596B2; WO2017134829A1; CN108699612B; EP3412780A1; ES2978876T3; EP3412780A4; US20190032160A1; BR112018015789A2; CN108699612A

Abstract

a presente invenção refere a um método novo para fornecimento de um gás de redução à parte de um alto forno com o que uma grande quantidade de gás de redução contendo hidrogênio a uma alta concentração pode ser fornecido a uma posição mais profunda no alo forno (local do alto forno mais próximo do eixo central na direção radial) e com o que é possível reduzir a quantidade total gerada de co2 da quantidade de co2 que é reduzida conduzindo-se a fusão do hidrogênio no alto forno e da quantidade de co2 que é gerada durante a produção do gás de redução fornecido ao alto forno. o método para fornecer um gás de redução à parte de cubo de um alto forno de acordo com a presente invenção é caracterizado pela reforma do gás de forno de coque pelo aumento da sua temperatura até 1200 a 1800°c em um reator no qual um gás contendo oxigênio é fornecido ao gás de forno de coque preaquecido para gerar gás reformado no qual o gás hidrogênio é enriquecido; misturar gás reformado com um gás contendo co no reator de modo que a concentração de hidrogênio do gás de redução seja ajustada para 15 - 35% em volume (úmido) e fornecer o gás de redução resultante à parte de cubo do alto forno sob uma condição de que a razão da taxa de fluxo do gás de redução soprado na parte de cubo / taxa de fluxo de gás de redução soprado na ventaneira > 0,42.

Description

Campo

[001] A presente invenção refere-se a um método de fornecimen to de um gás de redução que contenha hidrogênio a uma parte da cuba de um alto forno em uma usina de produção de ferro visando cortar a quantidade de CO2 emitida pela usina de produção de ferro.

Antecedentes

[002] Como uma medida para lidar com o aquecimento global, o corte da quantidade de CO2 emitido juntamente com a produção industrial está sendo amplamente buscado. Como parte disso, cortar o CO2 emitido nas operações de produção de ferro que usam o método de alto forno, a técnica de produzir gás hidrogênio e fornecer o mesmo à parte da cuba do alto forno para assim reduzir o minério de ferro pelo hidrogênio e produzir ferro gusa (isto é, redução do alto forno pelo hidrogênio) e assim cortar a quantidade de uso de coque e outros materiais carbonáceos usados em ligação como materiais de redução e combustível no alto forno (entrada de carbono: quantidade de carbono carregada quando se produz 1 tonelada de gusa) está descrita nas NPTLs 1 e 2. Aqui, a razão porque o gás hidrogênio não é fornecido pela ventaneira do alto forno, mas pela parte da cuba é que a quantidade crítica de carvão em partículas capaz de ser fornecida é geralmente soprada pela ventaneira do alto forno. Se em adição a esse fornecimento de gás hidrogênio pela ventaneira a operação eficiente do alto forno, não apenas em termos de volume espacial, mas em volume térmico, for difícil, então é considerado ser vantajoso o fornecimento de hidrogênio da parte da cuba do alto forno onde há pouco oxigênio residual e há uma margem em termos térmicos.

[003] Como outro documento da técnica anterior relativo ao for- necimento de gás para um alto forno, podem ser mencionadas as PLTs 1 a 4 e a NPLT 3.

[004] A PLT 1 descreve a técnica de gás de reforma a vapor con tendoalcatrão e metano usando um catalisador de modo a produzir hidrogênio.

[005] A PTL 2 descreve a técnica de soprar um gás de redução contendo hidrogênio da parte da cuba de um alto forno que ajusta a razão das quantidades de minério de ferro e de coque carregada no alto forno na direção do diâmetro do forno de modo a obter uma redução e uma aeração adequada dentro do alto forno.

[006] A PTL 3 descreve a técnica de fornecer gás natural ou gás obtido pela oxidação parcial de COG (gás de forno de coque) refinado a partir da parte da cuba de um alto forno.

[007] A PLT 4 descreve a técnica de fornecer qualquer gás não redutor obtido fazendo-se a combustão completa do gás de alto forno etc. pelo ar, um gás de redução obtido aquecendo-se indiretamente o gás de alto forno, etc., ou um gás de redução com uma alta concentração de hidrogênio da ordem de 65% como gás preaquecido para a parte da cuba do alto forno.

[008] A NPTL 3 descreve o resultado de que mesmo em se for necendogás da parte da cuba de um alto forno em uma experiência usando-se um modelo de alto forno, o gás fornecido não alcança a parte central do alto forno.

Lista de Citações Literatura de Patente

[009] PTL 1 - Publicação de Patente Japonesa No. 2011-212552A

[010] PTL 2 - Publicação de Patente Japonesa No. 2013-185181A

[011] PTL 3 - Publicação de Patente Japonesa No. 37-8804B2

[012] PTL 4 - Publicação de Patente Japonesa No. 2009-221547A

Literatura de Não Patente

[013] NPL 1 - CAMPS-ISIJ, vol. 23 (2010), pp. 1025

[014] NPL 2 - CAMPS-ISIJ, vol. 25 (2012), pp. 886

[015] NPL 3 - CAMPS ISIJ, vol. 23 (2010), pp. 879

Sumário Problema técnico

[016] Como primeiro problema da técnica anterior, no estado da técnica relativa ao fornecimento de gás hidrogênio à parte da cuba de um alto forno, há o problema em particular da irregularidade da distribuição da taxa de redução do minério de ferro pelo gás hidrogênio dentro do alto forno.

[017] O problema será explicado especificamente.

[018] A principal reação de redução do minério de ferro dentro de um alto forno é aquela em que principalmente o gás CO reduz o óxido de ferro (minério de ferro) para produzir ferro metálico. Essa reação é uma reação exotérmica. Além disso, a quantidade de calor necessária para aquecer o minério de ferro ou redução direta do minério de ferro pelo carbono (reação endotérmica) é obtida pelo calor latente do gás fornecido pelas ventaneiras (gás fornecido pela ventaneira = ar etc.) e o calor da combustão quando se faz o coque ou o carvão dentro do alto forno queimar pelo sopro de gás da ventaneira (oxigênio, etc.). Além disso, a redução do óxido de ferro pelo gás hidrogênio é uma reação endotérmica. Portanto, fornecer apenas gás hidrogênio a partir da parte da cuba de um alto forno sem gás fornecido pela ventaneira para executar toda a redução do minério de ferro dentro do alto forno é impossível em relação ao calor. A quantidade de fornecimento de gás hidrogênio da parte da cuba é limitada a um valor suficientemente menor que a quantidade do gás fornecido pela ventaneira. Se for fornecida uma pequena quantidade de gás hidrogênio diretamente da parte da cuba de um alto forno, como descrito na NPLT 3, o gás soprado da cuba apenas aquece as paredes internas do alto forno. O minério de ferro é reduzido pelo hidrogênio apenas nessa região. Se a concentração de gás hidrogênio se torna excessiva na proximidade das paredes do forno, devido à redução pelo hidrogênio do minério de ferro, a temperatura do gás cairá rapidamente e a temperatura necessária para redução não poderá mais ser mantida, de modo a manter a concentração adequada de gás hidrogênio próximo às paredes do forno, a quantidadepossível de fornecimento de gás hidrogênio é apenas permitida ser um valor também menor que o limite superior acima. Portanto, há o problema de que devido à restrição da quantidade de fornecimento de gás hidrogênio, não é possível ajustar a razão de redução pelo hidrogênio dentro do alto forno para ser suficientemente alta.

[019] Além disso, como um segundo problema da técnica anteri or, há o problema do CO2 emitido no momento da produção do hidrogênio. Para fornecer um gás de redução contendo o hidrogênio necessário para a fusão pelo hidrogênio em um alto forno de forma barata e em grande quantidade, é necessário usar hidrocarbonetos como matéria-prima para produzi-lo. No método convencional para produção de um gás de redução (hidrogênio), há o problema do CO2 que permanece no gás de redução e grandes quantidades de CO2 que são emitidas juntamente com a combustão do combustível para fornecimento de calor, então se for totalizada a quantidade de CO2 cortada pela fusão do hidrogênio no alto forno e a quantidade de CO2 emitida no momento da produção do gás de redução fornecido ao alto forno, consequentemente a quantidade de emissão de CO2 aumenta e a fusão do hidrogênio executada para cortar o CO2 não funciona. Tais problemas na fusão do hidrogênio convencionalmente não foram reconhecidos e nenhuma contramedida foi tomada.

[020] Além disso, como terceiro problema da técnica anterior, há os problemas dos constituintes do gás de redução. Em relação ao for-necimento do gás de redução à parte da cuba de um alto forno, na técnica anterior, acreditou-se que era suficiente simplesmente conter hidrogênio em uma alta concentração, mas como resultados de investigações pelos inventores, aprendeu-se que para realmente fornecer gás ao cubo de um alto forno para continuar uniformemente a fusão do hidrogênio dentro do alto forno e o corte de CO2 emitido pelo alto forno,há severas restrições aos constituintes do gás de redução. Em muitas técnicas anteriores, foi proposto fornecer um gás de redução contendo uma grande quantidade de um tipo de gás inadequado explicado mais adiante para a parte da cuba de um alto forno. Com tal método, a operação se torna impossível por um curto período de tempo ou o CO2 emitido no alto forno não pode ser cortado.

[021] A presente invenção, em consideração da situação acima, tem como seu objetivo o fornecimento de um método novo para fornecer um gás de redução a uma parte da cuba de um alto forno com o que seja possível fornecer uma grande quantidade de gás de redução contendo uma alta concentração de hidrogênio a uma porção mais profunda dentro do alto forno (local do alto forno mais próximo do eixo central na direção radial) e com o que é possível cortar a quantidade total de emissão de CO2 da quantidade de CO2 cortada pela fusão do hidrogênio no alto forno e a quantidade de CO2 emitida no momento da produção do gás de redução e fornecida ao alto forno.

Solução para o problema

[022] A essência do método para fornecimento de gás de redu ção à parte da cuba de um alto forno de acordo com a presente invenção é como segue:

[023] Um método para fornecimento de um gás de redução con tendo hidrogênio a uma parte da cuba de um alto forno, o método compreendendo a produção de um gás de redução pelo aumento da temperatura dentro de um reator no qual um gás contendo oxigênio é fornecido a um gás de forno de coque preaquecido até 1200 a 1800°C para reformar o gás de forno de coque e assim produzir gás reformado enriquecido com gás hidrogênio, e então misturar o gás contendo CO com aquele gás reformado no reator para ajustar a concentração de hidrogênio para 15 a 35% em volume (úmido) e fornecer o gás de redução à parte da cuba do alto forno sob a condição de uma razão de taxa de fluxo de sopro do gás de redução à parte de fluxo/taxa de fluxo de sopro de um gás para a ventaneira > 0,42.

[024] O método para fornecimento de um gás de redução para uma parte da cuba de um alto forno de acordo com o item (1) acima onde o gás contendo oxigênio é gás oxigênio e o método de reforma do gás pelo aumento da temperatura no reator para 1200 a 1800°C é oxidação parcial do gás de forno de coque preaquecido.

[025] O método para fornecimento de gás de redução a uma par te da cuba de um alto forno de acordo com o item (1) acima, onde o gás contendo oxigênio é vapor produzido pela combustão de hidrocar- bonetos e o método de reforma do gás pelo aumento da temperatura no reator para 1200 a 1800°C é misturar o gás de combustão dos hi- drocarbonetos com o gás de forno de coque preaquecido.

[026] Como métodos mais específicos, por exemplo, há aqueles tais como os que seguem:

[027] O método de acordo com o item (1) acima também com preendendo:

[028] uma etapa de aumentar a pressão do gás de forno de co que,

[029] uma etapa de ajustar a taxa de fluxo do gás de forno de co que,

[030] uma etapa de pré-aquecer o gás de forno de coque, e

[031] uma etapa de aumentar a temperatura do gás de forno de coque preaquecido dentro do reator no qual o gás oxigênio é fornecido para 1200 a 1800°C e reformar o gás pela oxidação parcial para pro- duzir gás reformado enriquecido em gás hidrogênio, e então misturar naquele gás reformado o gás contendo CO no reator para ajustar a concentração de hidrogênio do gás reformado para 15 a 35% em volume (úmido) e a temperatura para 800 a 1000°C para produzir o gás hidrogênio de uso na reforma para fornecer à parte da cuba do alto forno.

[032] O método de acordo com o item (1) acima onde a concen tração de CO no gás contendo CO é de 50% em volume a menos de 99% em volume (seco), a concentração de CO2 é 0% em volume (seco) a menos de 1% em volume (seco), a concentração de H2 é 0% em volume (seco) a menos de 35% em volume (seco), e a concentração de N2 é 1% em volume (seco) a menos de 20% em volume (seco).

[033] O método de acordo com o item acima onde o gás conten do CO é gás de alto forno, gás conversor, ou gás de síntese tratado para remover CO2.

[034] O método de acordo com qualquer um dos itens acima on de o gás reformado enriquecido com hidrogênio contém um gás hidro- carboneto em uma quantidade de 1% a 5%.

[035] O método de acordo com qualquer um dos itens acima, on de a taxa de fluxo de fornecimento (mol/s) do gás oxigênio é 0,4 a menos de 0,5 vezes a taxa de fluxo de fornecimento (mol/s ) de átomos de carbono contidos nos hidrocarbonetos no gás de forno de coque.

[036] O método de acordo com qualquer um dos itens acima on de, como gás de forno de coque, é usado gás de forno de coque reformado obtido tratando-se gás de forno de coque bruto, obtido de um forno de coque fornecido com meios para reduzir a umidade no gás de forno de coque bruto emitido, em um forno de carbonização mantido a 700°C ou mais para decompor o gás de forno de coque bruto.

[037] O método de acordo com qualquer um dos itens acima on de a etapa de aumentar a pressão do gás de forno de coque e a etapa de ajustar a taxa de fluxo do gás de forno de coque são executadas nessa ordem antes da etapa de preaquecimento do gás de forno de coque.

[038] O método de acordo com o item (1) acima também com preendendo:

[039] uma etapa de passar o gás de forno de coque do forno de coque através de um forno de carbonização e decompor os hidrocar- bonetos no gás de forno de coque em coque e hidrogênio para assim, fazer a concentração de hidrogênio aumentar,

[040] uma etapa de remover o alcatrão e pelo menos parte da umidade no gás que passa através do forno de carbonização para produzir um primeiro gás reformado,

[041] uma etapa de aumentar a pressão do primeiro gás refor mado,

[042] uma etapa de pré-aquecer o primeiro gás reformado com pressão aumentada,

[043] uma etapa de fornecer o primeiro gás reformado preaque- cido a um equipamento de reforma de oxidação parcial e fornecer gás de combustão àquele equipamento de reforma de oxidação parcial para também reformar os hidrocarbonetos no primeiro gás reformado para fazer a concentração de hidrogênio aumentar para produzir um segundo gás reformado, e

[044] uma etapa de fornecer o segundo gás reformado de um porto de fornecimento de gás que leva para a parte da cuba do alto forno para o interior do alto forno.

[045] O método de acordo com o item acima também compreen dendo aumentar a pressão do primeiro gás reformado para pelo menos 0,2 MPa de pressão.

[046] O método de acordo com o item acima também compreen dendopré-aquecer o primeiro gás reformado até 800°C a 1000°C.

[047] O método de acordo com qualquer um dos itens acima também compreendendo fornecer gás de combustão ao equipamento de reforma de oxidação parcial por

[048] fornecimento do gás de combustão obtido pelo fornecimen to de gás oxigênio e gás inflamável a um queimador,

[049] fornecimento de gás oxigênio e gás inflamável ao equipa mento de reforma parcial para gerar gás de combustão no interior do equipamento de reforma de oxidação parcial e fornecer o mesmo, ou

[050] fornecer gás oxigênio para o interior do equipamento de reforma de oxidação parcial para fazer parte da queima do primeiro gás reformado queimado e fornecer o mesmo.

[051] O método de acordo com qualquer um dos itens acima , compreendendo também, antes do preaquecimento do primeiro gás reformado, mantendo temporariamente o gás de pressão aumentada em um detentor de gás e também aumentar a pressão do gás a partir desse detentor de gás.

[052] A seguir serão explicadas as características que caracteri zam a presente invenção.

Característica 1 da presente invenção

[053] Como descrito na NPTL 1, na técnica anterior, mesmo se fornecer COG reformado ou outro gás de redução contendo hidrogênio em uma alta concentração para a parte da cuba de um alto forno, o gás de redução fornecido acaba passando apenas próximo das paredes internas do alto forno. Por essa razão o gás de redução fornecido pode apenas reduzir o minério de ferro próximo às paredes internas do alto forno. Nesse estado, mesmo se for aumentada a quantidade de fornecimento de gás de redução (taxa de fluxo de fornecimento de gás hidrogênio), devido ao efeito do aumento na absorção de calor no momento da redução do minério de ferro não é possível manter a temperatura necessária para a reação de redução dentro do alto forno e há o problema do aumento no gás hidrogênio fornecido acabando sendo exaurido a partir do topo do alto forno sem ser usado para a fusão de hidrogênio. Isto é, o limite superior da taxa de fluxo de fornecimento de gás hidrogênio permitido na técnica anterior era baixo.

[054] Portanto, a presente invenção oxida parcialmente COG contendo uma alta concentração de gás hidrogênio, mistura o gás par-cialmente oxidado a alta temperatura com o gás de alto forno ou outro gás que contenha CO e que quase não contenha gás hidrogênio e em temperatura não alta (por exemplo, 300°C ou menos) para reduzir adequadamente a concentração do gás hidrogênio, e então aumenta a razão da taxa de fluxo do gás fornecido à parte da cuba para a taxa de fluxo do gás fornecido pela ventaneira (razão da taxa de fluxo no sopro do gás de redução/taxa de fluxo no sopro de um gás para a ventanei- ra) para assim cortar a quantidade de absorção de calor devido à redução do minério de ferro próximo às paredes internas do alto forno e fazer a capacidade térmica do gás de redução fornecido aumentar para permitir que o hidrogênio alcance uma parte mais profunda do alto forno próximo à parte central. Em particular, os inventores descobriram que, fazendo-se a razão da taxa de fluxo no sopro do gás de redu- ção/taxa de fluxo no sopro de um gás para a ventaneira > 0,42 e ajus-tando-se a concentração de gás hidrogênio no gás de redução para 15 a 35% em volume (úmido), é possível aumentar a taxa de fluxo do gás hidrogênio contido no gás de redução fornecido à parte da cuba de um alto forno comparado com a técnica anterior. Como resultado, na presente invenção, fazendo-se a razão de fusão do hidrogênio na redução do minério de ferro no alto forno aumentar, é possível cortar o CO2 exaurido do alto forno.

Característica 2 da presente invenção

[055] Os inventores aprenderam, como resultado de suas investi gações, que há as restrições a seguir para os constituintes pretendidos a partir do gás de redução fornecido à parte da cuba de um alto forno para uso em fusão de hidrogênio.

[056] Uma primeira restrição é que o metano e outros hidrocar- bonetos têm que ser 2,5% em volume ou menos. Isto é porque à temperatura da parte da cuba de um alto forno, parte de tais hidrocarbone- tos se decomporá pelo calor e produzirá carbono sólido (coque). Se a concentração do fornecimento de hidrocarbonetos for excessiva, o coque depositará nos espaços entre o material carregado no alto forno e entupirá os canais dando origem ao problema de dificultar a continuação da operação do forno.

[057] Uma segunda restrição é que quase nenhum CO2 deve es tar contido. Isto é porque a maioria do CO2 fornecido à parte da cuba do alto forno é exaurido no seu estado pelo topo do alto forno sem ser usado para uma reação dentro do alto forno, com o que a quantidade de CO2 exaurida do alto forno é feita aumentar diretamente.

[058] Uma terceira restrição é que é necessário que a concentra ção de vapor seja suficientemente pequena (por exemplo, 10% em volume ou menos). Isto é porque, na parte da cuba de um alto forno, o vapor é uma substância que pode oxidar o CO dentro do alto forno e emitir CO2 e a maioria do mesmo não é usada para qualquer reação dentro do alto forno, então se a quantidade de fornecimento tiver uma concentração excessivamente alta, a concentração da substância de redução no gás de redução (H2 ou CO) é diminuída e a velocidade da reação de redução do minério de ferro no alto forno é diminuída.

[059] Similarmente, do ponto de vista de não provocar uma que da na concentração da substância de redução no gás de redução, a concentração de gás nitrogênio ou outras substâncias que não reagem muito na parte da cuba de um alto forno se tornar excessivamente alta (por exemplo, 20% ou mais) deve também ser evitado.

[060] Na técnica anterior, por exemplo, foi proposto fornecer dire- tamente COG à parte da cuba de um alto forno, mas o COG geralmentecontém cerca de 30% de gás metano, então, devido à primeira restrição acima, tal gás não é um constituinte adequado como gás de redução a ser fornecido à parte da cuba de um alto forno.

[061] Além disso, usando-se gás obtido pelo gás natural de re forma de vapor ou COG como gás de redução, a adição de uma grande quantidade de vapor seria inevitável (ou em um forno de coque comum, o COG bruto contém inerentemente uma grande quantidade de 10% ou mais de vapor), então o gás reformado conteria, por exemplo, uma grande quantidade de 20% ou mais de CO2 e 50% ou mais de vapor. Tal gás não é adequado em vista das segunda e terceira restrições acima.

[062] Além disso, na técnica anterior de adicionar oxigênio a uma matéria-prima de nafta ou gás natural ou outros hidrocarbonetos a uma temperatura comum ou preaquecido até uma temperatura relativamente baixa (por exemplo, 300°C) e também fornecer o gás parcialmente oxidado à parte da cuba de um alto forno, a prática geral é adicionar simultaneamente vapor para promover a reforma dos hidro- carbonetos, então isto não é adequado devido à terceira restrição acima. Mesmo se não se usar vapor, é necessário adicionar uma grande quantidade de gás oxigênio (por exemplo, O2/C = 0,7) de modo a aumentar a temperatura do gás matéria-prima até uma temperatura suficiente para a oxidação. A esse respeito, em tal reação de oxidação parcial de hidrocarbonetos, não incluir hidrocarbonetos mas incluir apenas CO como um óxido é a condição de operação ideal do ponto de vista das condições restritivas acima para os constituintes. A condição específica é O2/C = 0,5. Na técnica anterior acima, a reação de oxidação parcial se torna aquela sob a condição de oxigênio em excesso (isto é, O2/C > 0,5), de modo que no momento da oxidação parcial,vários % a 10% ou mais de CO2 são gerados, então isto não é adequado a partir da segunda ou terceira restrição acima. Na técnica anterior, para cortar o CO2 emitido na oxidação parcial, é almejado ajustar a temperatura da reação para ser mais alta e operar em uma região de temperaturas onde o CO2 não possa ser emitido em um estado de equilíbrio. Entretanto, para isso, no passado, foi empregado o método de aumentar a quantidade de fornecimento de O2 para fazer a temperatura aumentar, então a quantidade de fornecimento de O2 se tornou também excessiva. Como resultado, o oxigênio excessivo formou não CO2, mas formou H2O resultando na emissão de uma grande quantidade de H2O, então O2 não é um constituinte adequado pela terceirarestrição.

[063] Na presente invenção, COG é parcialmente oxidado para cortar os hidrocarbonetos no COG. Nesse momento, para suprimir a emissão de CO2 e de H2O, O2/C é mais cortado do que na técnica anterior. Em particular, executando-se a oxidação parcial sob condições de menos oxigênio que a razão ideal de O2/C acima (0,5), é possível evitar a emissão de CO2. Sob tal condição de oxidação parcial, a quantidade de O2 adicionada é relativamente pequena, então a quantidade de aumento da temperatura devido ao calor da equação de oxidação parcial é menor que na técnica anterior, a temperatura capaz de ser alcançada após a oxidação parcial se torna mais baixa que na técnica anterior, e os hidrocarbonetos no COG não podem ser completamente decompostos. Entretanto, na presente invenção, os inventores descobriram que as primeira a terceira restrições acima podem ser satisfeitas operando-se sob condições que combinem as condições de fazer a razão O2/C ser uma razão de 0,4 a menos que 0,5, fazer a temperatura de preaquecimento do COG ser uma temperatura muito maior que a da técnica anterior de 800 a 1000°C, não adicionar vapor no momento da oxidação parcial, misturar o gás a alta temperatura obtido pela oxidaçãoparcial do COG com um gás contendo CO a uma temperatura não alta, e mais preferivelmente usando-se COG reformado obtido por decomposição e reforma pela carbonização em forno do COG bruto a alta temperatura exaurido como COG de um forno de coque fornecido com meios para redução da umidade.

[064] À temperatura da reação de oxidação parcial ou mais, fa zendo-se a razão O2/C na oxidação parcial ser 0,4 a menos de 0,5 , é possível decompor cerca de 80% ou mais dos hidrocarbonetos inicialmente contidos no COG. Além disso, usando-se o COG reformado acima, a concentração de hidrocarbonetos no COG inicial é diluída pelo H2 ou pelo gás CO emitido pela operação de decomposição e reforma e é possível reduzir grandemente a concentração de hidrocarbone- tos no gás de matéria-prima da oxidação parcial. Além disso, pela não adição de vapor no momento da oxidação parcial, é possível evitar a inclusão de H2O em excesso no gás de redução. Misturando-se o gás a alta temperatura obtido pela oxidação parcial do COG assim obtido com o gás contendo CO a temperatura não alta, é possível reduzir grandemente a concentração de hidrocarbonetos que permanecem no gás parcialmente oxidado. Em relação ao ponto de quantidade insuficiente de aumento de temperatura devido ao calor da reação de oxidaçãoparcial, a quantidade mínima de preaquecimento é executada de modo a obter a temperatura limite inferior sob condições em que a temperatura da reação de reforma possa ser mantida durante a reação de reforma do vapor (reação endotérmica) onde a temperatura de pico no momento da oxidação parcial pode continuar após a oxidação parcial. Os inventores descobriram, como resultado de suas investigações, que é adequado pré-aquecer a 800 a 1000°C sob a condição de O2/C acima.

[065] De acordo com a presente invenção, minimizando-se o CO2 e o H2O usados como gases de redução fornecidos à parte da cuba de um alto forno tornando-se a razão O2/C uma região em que o oxigênio é estequiometricamente insuficiente (isto é, O2/C < 0,5) ou executando-se a reação de reforma após a oxidação parcial na região de temperatura de reação de desequilíbrio (isto é, por uma temperatura média durante a reação de reforma menor que a passada), inicialmente tornou-se possível produzir os constituintes necessários por um processoúnico. Em oposição a isso, na técnica anterior, a orientação é na direção da decomposição completa dos hidrocarbonetos por oxidação parcial. Seria difícil para uma pessoa versada na técnica ter concebido um método para produzir um gás de redução como na presente invenção.

[066] Além disso, H2O e CO2 em princípio podem ser removidos após a oxidação parcial, mas são necessárias etapas adicionais que inevitavelmente consomem grandes quantidade de energia (isto é, que emitem grandes quantidades de CO2). Isto não é preferível do ponto de vista de redução das emissões de CO2.

Característica 3 da presente invenção

[067] Na presente invenção, gás de redução das condições de constituintes, temperatura, e pressão adequadas como o gás de redução acima para fornecimento da parte da cuba de um alto forno pode ser produzido sob condições que permitam que a quantidade total de CO2 da quantidade de CO2 cortada pela fusão do hidrogênio no alto forno e a quantidade de CO2 emitida no momento da produção do gás de redução sejam cortadas.

[068] Na técnica anterior, a quantidade total de CO2 da quantida de de CO2 cortada pela fusão do hidrogênio no alto forno e a quantidade de CO2 emitida no momento da produção do gás de redução não foi considerada. Que tipo de processo usar para permitir que a quantidade total de CO2 acima emitida seja cortada não foi conhecido. Por essa razão, a técnica de fusão do hidrogênio nos altos fornos convencionais que fornecem gás de redução à parte da cuba de um alto forno não foi capaz de cortar a quantidade total acima de CO2 emitido.

[069] Como método de avaliação da quantidade total acima de CO2 emitido, ΔCO2 pode ser usado. ΔCO2 é a razão da taxa de fluxo de volume de CO2 e a taxa de fluxo do volume de H2. Na fusão do hidrogênio de um alto forno, a taxa de fluxo de volume de CO2 é a quantidade de CO2 emitida cortada pela fusão do hidrogênio (sinal negativo), enquanto a taxa de fluxo de volume de H2 é a taxa de fluxo de H2 no gás de redução fornecido (sinal positivo). Na produção do gás de redução, a taxa de fluxo de volume de CO2 é o total da taxa de fluxo de hidrogênio que permanece no gás de redução e a taxa de fluxo de CO2 emitido como constituinte do gás de combustão no caso de con-versão da energia térmica necessária no momento da produção do gás de redução para o calor de combustão do gás natural (gás natural é considerado ser o mais baixo na quantidade de CO2 emitida por quantidade de calor emitida nos combustíveis hidrocarbonetos indus- triais)(sinal positivo), enquanto a taxa de fluxo de volume de H2 é a taxa de fluxo de H2 no gás de redução fornecido (sinal positivo). É conhecido dos resultados dos testes na fusão do hidrogênio que ΔCO2 em um alto forno é de cerca de -0,16. Além disso, a menos que especificado de forma diferente, a "taxa de fluxo de volume" nesta descrição é a taxa convertida para o estado padrão de gás.

[070] Na presente invenção, a H2O da fonte de emissão de CO2 é removida tanto quanto possível no momento de reformar o COG, então usando-se COG bruto emitido usando-se um forno de coque fornecido com meios para redução da umidade e decomposição pincipal- mente do alcatrão nesse COG bruto em um forno de carbonização sem adição de vapor, é possível produzir COG reformado com pequena concentração de CO2 e H2O. Juntamente com isso, uma vez que o COG bruto decompõe pelo calor enquanto em alta temperatura, o calor para aumentar a temperatura do gás matéria-prima é desnecessá- rio e uma grande quantidade de calor da reação tal como uma reação de reforma de vapor não é necessária, então a quantidade de CO2 emitida no momento da produção do COG reformado é uma quantidade pequena de menos que uma fração da reforma do vapor ou outros métodos anteriores. Além disso, em relação ao gás oxigênio de outras fontes de emissão de CO2, fazendo-se a taxa de fluxo de fornecimento no momento da oxidação parcial ter a menor extensão, é possível minimizar a concentração de CO2 no gás após a oxidação parcial, então a energia exigida no momento da produção do O2 fornecido é também pequena e o gás de redução produzido pode ser fornecido ao alto forno no estado da alta temperatura, então a energia para reaquecimento também não é necessária. Portanto, mesmo se for considerado o aumento no CO2 emitido devido ao preaquecimento do gás matéria-prima até uma temperatura um tanto alta no momento da oxidação parcial, a quantidade de CO2 emitida devido à produção do gás de redução usando-se esse COG reformado como matéria-prima é muito menor que a do método convencional. Por exemplo, o ΔCO2 típico na presente invenção é 0,1 ou menos. É, portanto, possível cortar a quantidade de CO2 emitida totalizada com a quantidade de CO2 cortada pela fusão do hidrogênio no alto forno.

[071] Por outro lado, por exemplo, usando-se gás natural ou va por COG reformado como gás de redução, não apenas os constituintes não são inerentemente adequados, mas também a quantidade de CO2 emitida se torna excessiva, de modo que o resultado não possa ser usado como gás de redução. Em um exemplo típico calculado pelos inventores, o ΔCO2 foi extremamente grande da ordem de 0,7 e o CO2 emitido no momento da produção do gás de redução excedeu o valor absoluto do efeito de cortar o CO2 devido à fusão do hidrogênio no alto forno (ΔCO2 = -0,16), então mesmo se se usar gás de redução, não é possível cortar a quantidade total de CO2 emitida.

Efeitos vantajosos da invenção

[072] De acordo com a presente invenção, é possível fornecer gás hidrogênio para uso em redução até uma posição mais profunda dentro de um alto forno (localização do alto forno mais próxima do eixo central na direção radial) e assim tornar possível resolver o problema da distribuição irregular da taxa de redução de minério de ferro em um alto forno usando-se gás hidrogênio, então é possível fornecer uma maior quantidade de gás hidrogênio ao alto forno como matéria-prima para uso em fusão de hidrogênio e, como resultado, é possível cortar o CO2 emitido no alto forno. Além disso, é possível produzir o gás de redução pelos constituintes, temperatura e pressão adequados como gás de redução para uso na fusão do hidrogênio fornecido à parte da cuba de um alto forno. Além disso, é possível cortar o CO2 emitido na produção do gás de redução que contenha gás hidrogênio. Como resultado, é possível cortar a quantidade total de CO2 da quantidade de CO2 emitida para ser cortada no alto forno e a quantidade de CO2 emitida quando se produz o gás de redução.

Breve descrição dos desenhos

[073] A Figura 1 é um gráfico para explicar a relação entre a ra zão de uma taxa de fluxo de sopro de gás para a parte da cuba de um alto forno e um valor limite superior da concentração de H2 que flui na parte da cuba de um alto forno.

[074] A Figura 2 é um gráfico para explicar a faixa da razão de fluxo do sopro de gás para a parte da cuba de um alto forno adequado para a operação do alto forno.

[075] A Figura 3 é uma vista para explicar as condições restritivas na concentração de H2 que flui na parte da cuba de um alto forno.

[076] A Figura 4 é uma vista esquemática para explicar uma pri meira modalidade de produção de gás de redução usada na presente invenção.

[077] A Figura 5 é uma vista esquemática para explicar uma se gunda modalidade de produção de gás de redução usada na presente invenção.

[078] A Figura 6 é uma vista esquemática para explicar uma ter ceira modalidade de produção de gás de redução usada na presente invenção.

Descrição de modalidades

[079] Na presente invenção, o gás de redução ajustado para uma concentração de hidrogênio de 15 a 35% em volume (úmido) é fornecido à parte da cuba de um alto forno sob a condição de uma razão de taxa de fluxo no sopro do gás de redução para a parte da cuba/taxa de fluxo no sopro de um gás para a ventaneira > 0,42. Como gás de redução fornecido à parte da cuba, é preferível usar gás obtido pelo tratamento térmico de gás de forno de coque para reformá-lo e produzir gás com baixa concentração de CO e alta concentração de H2 e diluí- lo para ajustar a concentração de hidrogênio.

[080] Aqui o processo executado pelos inventores para aperfei çoar a presente invenção será explicado em breve.

[081] O gás de redução contendo hidrogênio ajustado para uma temperatura adequada como um gás de redução a ser fornecido à parte da cuba de um alto forno (na explicação a seguir, algumas vezes referido simplesmente como "gás de redução") é fornecido à parte da cuba de um alto forno (parte configurada fornecendo-se uma pluralidade de perfurações em torno do cubo do alto forno e fornecendo-se gás de redução ali). Para a estrutura e o material da parte da cuba de um alto forno, podem ser aplicados aqueles da técnica anterior.

[082] Constituintes do gás de redução e método de cálculo da temperatura

Reação de Reforma

[083] A reação de reforma base para obtenção do gás de redu- ção usado na presente invenção é como segue se se tomar o exemplo do metano como hidrocarboneto da matéria-prima;

[084] Reação da reforma do vapor:

[085] Reação de reforma da decomposição do calor:

[086] Reação da reforma da oxidação parcial:

[087] Além disso, usando-se o gás de forno de coque como ma téria-prima, a reação de oxidação parcial da fórmula 3 é geralmente feita a reação geral na qual a reação da fórmula 1 continua após a seguinte reação:

[088] Combustão do gás hidrogênio:

(fórmu la 4)

[089] Em adição a isso, como a principal reação na qual o gás hidrogênio é aumentado e diminuído, há o seguinte:

[090] Reação de mudança aquosa:

(fór mula 5)

[091] O carbono sólido gerado na reação de reforma da decom posição de calor é principalmente coque. Este contém algum hidrogênio em adição ao carbono, então o lado direito da reação de reforma da decomposição de calor rigorosamente falando é "CnHm (carbono sólido"), mas em geral n>m, então, para simplificação da explicação, é usada a expressão da fórmula 2.

Composição do gás reformado no momento da reação da reforma de oxidação parcial

[092] O gás pode ser amostrado no lado de saída do equipamen to de oxidação parcial e sua composição pode ser descoberta usando- se cromatografia a gás, etc. Aqui, a taxa de decomposição do hidro- carboneto (por exemplo, metano) é definida como a razão da taxa de fluxo de volume dos hidrocarbonetos contidos no gás após a oxidação parcial (convertido para o estado padrão) para a taxa de fluxo de volume dos hidrocarbonetos contidos no gás matéria-prima (convertido para o estado padrão). Por exemplo, "taxa de decomposição do metano 70%" significa 30% do metano presente no gás matéria-prima permanece no gás reformado.

[093] É sabido que os constituintes do gás obtido por uma reação de reforma de oxidação parcial ou reação de reforma de vapor (sem catalisador) de hidrocarbonetos sob condições que excedam grandemente 1000°C estão próximas da composição de equilíbrio da temperatura final da reação (substancialmente a temperatura do lado de saída do reator) se for fornecido um tempo de residência suficiente do gás no reator. Portanto, calculando-se o equilíbrio dos constituintes, é possível avaliar a performance da reforma da reação de oxidação parcial e da reação de reforma do vapor (sem catalisador) sob condições que excedam grandemente 1000°C. Além disso, um par termelétrico ou outro termômetro é fornecido dentro do equipamento de oxidação parcial para medir a temperatura de pico.

2) Método de avaliação do efeito do sopro de gás reduzido no cubo do alto forno

[094] Um teste foi executado soprando-se gás hidrogênio no cu bo do alto forno de um alto forno de teste. Para reproduzir os resultados, foi executada uma simulação numérica do fluxo de gás dentro do alto forno. Essa simulação foi usada para calcular e avaliar o fluxo de gás dentro do alto forno sob várias condições de sopro.

Método de simulação

[095] Uma simulação numérica foi executada simulando-se as dimensões e a forma de um alto forno de teste. Essa é uma técnica de solução direta pelo ajuste das equações discretas de movimentação e da equação de energia de um fluido. Com essa técnica, é possível ajustar individualmente as condições para fornecimento de gás à ven- taneira do alto forno e as condições para fornecimento de gás à parte da cuba de um alto forno. No alto forno de teste, como descrito na PTL 2, foi confirmado o fenômeno de o gás soprado na parte da cuba cresce apenas próximo às paredes do forno. Para reproduzir esse fluxo, foram ajustados vários parâmetros para garantir a precisão da simulação numérica.

[096] A taxa de fluxo de gás hidrogênio para fornecimento à parte da cuba/taxa de fluxo de gás para fornecimento às ventaneiras foi simulada sob várias condições e a profundidade do alto forno alcançada pelo hidrogênio foi fornecida à parte da cuba e foi descoberta a distribuição da concentração do gás hidrogênio fornecido à parte da cuba em um alto forno.

3) Comportamento do gás de redução dentro do alto forno

[097] O limite superior da taxa de fluxo de gás contendo H2 (COG reformado, etc.) soprado na parte de cunho de um alto forno no alto forno de teste é definido pela quantidade de queda da temperatura local que acompanha a redução (reação endotérmica) em um certo local dentro do alto forno (próximo às paredes do forno) devido à redução de H2. Se se soprar o gás por mais que o valor limite da taxa de fluxo de entrada (taxa de fluxo de gás soprado no cubo), a concentração de H2 em um certo local se tornará excessiva e a temperatura que permite a redução não será mais capaz de ser mantida ali, então a redução de H2 será interrompida e o efeito da redução da entrada de carbono (efeito de redução da quantidade de entrada de carbono quando se produz 1 t de ferro gusa - este sendo um fator importante nas medidas contra o aquecimento global) não será mais melhorado. Além disso, nesse momento, a maioria do H2 fornecido à parte da cuba é descarregada como desperdício pelo topo do alto forno sem participar em qualquer reação. Nos testes no alto forno de teste, em testes onde o efeito da redução da entrada de carbono pode ser observado suficientemente devido ao efeito da redução do hidrogênio dentro do alto forno,é concebível que a concentração de H2 em um certo local não foi excessiva, então a concentração de H2 em um certo local em condições que resultam na taxa de fluxo máxima do gás soprado no cubo de um alto forno entre tais condições de teste pode ser definida como o valor limite superior da concentração de H2 na parte da cuba em um certo local. A medição dentro do alto forno é difícil, então o limite superior da concentração de H2 não pode ser medido diretamente, então a concentração média de H2 em uma região predeterminada na região próxima às paredes do forno de uma região onde o gás H2 no gás de redução fornecido pela parte da cuba passa quando se fornece o gás de redução para fornecer para a parte da cuba de um alto forno é calculado a partir dos resultados de uma simulação numérica do fluxo dentro do alto forno reproduzindo o teste sob a condição máxima da taxa de fluxo de entrada. O valor dessa concentração média de H2 pode ser feito o valor limite superior da concentração de H2 na parte da cuba. Como a região predeterminada para obter uma média da concentração de H2 próximo às paredes do forno, por exemplo, fora em 95% do diâmetro interno do alto forno é possível. Como resultado da execução da simulação acima com base nos resultados no alto forno de teste, foi descoberto que o valor limite superior da concentração de H2 na parte da cuba é 35%. A concentração de H2 na entrada de gás (concentração de entrada de H2) pode mudar de várias formas devido às diferenças no gás de matéria-prima, etc., mas como um indicador para manter uma boa reação de redução de H2 em um alto forno, como explicado acima, foi descoberto que é suficiente ajustar as condições de operação de modo que o limite superior da concentração de H2 na parte da cuba se torna 35% ou menos. Isto é, se o valor limite superior da concentração de H2 na parte da cuba ou menos dentro do alto forno, pode ser considerado que a reação endotérmica no momento da redução do hidrogênio não é excessiva e que a redução de hidrogênio está prosseguindo naquele local.

[098] A concentração de gás de redução dentro do alto forno quando se faz a taxa de fluxo do gás hidrogênio (gás de redução) para fornecimento à parte da cuba do alto forno aumentar mais pode ser descoberta por uma simulação numérica similar. Se se usar o valor de cálculo da concentração de gás de redução nessa região próximo às paredes do forno de modo a ajustar a concentração de H2 no gás de redução de modo que a concentração média de H2 na região acima próxima às paredes do forno (no momento correspondente à taxa de fluxo de gás de redução fornecido ao alto forno de teste) se torna não mais que o valor limite superior da concentração de H2 na parte da cuba, a redução do hidrogênio no alto forno se torna possível (isto é porque na parte mais profunda do alto forno a concentração de H2 cai na região próxima às paredes do forno, então o efeito da reação endo- térmica no momento da redução do hidrogênio se torna menor). Nesse momento o valor limite superior da taxa de fluxo de fornecimento de H2 no gás de redução para a parte da cuba do alto forno pode ser descoberto por:

[099] [Valor limite superior de concentração de H2 no gás de re dução (valor limite superior de concentração de entrada de H2)] x [Taxa de fluxo de fornecimento de gás de redução (gás de entrada)].

[0100] Mesmo se a concentração permitida de H2 na parte da cuba for constante, o valor limite superior da concentração de entrada de H2 mudará dependendo da taxa de fluxo do gás de redução. A relação do valor limite superior da concentração do fluxo de entrada de H2 (valor limite superior da concentração de H2 no gás de redução) para a razão das taxas de fluxo das operações de sopro (=[taxa de fluxo do gás que flui para dentro (soprado na cuba)]/[taxa de fluxo do gás soprado nas ventaneiras]) será explicada usando-se a Figura 1. Na figura, a bola preta é o ponto de teste, no teste de fornecimento de COG reformado independentemente para a parte da cuba no alto forno de teste, mostrando a concentração do fluxo de entrada de H2 do limite superior possível sob a condição de taxa máxima de fluxo do sopro de gás para o cubo (na figura, o "VALOR LIMITE SUPERIOR DA RAZÃO DAS TAXAS DE FLUXO DAS OPERAÇÕES DE SOPRO COM COG REFORMADO APENAS"). Na figura, a curva do valor limite superior da concentração de fluxo de entrada de H2 passa através desse ponto de teste. O gás hidrogênio fornecido (gás de redução) soprado no alto forno a partir da parte da cuba é rapidamente misturado com o fluxo ascendente derivado do gás soprado a partir da ventaneira na região próximaàs paredes do alto forno resultando na falha da concentração de H2 em comparação com aquela no fluxo de entrada de gás. Em geral, se se fizer a taxa de fluxo de gás de redução que contém H2 soprado a partir da parte da cuba (taxa de fluxo de entrada de gás) aumentar, esse efeito de mistura é reduzido e a concentração de H2 próximo às superfícies das paredes aumenta. Por essa razão, para obter a concentração permitida de H2 na parte da cuba ou menos, é necessário também diminuir a concentração de H2 no gás de entrada. O valor limite superior da concentração de entrada de H2 cai. Por essa razão, se se fornecer à parte da cuba gás apenas parcialmente oxidado ou reformado de COG reformado ou COG refinado, no qual o valor da con-centração de H2 é substancialmente fixo, não é possível fazer a taxa de fluxo do gás de entrada aumentar até pelo menos a condição no alto forno de teste. Para fazer a taxa de fluxo de entrada de gás aumentar mais que isso, é necessário diluir o gás reformado para diminuir a concentração de H2 no gás de entrada. Na Figura 1, o valor limite superior da concentração de entrada de H2 cai juntamente com o aumento na taxa de fluxo de gás soprado na parte da cuba (aumento da razão das taxas de fluxo das operações de sopro e gradativamente se aproxima do valor limite superior da concentração de H2 na parte da cuba (35%). Esse valor aproximado gradativamente (35%) do valor limite superior da concentração do fluxo de entrada de H2 será chamado de "valor limite superior crítico da concentração do fluxo de entrada de H2". Se a razão das taxas de fluxo das operações de sopro for particularmente grande, o gás de redução próximo às paredes do forno do alto forno não será diluído de todo pelo gás soprado na ventaneira, de modo que o valor limite da concentração de H2 na parte da cuba se tornará o valor limite superior da concentração da entrada de H2 como está (valor limite superior crítico da concentração de fluxo de entrada de H2). Além disso, se houverem circunstâncias especiais tais como conveniências no trabalho, a concentração de H2 no fluxo de entrada de gás pode ser feita ser uma concentração menor que o valor limite superior.

[0101] Como mostrado na Figura 2, a razão das taxas de fluxo das operações de sopro é feita aumentar para assim fazer a área de seção transversal da passagem no alto forno no fluxo de entrada de gás fornecido a partir do cubo aumentar mais. Isto é, é possível fazer o gás de redução alcançar um local mais profundo dentro do alto forno (mais próximo do eixo central do alto forno). Entretanto, há restrições nas operações do alto forno na razão das taxas de fluxo de operações de sopro. Se se soprar o gás de redução a partir da parte da cuba, do ponto de vista de uniformidade da reação de redução do hidrogênio dentro do alto forno, a área de seção transversal da passagem do gás de redução (plano horizontal) é preferivelmente pelo menos 50% da área de seção transversal do alto forno (plano horizontal)(ver Figura 2, "VALOR LIMITE INFERIOR DA RAZÃO DAS TAXAS DE FLUXO DE OPERAÇÕES DE SOPRO PREFERÍVEIS EM OPERAÇÃO DE ALTO FORNO"). De fato, mesmo com uma razão de taxas de fluxo de ope- rações de sopro abaixo disso tais como no alto forno de teste, a operação do alto forno não é impossível, mas se a região de redução do hidrogênio permanece em um certo local próximo às paredes do forno, a diferença na distribuição de temperaturas no forno aumentará. Isto não é preferível do ponto de vista da estabilidade das operações. A área de seção transversal da passagem do fluxo de entrada de gás é descoberta a partir dos resultados da simulação numérica mencionada acima e foi definida como a região de concentração de fluxo de entrada de gás de 10% ou mais na extremidade superior do material carregado no alto forno. Por outro lado, do ponto de vista da estabilidade da operação, a razão da taxa de fluxo do fluxo de entrada de gás a partir da parte da cuba e a taxa de fluxo do gás soprado na ventaneira (razão das taxas de fluxo das operações de sopro) tem que ser 1 ou menos (ver "VALOR LIMITE SUPERIOR DA RAZÃO DAS TAXAS DE FLUXO DAS OPERAÇÕES DE SOPRO DEVIDO ÀS RESTRIÇÕES NA OPERAÇÃO DO ALTO FORNO" na Figura 2). Isto é porque se a razão das taxas de fluxo das operações de sopro forem maiores que isso, a quantidade de calor fornecida devido ao gás fornecido a partir da ventaneira se torna insuficiente e a operação do alto forno se torna instável. Portanto, a região na Figura 2 entre o "VALOR LIMITE INFERIOR DA RAZÃO DE TAXAS DE FLUXO DAS OPERAÇÕES DE SOPROPREFERÍVEIS NA OPERAÇÃO DO ALTO FORNO" e o "VALOR LIMITE SUPERIOR DA RAZÃO DE TAXAS DE FLUXO DAS OPERAÇÕES DE SOPRO DEVIDO ÀS RESTRIÇÕES NA OPERAÇÃO DO ALTO FORNO"é a faixa de razão de taxas de fluxo de operações de sopro adequada na operação do alto forno. Além disso, o "VALOR LIMITE SUPERIOR DA RAZÃIO DAS TAXAS DE FLUXO DAS OPERAÇÕES DE SOPRO COM COG REFORMADO APENAS" na Figura 2 mostra o valor limite superior da taxa de fluxo do fluxo de entrada de gás na técnica anterior (resultados dos testes de sopro de COG refor- mado na parte da cuba do alto forno - correspondente ao ponto de teste na Figura 1) e não é necessariamente uma condição adequada na operação do alto forno.

[0102] Além disso, em termos do objetivo da presente invenção, é vantajoso aumentar a taxa de fluxo de H2 fornecido à parte da cuba de um alto forno. A partir desse ponto de vista, há outra condição restritiva na concentração do fluxo de entrada de H2. Esta condição restritiva será explicada usando-se a Figura 3. Juntamente com o aumento da razão das taxas de fluxo das operações de sopro (razão da taxa de fluxo do gás que fui a partir da parte da cuba e a taxa de fluxo de gás soprado pelas ventaneiras), a taxa de fluxo de H2 capaz de ser fornecida a partir da parte da cuba para o interior do alto forno juntamente com o gás de entrada (valor limite superior da taxa de fluxo do fluxo de entrada de H2) aumenta (ver curva de "TEMPO DO LIMITE SUPERIOR DA CONCENTRAÇÃO DO FLUXO DE ENTRADA DE H2" na Figura 3). Entretanto, quando se aumenta a taxa de fluxo da entrada de gás a partir das condições do gás de entrada do gás reformado contendo uma alta concentração de H2 (COG reformado ou gás reformado com oxidação parcial do COG, etc.) apenas, como mostrado na Figura 1, próximo ao "VALOR LIMITE SUPERIOR DA RAZÃO DAS TAXAS DE FLUXO DAS OPERAÇÕES DE SOPRO COM COG REFORMADO APENAS", o valor limite superior permitido da concentração do fluxo de entrada de H2 cai rapidamente cancelando a maioria do efeito de aumentar o valor limite superior da taxa de fluxo do fluxo de entrada de H2 devido ao aumento na taxa de fluxo do fluxo de entrada de gás, então próximo o "VALOR LIMITE SUPERIOR DA RAZÃO DE TAXAS DE FLUXO DE OPERAÇÕES DE SOPRO COM COG REFORMADO APENAS", mesmo se se aumentar a razão das taxas de fluxo das operações de sopro, o aumento do limite superior das taxas de fluxo do fluxo de entrada de H2 é mantido a um efeito leve. Além disso, a área próxima a "VALOR LIMITE SUPERIOR DA RAZÃO DAS TAXAS DE FLUXO DAS OPERAÇÕES DE SOPRO COM COG REFORMADO APENAS"é menor que "VALOR LIMITE INFERIOR DA RAZÃO DE TAXAS DE FLUXO DAS OPERAÇÕES DE SOPRO PREFERÍVEIS EM OPERAÇÕES DE ALTO FORNO" mostradas na Figura 2 e não é uma faixa adequada de condições de operação. Dessa forma, próximo ao "VALOR LIMITE SUPERIOR DA RAZÃO DAS TAXAS DE FLUXO DAS OPERAÇÕES DE SOPRO COM COG REFORMADO APENAS", uma concentração de fluxo de entrada de H2 de alto valor de concentração de H2 (valor excedendo muito o valor limite superior crítico da concentração do fluxo de entrada de H2 (35%)) é possível, mas a operação nessa região não é preferível. Por outro lado, como explicado acima, se for uma concentração de fluxo de entrada de H2 de não mais que 35% do valor limite superior crítico da concentração do fluxo de entrada de H2, isto pode ser aplicado sem impedir a operação do alto forno na "FAIXA DA RAZÃO DE TAXAS DE FLUXO DAS OPERAÇÕES DE SOPRO ADEQUADAS NA OPERAÇÃO DE ALTO FORNO". Quando se faz o valor limite superior crítico da concentração do fluxo de entrada de H2 (35%) ser a concentração do fluxo de entrada de H2 ("TEMPO DE CONCENTRAÇÃO DE 35% DO FLUXO DE EN-TRADA DE H2" na figura), a taxa de fluxo do fluxo de entrada de H2 na maioria da região da "FAIXA DA RAZÃO DE TAXAS DE FLUXO DAS OPERAÇÕES DE SOPRO ADEQUADAS NA OPERAÇÃO DE ALTO FORNO" na figura bate com a taxa de fluxo do fluxo de entrada de H2 no "TEMPO DE LIMITE SUPERIOR DE CONCENTRAÇÃO DE FLUXO DE ENTRADA DE H2" na figura e se torna a taxa máxima de fluxo do fluxo de entrada de H2. Uma taxa de fluxo do fluxo de entrada de H2 maior que aquela da técnica anterior pode ser realizada. Por exemplo, no caso de uma concentração de fluxo de entrada de H2 de 35% e uma razão de taxas de fluxo de operações de sopro de 1,0 , uma taxa de fluxo do fluxo de entrada de H2 e 2 vezes ou mais a da técnica anterior é possível. Em uma região em que a razão das taxas de fluxo das operações de sopro caem grandemente abaixo de 0,5, a taxa de fluxo do fluxo de entrada de H2 a uma concentração do fluxo de entrada de H2 de 35% se torna um valor menor que o da técnica anterior, mas uma operação sob a condição de tal razão de taxas de fluxo pequena das operações de sopro não é preferível na operação do alto forno, então basicamente isso não pode ser aplicado. Portanto, como valor limite superior da concentração do fluxo de entrada de H2, cerca de 35% é preferível.

[0103] Uma concentração de fluxo de entrada de H2 de menos de 35% pode ser empregada, mas para fazer a taxa de fluxo do fluxo de entrada de H2 aumentar, a concentração do fluxo de entrada de H2 tem que ser tal que a taxa de fluxo de entrada de H2 possa se tornar maior que no passado. Da Figura 3, quando a concentração do fluxo de entrada de H2 é 15%, pode ser realizada uma taxa de fluxo do fluxo de entrada de H2 igual ao valor limite superior da taxa de fluxo da entrada de fluxo de H2 na técnica anterior no valor limite superior (1,0) da razão de taxas de fluxo das operações de sopro. Por essa razão, se uma concentração de fluxo de entrada de H2 menor que 15%, uma taxa de fluxo do fluxo de entrada de H2 que exceda o valor limite superior da técnica anterior não pode ser realizada, então isto não é adequado. Portanto, como valor limite inferior da concentração de fluxo de entrada de H2, 15% é preferível.

[0104] Se for considerado o objetivo da presente invenção de ob ter uma taxa de fluxo do fluxo de entrada de H2 acima do valor limite superior da taxa de fluxo do fluxo de entrada de H2 na técnica anterior em adição à condição restritiva acima na concentração do fluxo de entrada de H2 , como condição de operação mais preferível, a ‘FAIXA DE OPERAÇÃO ADEQUADA" mostrada pela área hachuriada na Figura 3 pode ser ajustada. O valor limite superior da concentração do fluxo de entrada de H2 que satisfaz essa "FAIXA DE OPERAÇÃO ADEQUADA", como explicado acima, é o valor limite superior da concentração do fluxo de entrada de H2 ou um valor próximo a esse, isto é, 35%.

[0105] A "FAIXA DE OPERAÇÃO ADEQUADA" corresponde à fai xa em que a concentração de H2 que pode ser soprado na parte da cuba pode ser feita aumentar. Aprendeu-se que para realizar essa faixa, a razão da taxa de fluxo do sopro do cubo/taxa de fluxo do sopro da ventaneira tem que ser feita pelo menos o valor do ponto de cruzamento da linha da taxa de fluxo do fluxo de entrada de H2/valor limite superior da taxa de fluxo da entrada de fluxo de H2 = 1,0 e a curva de uma concentração do fluxo de entrada de H2 de 35% na Figura 3. A razão da taxa de fluxo do sopro do cubo/taxa de fluxo do sopro da ven- taneira nesse ponto de cruzamento é de cerca de 0,42. Isto é, a pre-sente invenção, capaz de fornecer H2 em uma maior quantidade a uma maior profundidade no alto forno pode ser realizada sob essa condição da razão de taxa de fluxo do sopro do cubo/taxa de fluxo do sopro da ventaneira.

[0106] Além disso, o valor limite inferior da concentração do fluxo de entrada de H2 que satisfaz a “FAIXA DE OPERAÇÃO ADEQUADA" pode ser expressa pela seguinte fórmula:

[0107] [Valor limite inferior da concentração do fluxo de entrada de H2] - [valor limite superior da taxa de fluxo da concentração de fluxo de entrada de H2 na técnica anterior (soprando apenas COG na cuba de alto forno)]/[Taxa de fluxo do fluxo de entrada de gás]

[0108] Além disso, aumentar a razão das taxas de fluxo das ope rações de sopro tem também o efeito de melhorar a uniformidade espacial da reação de redução de H2 no alto forno tal como mostrado na Figura 2, então do ponto de vista de estresse na uniformidade de tal reação, é também possível empregar condições de operação resultan- do em uma taxa de fluxo um tanto menor de fluxo de entrada de H2 que o valor limite superior da taxa de fluxo do fluxo de entrada de H2 na técnica anterior contanto que "FAIXA DE RAZÃO DE TAXAS DE FLUXO DAS OPERAÇÕES ADEQUADAS NA OPERAÇÃO DE ALTO FORNO".

[0109] Além disso, na presente invenção, o gás obtido diluindo-se o gás de alto forno, o gás de baixa concentração de CO e alta concentração de H2 produzido a partir do gás de forno de coque é usado como gás de redução, então o fluxo de entrada de gás inevitavelmente contém vapor. O vapor no gás de redução age para reduzir a concentração de H2 e age para permitir que o gás de redução alcance uma parte mais profunda do alto forno. Em relação a isso, ele tem um efeito similar ao gás de alto forno para uso em diluição na presente invenção, então a concentração do fluxo de entrada de H2 deve ser definida por % úmido incluindo vapor.

[0110] A seguir, o gás de redução para fornecimento à parte da cuba tem que ter uma concentração de hidrogênio de 15 a 35% em volume (úmido). O gás de redução deve ser fornecido à parte da cuba a 800 a 1000°C na temperatura de modo que a operação do alto forno não seja também impedida.

[0111] Como gás de redução que satisfaz tal condição, não é pos sível utilizar diretamente o gás de forno de coque ou o gás de alto forno emitido geralmente em uma usina de produção de ferro. Portanto, na presente invenção, a concentração do gás de baixa concentração de CO e baixa concentração de H2 produzido a partir do gás de forno de coque é diluída pelo gás de alto forno para ajustar a concentração de hidrogênio para uso do gás.

[0112] Por exemplo, o gás de redução usado na presente inven ção pode ser preparado reformando-se o gás de forno de coque por tratamento térmico e misturando-se com o gás reformado enriquecido com gás hidrogênio um dos gases selecionados entre (i) um gás contendo CO, (ii) gás de combustão obtido pela combustão de gás inflamável e oxigênio, e (iii) oxigênio.

[0113] Inicialmente uma modalidade de reforma de gás de forno de coque por tratamento térmico e misturando com o gás reformado enriquecido com hidrogênio um gás inflamável contendo CO e oxigênioserá explicada em relação à Figura 4. Nessa modalidade, como a reforma por tratamento térmico, é utilizada a oxidação parcial.

Matéria-prima do gás de forno de coque (COG)

[0114] Na presente invenção, COG reformado obtido por decom posição térmica de gás de forno de coque (COG) emitido em um forno de coque, isto é, COG bruto, em um forno de carbonização para aumentar o hidrogênio e por outro lado ajustar os constituintes é mais preferivelmente usado como matéria-prima COG do ponto de vista de reduzir a emissão de CO2. Alternativamente, COG refinado obtido pelo refino do COG bruto emitido em um forno de coque e geralmente usado como combustível em uma usina de produção de ferro pode ser usado como matéria-prima COG. O gás matéria-prima COG pode ser fornecido a partir da fonte de fornecimento de COG 1 mostrada na Figura 4. Como fonte de fornecimento de COG 1, pode ser usado um retentor de gás COG, etc.

[0115] O COG bruto emitido no momento da destilação seca do carvão do forno de coque (não mostrado) contém metano, etano, e outros gases orgânicos alifáticos, benzeno, tolueno, e outros gases de óleos leves de hidrocarbonetos, gás de alcatrão principalmente compreendidos de hidrocarbonetos pesados aromáticos, etc. Além disso, a umidade depositada ou contida no carvão usado evapora dentro do forno de coque então o COG geralmente contém vapor.

[0116] Na modalidade que usa COG refinado obtido tratando-se o COG bruto em um forno de carbonização, como a principal substância decomposta pelo calor na reação de geração de hidrogênio no forno de carbonização, o alcatrão é adequado. Isto é porque quando se decompõe por aquecimento os hidrocarbonetos aromáticos do ingrediente principal do alcatrão, os hidrocarbonetos remanescentes após a liberação do hidrogênio facilmente crescem em macromoléculas compreendidas de estruturas policíclicas aromáticas bidimensionais com o que grânulos de carbono sólido de diâmetros de vários μm a vários mm são facilmente obtidos e com o que o carbono sólido é facilmente mantido no forno de carbonização. Retendo-se o carbono sólido produzido no forno de carbonização por um certo período de tempo, o hidrogênio que permaneceu no carbono sólido também se dissocia gradativamente como gás hidrogênio, então a decomposição térmica é muito mais promovida. Por outro lado, substâncias orgânicas alifáticas podem também ser decompostas pelo calor, mas o carbono sólido gerado naquele momento geralmente frequentemente se torna uma estrutura de estado amorfo com estruturas de cristal do tipo diamante dispersas aleatoriamente. O carbono sólido é gerado como partículas ultrafinas com diâmetros de nanômetros a sub-mícrons em tamanho. Portanto, tende a ser difícil reter o carbono sólido gerado no forno de carbonização ou separá-lo e descarregá-lo a partir do forno de carbonização. Além disso, no caso de COG contendo inevitavelmente uma alta concentração de gás sulfeto de hidrogênio, na reação de geração de hidrogênio usando-se um catalisador, a reação do alcatrão geralmente prossegue a uma velocidade de reação mais rápida que a da reação dos hidrocarbonetos alifáticos. Também nesse ponto, a decomposição do alcatrão é vantajosa.

Aumentar a pressão do COG

[0117] De acordo com a presente invenção o alto forno 10 com a parte da cuba à qual o gás de redução é fornecido é geralmente operado a uma pressão de vários milhares de kPa a 1 MPa, de modo a fornecer gás da parte da cuba 11 do alto forno para o interior do alto forno 10, a pressão comum do COG no retentor de gás 1 tem que ter a pressão aumentada até pelo menos a pressão interna na parte da cuba do alto forno. Esse aumento na pressão pode ser executado usando-se um compressor 2. Como o compressor 2 pode ser aplicado um que seja disponibilizado comercialmente. Por exemplo, pode ser usado um compressor de fluxo axial de múltiplas etapas ou um compressor todo tipo centrífugo. Um compressor que opera na temperatura do fornecimento do gás na parte da cuba do alto forno (cerca de 900°C) não é geralmente disponibilizado, então o COG pode também ser comprimido em uma parte de temperatura comum.

Ajuste da taxa de fluxo de COG

[0118] A taxa de fluxo do gás hidrogênio fornecido à parte da cuba 11 de um alto forno é ajustada para ser compatível com o estado de operação do alto forno 10 pelo ajuste da taxa de fluxo da matéria- prima COG. A taxa de fluxo do COG pode ser ajustada pelo equipamento de ajuste da taxa de fluxo 3 configurado adequadamente pela combinação de um medidor de fluxo disponibilizado comercialmente, um regulador da taxa de fluxo, um computador, e outros dispositivos de controle. Um regulador de especificação de taxa de fluxo a alta temperatura não é geralmente disponibilizado, então o COG pode também ser ajustado na taxa de fluxo em uma parte de temperatura comum. Na modalidade da Figura 4, a taxa de fluxo é ajustada após o aumento da pressão, mas essa ordem pode ser mudada adequadamente.

Reação de reforma de oxidação parcial do COG

[0119] A matéria-prima COG é misturada com gás oxigênio no rea tor de reforma de oxidação parcial 5 e parte do COG é feito queimar (oxidação parcial) para elevar a temperatura do COG até uma temperatura de mais de 1200°C e assim aumentar a velocidade da reação. O metano e outros hidrocarbonetos no COG são decompostos e reformados sem usar um catalisador de modo a produzir gás hidrogênio. Como será explicado mais adiante, na presente invenção, não é necessário decompor todos os hidrocarbonetos na matéria-prima COG, então a temperatura do gás pode ser deixada cair devido à absorção de calor devido à reação de reforma de vapor que ocorre após a oxidaçãoparcial e se torna menor que a temperatura da reação de reforma do vapor antes que todos os hidrocarbonetos sejam decompostos. Se se aumentar a temperatura até uma temperatura suficientemente alta de mais de 1200°C no momento da oxidação parcial, a subsequentereação de reforma do vapor permitirá que a maioria dos hidro- carbonetos, embora não todos, sejam decompostos, então não há problema.

[0120] O gás oxigênio é preferivelmente fornecido na forma de oxigênio puro do ponto de vista da qualidade do gás oxigênio produzido. Ar enriquecido com oxigênio ou outro gás contendo oxigênio podemtambém ser fornecidos como gás oxigênio. A taxa de fluxo de fornecimento do gás oxigênio (taxa de fluxo molar) é preferivelmente 0,4 a menos de 0,5 do valor total da taxa de fluxo molar dos átomos de carbono contidos nos hidrocarbonetos (metano, etc.) no COG (isto é, O2/C = 0,4 a menos de 0,5) do ponto de vista da qualidade do gás. Se a razão O2/C for menor que 0,4 , o hidrogênio não é suficientemente enriquecido no momento da oxidação parcial, então não é possível produzir suficientemente o gás hidrogênio necessário para a fusão do hidrogênio no alto forno e a taxa de decomposição do hidrocarboneto se torna excessivamente baixa e as restrições nos constituintes do gás de redução fornecido à parte da cuba do alto forno não são satisfeitas. Além disso, se a razão O2/C for 0,5 ou mais, com uma operação de oxidação parcial baseada em uma reação de desequilíbrio como na presente invenção, uma grande quantidade de vapor gerada devido à combustão do hidrogênio permanece no gás após a oxidação parcial, então isto não é preferível.

Preaquecimento de COG

[0121] Na presente invenção, a taxa de fluxo de O2 fornecido no momento da oxidação parcial é feita o tamanho mínimo pelo preaque- cimento da matéria-prima COG. Para o equipamento de preaqueci- mento 4 para isso, vários tipos de trocadores de calor disponibilizados comercialmente podem ser usados. Como método de preaquecimento, o sistema de calor externo que não provoca contaminação da matéria- prima COG é preferível. A temperatura da matéria-prima COG após o preaquecimento é preferivelmente feita 800°C a 1000°C. Se a temperatura de preaquecimento for menor que 500°C, a temperatura de pico da temperatura do gás no momento da oxidação parcial se torna menor que a temperatura da reação de reforma durante a reforma dos hidrocarbonetos e há o problema de que os hidrocarbonetos não podem ser suficientemente decompostos. Pré-aquecer até uma temperatura de mais de 1000°C não é um problema do ponto de vista da reati- vidade, mas uma alta temperatura desnecessária para a decomposição de hidrocarbonetos é alcançada no momento da oxidação parcial, então a energia necessária para o preaquecimento excessivo se torna desperdício, então isso não é preferível do ponto de vista de redução da emissão de CO2. Além disso, o preaquecimento até uma alta temperatura tal como mais de 1000°C requer um equipamento de aquecimento especial, então isto não é preferível do ponto de vista do custo de capital.

Condições de operação da etapa de oxidação parcial

[0122] Estequiometricamente, a razão O2/C na oxidação parcial da matéria-prima OG pode se tornar ótima quando for 0,5. Isto é porque toda a H2O emitida pela fórmula 4 devido ao fornecimento de gás oxigênio é consumida pela reação de reforma de vapor da fórmula 1 e porque todo o hidrocarboneto é decomposto em CO e H2 devido à reação de reforma do vapor. Entretanto, para provocar tal reação sob as condições de pressão do gás de redução fornecido à parte da cuba de um alto forno, em termos de teoria do equilíbrio, uma temperatura de 1300°C ou mais tem que ser mantida durante a ocorrência da reforma de vapor após a oxidação parcial. No caso de uma temperatura menor que essa, por exemplo uma ordem de vários % de hidrocarbonetos e uma grande quantidade de H2O derivada do excesso de O2 permanecem no gás após a oxidação parcial. Para alcançar tal alta temperatura apenas pela oxidação parcial, uma grande quantidade de O2 tem que ser fornecida. É também possível cortar a quantidade de fornecimento de O2 pré-aquecendo-se o gás matéria-prima, mas no passado o calor de exaustão gerado na usina foi usado para esse preaquecimento, então no máximo apenas o preaquecimento até cerca de 500°C foi executado. Isto é porque o preaquecimento até uma temperatura maior que essa se torna desvantajoso em termos de eficiência de calor. Por essa razão, na oxidação parcial convencional de hidrocarbonetos, a decomposição completa dos hidrocarbonetos foi almejada e a razão de O2/C, no caso de se usar gás natural ou nafta ou outro hidrocarbo- neto puro como matéria-prima, foi 0,6 a 0,7 ou algo assim (se o hidro- carboneto for metano, a taxa de fluxo do volume de O2 fornecido é 0,6 a 0,7 vezes a taxa de fluxo do volume da matéria-prima) e, no caso de se usar COG purificado com uma concentração de hidrogênio de 30% ou algo assim como matéria-prima, foi 0,8 ou mais (se o hidrocarbone- to for metano, a taxa de fluxo do volume de O2 fornecido é 0,24 vezes ou mais a taxa de fluxo de volume da matéria-prima). Se se usar tal razão O2/C alta, se for possível manter uma alta temperatura no momento da reforma de vapor, a quantidade residual de CO2 se torna um nível de vários % a 10%, enquanto se não for possível manter uma temperatura suficientemente alta no momento da reforma de vapor, 10% ou mais do vapor permanecem, então em cada caso, as condições de restrição já explicadas em relação aos constituintes do gás de redução fornecido à parte da cuba de um alto forno não podem ser satisfeitas. Na presente invenção, COG reformado tendo uma concentração de hidrocarbonetos também menor que o COG refinado (20% ou algo assim ou menos) é usado como a matéria-prima, então a quantidade de oxigênio fornecido por taxa de fluxo do gás matéria-prima é menor que no caso de se usar tais gases como matéria-prima (se o hidrocarboneto for metano e a razão O2/C for feita 0,8, a taxa de fluxo do volume de O2 fornecido é 0,16 vezes ou menos da taxa de fluxo de volume da matéria-prima) e a quantidade de aumento da temperatura devido à oxidação parcial é também muito pequena, então isso é mais desvantajoso no ponto de manter a temperatura exigida para a reação de reforma do vapor.

[0123] Na presente invenção, a concentração de hidrocarbonetos no gás de redução é feita se tornar a já explicada faixa restrita misturando-o com gás contendo CO para diluir os hidrocarbonetos residuais. Na presente invenção, a decomposição completa de hidrocarbonetos não é almejada, então a razão O2/C pode também ser menor que 0,5. O O2 fornecido pode também ser reduzido (se a razão O2/C for 0,4 e os hidrocarbonetos forem metano, a taxa de fluxo do volume de O2 fornecidoé 0,08 vezes ou menos a taxa de fluxo do volume de matéria- prima) e CO2 e H2O no gás de redução podem ser feitos as já explicadas faixas restritas. Além disso, na presente invenção, para garantir a temperatura exigida para reforma do vapor após a oxidação parcial por um certo tempo, como método de fazer a quantidade deficiente de tem-peratura aumentar, o preaquecimento até 800°C a 1000°C é usado em conjunto. Tal preaquecimento a alta temperatura no processo de oxida-çãoparcial é a causa da deterioração da eficiência térmica comparado com a técnica anterior se se olhar a etapa de oxidação parcial sozinha, então, no passado, tal preaquecimento a alta temperatura foi considerado economicamente difícil. Entretanto, após a oxidação parcial, é possível fornecer diretamente o gás de redução diluído pelo gás contendo CO à parte da cuba de um alto forno, então se se considerar o fato de que o fornecimento da energia térmica para reaquecer o gás de redução após resfriá-lo uma vez de modo a ajustar os constituintes após a oxidação parcial da técnica anterior é desnecessário na presente invenção, etc., na presente invenção é possível reduzir o consumo total de energia, então na presente invenção o preaquecimento a tal alta temperatura é possível. Dessa forma, pré-aquecendo-se a matéria- prima até 800°C a 1000°C, usando COG reformado como matéria- prima, executando-se a oxidação parcial em combinação com o fornecimento de oxigênio fazendo O2/C 0,4 a menos de 0,5, e diluindo-se o gás após a oxidação parcial por gás contendo CO de maneira ligada, na presente invenção, é possível produzir gás de redução adequado como gás de redução para fornecimento à parte da cuba do alto forno sob condições de emissão de CO2 reduzida.

[0124] Um queimador ou outro meio de ignição (não mostrado) pode também ser fornecido dentro do reator de reforma de oxidação parcial 5 ou anteriormente ao reator de reforma de oxidação parcial 5. Se as paredes internas do reator de reforma de oxidação parcial forem mantidas a uma temperatura suficientemente maior que o ponto de ignição da matéria-prima COG, a reação de oxidação parcial pode ser continuada estavelmente dentro do reator de oxidação parcial sem contar com a temperatura de fornecimento da matéria-prima COG ou do gás oxigênio fornecido.

[0125] A temperatura do gás após elevar a temperatura pela com bustão no reator 5 é preferivelmente feita estar na faixa de 1200°C a 1800°C. Se a temperatura do gás for menor que 1200°C, a velocidade da reação química é excessivamente lenta, então se se tentar prosse- guir com a operação de reforma nessa faixa de temperaturas, surge o problema de as dimensões do reator se tornarem gigantescas. Se a temperatura mais alta do gás exceder 1800°C, há o problema de que a temperatura das paredes internas do reator que contatam o gás se tornar muito alta e a vida útil dos elementos do forno é notavelmente encurtada. Devido à absorção do calor no momento da reação de reforma de vapor que ocorre após a oxidação parcial, a temperatura do gás cairá no lado posterior ao forno de oxidação parcial e pode se tornar uma das temperaturas acima ou menos, mas se a temperatura de pico do gás após a oxidação parcial está na faixa acima, não há problema uma vez que a maioria dos hidrocarbonetos na matéria-prima COG pode ser decomposta.

[0126] O volume do reator 5 é preferivelmente aquele pelo qual ao tempo de residência médio aparente do gás ([volume do reator]/[(taxa de fluxo do COG tratado (estado padrão)] +[taxa de fluxo do oxigênio fornecido de fora (estado padrão)])) se torna 5 segundos a 120 segundos. Se for menor que essa faixa, o tempo de residência no reator do gás tratado é excessivamente pequeno e surge o problema da reação de reforma do metano não prosseguir suficientemente. Além disso, se for acima dessa faixa, o tempo de residência no reator é excessivamente grande e surge o problema de um custo de capital excessiva ser exigido.

[0127] No lado anterior do reator de reforma de oxidação parcial após a passagem de um tempo de residência médio aparente predeterminado, o gás pode ser considerado ter sido reformado suficientemente,então o gás no lado posterior do mesmo será chamado de "gás reformado".

Fornecimento de gás contendo CO

[0128] A seguir um gás contendo CO é fornecido ao gás reforma do no reator da reforma de oxidação parcial para diluir o gás reforma- do e reduzir em particular a concentração do gás hidrogênio no gás reformado até uma faixa adequada. Fornecendo-se tal gás em uma maior quantidade à parte da cuba de um alto forno, é possível fornecer a maior quantidade de gás hidrogênio contido no gás reformado até uma posição mais profunda dentro do alto forno (local do alto forno mais próximo do eixo central na direção radial.

[0129] O fornecimento de gás contendo CO ao gás reformado no reator de reforma de oxidação parcial também age para provocar troca de calor (mistura) entre o gás reformado a alta temperatura e o gás contendo CO a baixa temperatura para assim obter uma faixa de temperaturas adequada para o gás de redução a ser fornecido à parte da cuba de um alto forno. Além disso, devido a isso, o preaquecimento do gás contendo CO a ser fornecido ao reator de reforma de oxidação parcial se torna desnecessário ou pode ser grandemente reduzido em tamanho. Além disso, o gás reformado acaba sendo resfriado dentro do reator de reforma de oxidação parcial que inerentemente tem resistência ao calor, então devido a isso, na parte posterior ao equipamento,não há mais a necessidade de especificações de resistência ao calor extrema (por exemplo, 1200°C ou mais), a vida útil do equipamento pode ser estendida, e o equipamento também se torna barato.

[0130] O gás contendo CO é fornecido a partir de uma porta de fornecimento fornecida em um local onde o gás passa após a passagem do tempo de residência predeterminado dentro do reator de reforma de oxidação parcial 5 para o interior do reator de reforma de oxidação parcial 5. Essa porta de fornecimento deve ser fornecida no lado posterior a partir do local de fornecimento de gás oxigênio para o reator de reforma de oxidação parcial 5.

[0131] O gás contendo CO é fornecido por um meio de forneci mento de gás contendo CO 9 compreendido de uma fonte de fornecimento de gás contendo CO 7, um meio de ajuste da taxa de fluxo do gás contendo CO 8, e uma porta de fornecimento de gás contendo CO para o reator de reforma de oxidação parcial 5 conectado à tubulação de gás nessa ordem.

Gás contendo CO

[0132] As condições necessárias do gás contendo CO fornecido ao gás de redução obtido no reator de reforma de oxidação parcial 5 são como segue.

[0133] . Será principalmente compreendido de CO de modo a ga rantir a capacidade de redução do gás após a diluição do COG.

[0134] . Será um gás seco não contendo alcatrão ou outro hidro- carboneto ou vapor que impeça a operação do alto forno.

[0135] . Ele, tanto quanto possível, não deve conter H2 ou CO2 que podem causar uma reação endotérmica a partir do ponto de vista de garantir a temperatura da parte da cuba do alto forno.

[0136] . Ele tem um teor de N2 suficientemente baixo de modo a evitar perda de energia devido à passagem inútil de gás através do interior do alto forno.

[0137] Não há gás barato que satisfaça todas essas condições en tão o gás desejado é produzido com base em uma matéria-prima específica. Como matéria-prima, por exemplo, gás de alto forno, gás de conversor, gás de síntese, etc. podem ser usados. Todos esses gases contêm CO2. Das restrições 2 mencionadas acima dos constituintes do gás de redução, quanto menor a concentração desse CO2, maior a emissão de CO2 reduzido, então quando se produz o gás contendo CO, são aplicados meios para remover CO2. Como meios para remover CO2, por exemplo, um equipamento de separação de CO pelo método de absorção física disponibilizado comercialmente ou o equipamento de separação de CO2 podem ser usados. O gás contendo CO ao qual os meios para remoção de CO2 foram aplicados não devem conter 1% em volume (seco) ou mais de CO2 de modo a manter o efei- to prejudicial da absorção de calor devido à reação de decomposição do CO2 que pode ocorrer em um alto forno após ser manifestada. Isto é, a concentração de CO2 do gás contendo CO fornecido ao reator de oxidação parcial é preferivelmente 0% em volume (seco) a menos de 1% em volume (seco). No caso de se usar gás de síntese ou outro gás contendo H2 como matéria-prima, a concentração de H2 no gás contendo CO para mistura com o gás após a oxidação parcial o qual geralmente tem uma concentração de H2 maior que o valor limite superior 35% da concentração preferível de H2 no gás de redução explicado acima, de modo a obter 35% ou menos de gás de redução tem que ser, pelo menos, menor que 35%. Para usar gás contendo H2 em excesso como gás contendo CO, é possível usar meios para remover H2 para reduzir a concentração de H2. Como meio para remover H2, é possível usar um equipamento de separação de membrana disponibilizado comercialmente etc. A concentração de N2 é também preferivelmente, pelo menos, menor que 20% em volume do ponto de vista das restrições mencionadas acima nos constituintes do gás de redução. Por essa razão, isso pode ser realizado reduzindo-se a quantidade de uso e a quantidade de mistura de ar (isto é, a fonte de N2) no momento da produção de gás contendo CO. Entretanto, para diminuir a quantidade de uso e a quantidade de mistura de ar no momento da produção de gás contendo CO para ser uma concentração extremamente baixa de menos de 1%, uma grande quantidade de energia adicional tem que ser fornecida, então isso não é preferível do ponto de vista de reduzir as emissões de CO2. Por essa razão, a concentração de N2 é preferivelmente 1% em volume ou mais.

Fornecimento de gás de redução contendo hidrogênio produzido à parte da cuba do alto forno

[0138] O gás de redução contendo gás hidrogênio ajustado para fornecer o gás contendo CO a uma temperatura adequada para o gás hidrogênio para fornecimento à parte da cuba de um alto forno é fornecidoà parte da cuba 11 do alto forno (parte em torno do cubo do alto forno onde uma pluralidade de perfurações são fornecidas através das quais o gás hidrogênio é fornecido). Para a estrutura e os materiais da parte da cuba de um alto forno, podem ser aplicados aqueles da técnica anterior.

Meio de reduzir o teor de água do COG

[0139] O carvão fornecido ao forno de coque pode ser feito secar previamente usando-se um forno DAPS ou SCOPE21 conhecido. Se destilar a seco o carvão assim seco, é possível fazer a umidade no COG emitido diminuir. Alternativamente, no caso de um sistema menor, é também possível armazenar o carvão em um armazém por um período de tempo de vários meses ou mais e permitir que a umidade evapore naturalmente durante aquele tempo. A Figura 5 mostra um forno de coque 11 ao qual é anexado um meio 11A para reduzir a umidade do gás de forno de coque emitido (COG). Por exemplo, um DAPS, SCOPE21, etc. para reduzir a umidade do carvão pode ser feito o meio de redução da umidade 11A e o carvão desidratado pelo meio de redução da umidade 11A pode ser transportado por uma correia transportadora ou outro meio de transporte de carvão 11B para o forno de coque 11.

[0140] Em alguns casos, é também possível fornecer a umidade do carvão ao forno de coque sem diminuí-la, extrair o COG contendo uma alta concentração de vapor gerado no forno de coque e passá-lo através de zeólito para uso em alta temperatura ou outro absorvente para assim diminuir a umidade do COG.

Forno de carbonização

[0141] Na presente invenção, se se usar o gás de forno de coque reformado (COG refinado) obtido pelo tratamento do gás de forno de coque bruto do forno de coque 11 (Figura 5) no forno de carbonização como gás matéria-prima, o forno de carbonização 12 (Figura 5) é um forno para reformar os hidrocarbonetos (principalmente gás de alcatrão) no COG fornecido continuamente pelo forno de coque 11, separando-se o gás hidrogênio e o carbono sólido, e descarregar gás reformado enriquecido com gás hidrogênio até o lado posterior. A temperatura dentro do forno é mantida a uma temperatura adequada para uma reação de decomposição térmica e o calor da reação exigido para a reação de geração de hidrogênio, compreendido principalmente de decomposição térmica, é fornecido pelo fornecimento do forno de carbonizaçãocom meios de fornecimento de calor (não mostrado) para fornecer calor a partir do exterior do corpo do forno (ou fornecendo-se o forno com um elemento de aquecimento, etc., para fornecer calor do interior do forno). Para fornecer esse calor, o aquecimento geral por um aquecedor elétrico ou aquecimento por chama direta podem ser usados. O forno de carbonização 12, para evitar a combustão daquele local do carbono sólido produzido, tem uma estrutura que evita tanto quanto possível o fluxo de entrada da fonte de oxidação de oxigênio, ar, vapor, etc. para o forno de carbonização. Especificamente, não é fornecido nenhum meio para fornecimento de oxigênio ao COG na reação de geração de hidrogênio tal como o método de oxidação parcial. O vapor também não é adicionado ao COG além do que estava originalmente contido no COG. A temperatura de reação adequada para a reação de decomposição do alcatrão está geralmente na faixa de 650°C a 900°C no caso de se usar um catalisador de pirólise. Se for menor que essa faixa de temperaturas, se se passar o COG através do forno de carbonização, o alcatrão condensará e esse condensado fechará os espaços entre as partículas de carbono sólido, então há o problema de que o forno de carbonização facilmente será entupido. Além disso, a pressão dentro do forno de carbonização é preferivelmente menor que a pressão dentro do forno de coque. Por exemplo, a pressão dentro do forno de coque é geralmente maior que 10 Pa (pressão manométrica), então a pressão dentro do forno de carbonizaçãopode ser feita 10 Pa (pressão manométrica) ou menos para manter a passagem do COG. Não há limite inferior particular da pressão dentro do forno de carbonização, mas do ponto de vista da resistência à pressão do forno de carbonização, da densidade do gás dentro do forno de carbonização, da capacidade do equipamento de vácuo necessária (isto algumas vezes se torna necessário), etc. ela pode ser feita -20000 Pa (pressão manométrica) o mais.

Catalisador

[0142] Dentro do forno de carbonização 12, pode ser colocado um catalisador de pirólise (não mostrado). Para o catalisador de pirólise, por exemplo, pode ser usado um catalisador compreendido de um óxido composto contendo níquel, magnésio, cério e alumínio, mas não contendo alumina, em cujo catalisador o óxido composto usa um catalisador compreendido de fases de cristal de NiMgO, MgAl2O4, e CeO2.

Equipamento de refino de gás

[0143] No gás reformado primário extraído do forno de carboniza ção 12, pelo menos o alcatrão, o óleo leve, o benzeno e outros hidro- carbonetos de alto ponto de ebulição ou umidade e outros gases de condensação podem ser removidos por um equipamento de refino de gás 13. O gás condensável pode ser removido usando-se um equipamento de resfriamento a água de gás usando-se um purificador, etc. ou usando-se uma torre de destilação. Se necessário, um tratamento para remoção de enxofre ou um tratamento para remoção de amônia pode ser adicionado. O gás reformado primário a alta temperatura do forno de carbonização 12 é resfriado pelo tratamento no equipamento de refino de gás 13 pelo menos até uma temperatura menor que a temperatura de resistência ao calor do equipamento de transporte de gás 14, geralmente até próximo da temperatura comum.

Equipamento de transporte de gás

[0144] O equipamento de transporte de gás 14 é um equipamento para captar o gás reformado primário do forno de carbonização 12 e para aumentá-lo em pressão e enviá-lo para o equipamento de reforma de oxidação parcial 16 (explicado mais adiante). Por essa razão, o equipamento de transporte de gás 14 requer uma cabeça que permita que a pressão no lado de entrada seja mantida em -10 kPa ou algo assim e a pressão no lado de saída seja mantida pelo menos em 0,2 MPa, geralmente 0,2 a 1 MPa ou algo assim. Para o equipamento de transporte de gás 14, é possível usar um compressor de fluxo axial de múltiplas etapas disponibilizado comercialmente, etc.

Equipamento de preaquecimento

[0145] O gás reformado primário que aumentou em pressão no equipamento de transporte de gás 14 é enviado subsequentemente para o equipamento de reforma 16 para também ser reformado por oxidação parcial. Nesse equipamento de reforma 16, gás de combustão usando gás oxigênio é utilizado para aumentar a temperatura do gás que passa, mas do ponto de vista de reduzir a quantidade de CO2 gerada e a partir das unidades primárias de hidrogênio, a quantidade de oxigênio fornecida deve ser ajustada para o limite mínimo necessário. Entretanto, se se aumentar a temperatura do gás reformado primário a uma temperatura comum pelo gás de combustão, a temperatura do gás que passa após ser aumentada frequentemente não aumentará até um ponto que permita a promoção da decomposição do metano pela reforma do vapor. Por essa razão, é possível pré-aquecer o gás reformado primário a partir do forno de carbonização 12 pelo equipamento de preaquecimento 15, e então aumentar a temperatura do gás que passa pelo gás de combustão até fazer a temperatura do gás que passa após ter a temperatura aumentada estar em uma faixa adequada. A temperatura de preaquecimento do gás reformado primário é preferivelmente 300 a 800°C ou algo assim.

[0146] O gás reformado primário pode ser preaquecido no equi pamento de preaquecimento 15, por exemplo, usando-se um trocador de calor disponibilizado comercialmente ou fazendo-se a troca de calor com gás de combustão gerado em um forno de combustão fornecido separadamente.

[0147] A seguir, uma modalidade na qual o gás de forno de coque é reformado por tratamento térmico e no qual o gás reformado enriquecido com gás hidrogênio é misturado com um gás de combustão pela queima de gás inflamável e oxigênio será explicada em relação à Figura 5. Nessa modalidade, são utilizadas a reforma usando decomposição térmica em um forno de carbonização explicada previamente como reforma por tratamento térmico (reforma primária) e também a reforma em um equipamento de reforma por oxidação parcial (reforma secundária). Diferentemente das partes do equipamento e do método explicados abaixo, é possível usar um equipamento e um método similaresà primeira modalidade.

Equipamento de reforma por oxidação parcial

[0148] O equipamento de reforma por oxidação parcial 16 é um equipamento que mistura gás de combustão com o gás reformado primário para aumentar a temperatura do gás reformado primário até uma temperatura que exceda grandemente 1000°C (por exemplo, 1500°C) e assim aumentar a velocidade da reação e decompor o metano e outros hidrocarbonetos no gás reformado primário sem o uso de um catalisador e assim emitir gás hidrogênio ou gás CO. Como equipamento de reforma de oxidação parcial 16, pode ser usado qualquer equipamento desde que satisfaça essas exigências.

[0149] O equipamento de reforma 16 tem um queimador 18 conec tado a ele. O queimador 18 é fornecido com gás oxigênio e gás inflamável. Eles são misturados e feitos acender dentro do queimador e o gás de combustão é exaurido para o interior do equipamento de reforma 16. Como o queimador 18, pode ser usado um queimador de fluxo axial disponibilizado comercialmente, etc.

[0150] O gás oxigênio é preferivelmente fornecido na forma de oxigênio puro do ponto de vista de qualidade do gás reformado secundário, mas ar, ou ar enriquecido com oxigênio, ou qualquer outro gás contendo oxigênio pode também ser fornecido como gás oxigênio.

[0151] A taxa de fluxo de fornecimento de gás oxigênio (taxa de fluxo molar) é preferivelmente 0,4 vezes a menos de 0,5 vezes o valor total das taxas de fluxo molar dos átomos de carbono contidos nos hi- drocarbonetos no gás reformado primário e dos hidrocarbonetos no gás inflamável (isto é, correspondente a O2/C = 0,4 a menos de 0,5) do ponto de vista da qualidade do gás reformado secundário.

[0152] Por outro lado, a taxa de fluxo do gás inflamável fornecido ao queimador, 18 (taxa de fluxo molar) é preferivelmente 0,2 a 1 vez a taxa de fluxo do gás oxigênio (taxa de fluxo molar).

[0153] Para o gás inflamável, podem ser usados gás natural, gás liquefeito de petróleo, etc. Além disso, nafta, óleo leve, óleo pesado, e outros combustíveis líquidos podem também ser usados se atomiza- dos para fornecimento para o interior do queimador uma vez que eles não são fundamentalmente diferentes do gás inflamável.

[0154] Entre esses gases inflamáveis, o uso de gás natural princi palmente compreendido de metano é particularmente vantajoso. O gás natural é vantajoso pelo fato de que o preço por quantidade de calor gerado é barato, a quantidade de CO2 gerada por quantidade de calor gerado é relativamente pequena, o gás (como o COG) não contém hidrogênio, então o hidrogênio não é consumido no momento da combustão, etc.

[0155] O gás oxigênio e o gás inflamável podem ser fornecidos ao queimador 18 à temperatura comum ou pode ser fornecido após o preaquecimento. Se os mesmos forem fornecidos a uma temperatura menor que a temperatura de ignição do gás inflamável, é necessário fornecer um meio de ignição (não mostrado) ao queimador 18. Por exemplo, é possível fornecer um queimador piloto (não mostrado) no queimador 16 para fazer o gás misto de gás inflamável e oxigênio acender.

[0156] A temperatura do gás dentro do equipamento de reforma 16 tem que ser mantida em pelo menos 1000°C ou mais. A temperatura máxima está preferivelmente na faixa de 1200 a 1800 °C. Isto é porque se a temperatura estiver abaixo dessa faixa, a velocidade da reação química se torna excessivamente lenta, então surge o problema das dimensões do equipamento de reforma 6 usado como reator se tornarem gigantescas, e porque se a temperatura estiver acima dessa faixa de temperaturas, há o problema de que a temperatura das paredes internas do equipamento de reforma que contatam o gás se torna muito alta e a vida útil do material que forma as paredes internas é notavelmente encurtada.

[0157] Um termômetro (não mostrado) pode ser fornecido dentro do equipamento de reforma de oxidação parcial 16 para medir a temperatura do gás dentro do equipamento e esse valor medido pode ser usado como base para controlar a temperatura do gás dentro do equipamento. Para o termômetro, pode ser usado um par termelétrico do tipo R ou do tipo B coberto com cerâmica ou outro material resistente ao calor para proteção.

[0158] O volume do equipamento de reforma 16 usado como rea toré preferivelmente um em que o tempo de residência aparente do gás ([Volume do recipiente da reação]/([taxa de fluxo do gás reformado primário tratado (estado padrão)]+[taxa de fluxo do gás de combustão fornecido por fora (convertido para pressão comum e 100°C)])) se torna 30 segundos a 100 segundos. Se for menor que essa faixa, o tem- po de residência do gás de tratamento no equipamento de reforma se torna excessivamente pequeno e surge o problema de a reação não prosseguir suficientemente, Além disso, se estiver acima dessa faixa, o tempo de residência no equipamento de reforma se torna excessivamente grande, e surge o problema de ser necessário um custo de capital excessivo.

[0159] Fornecimento de gás de redução produzido (gás reformado secundário) para a parte da cuba de um alto forno

[0160] O gás de redução (gás reformado secundário) contendo hidrogênio obtido do equipamento de reforma de oxidação parcial 16 é fornecido à parte da cuba 7 de um alto forno. Em alguns casos, antes da introdução no alto forno, o gás de redução pode também ser ajustado quanto à temperatura. A técnica de fornecer gás de redução a um alto forno é amplamente conhecida. Não há necessidade de explicá-la em detalhes aqui.

[0161] A seguir, uma modalidade que mistura gás inflamável não queimado e oxigênio com o gás reformado enriquecido com gás hidrogênio pela reforma do gás de forno de coque por tratamento térmico será explicada em relação à Figura 6. Nessa modalidade, o gás inflamável é fornecido diretamente ao equipamento de reforma de oxidação parcial 16 previamente sem ser feito queimar. Portanto, nessa modalidade, o queimador 18 explicado na Figura 5 não é usado.

[0162] No equipamento de reforma 16 dessa modalidade, o quei mador independente é eliminado e o gás oxigênio e o gás inflamável são fornecidos proximamente e diretamente ao equipamento de reforma. Nesse caso, o gás oxigênio fornecido e o gás inflamável estão muito próximos, então uma região de combustão é formada próximo à porta de fornecimento de gás. Aqui, principalmente o gás oxigênio e o gás inflamável queimam, então essa região de combustão desempenha substancialmente o mesmo papel como queimador. Em alguns casos, o gás oxigênio e o gás inflamável podem ser fornecidos previ-amenteaté o interior do equipamento de reforma em conjunto.

[0163] Além disso, na modalidade mostrada na Figura 6, um reten tor de gás 19 é arranjado entre o equipamento de refino de gás 13 e o equipamento de preaquecimento 15 e um primeiro equipamento de transporte de gás 14’ e um segundo equipamento de transporte de gás 14"são fornecidos antes e depois do mesmo. O retentor de gás 19 pode temporariamente armazenar o gás reformado primário. A opera- bilidade é melhorada pelo fato de que não há necessidade de sincronizar completamente a produção do gás reformado primário e a produção do gás reformado secundário. A capacidade do retentor de gás 19 pode ser determinada adequadamente com base nas condições de operação do forno de coque 11 e do alto forno 17. O lado de entrada e o lado de saída do retentor de gás 9 são fornecidos respectivamente com equipamentos de transporte de gás 14’, 14", então é possível selecionar os equipamentos ótimos de transporte de gás de acordo com as características das condições de operação do lado de produção do gás reformado primário e do lado de produção do gás reformado secundário. Por exemplo, o primeiro equipamento transportador de gás 14’ não requer uma melhoria da pressão, então um compressor Roots ou outro equipamento barato pode ser aplicado. Para o segundo equipamento de transporte 14", pode ser usado um compressor de fluxo axial de múltiplas etapas disponibilizado comercialmente. É desnecessário dizer que uma configuração que use um retentor de gás 19 e um equipamento de transporte de gás 14’, 14" antes e após o mesmo podetambém ser aplicado à modalidade explicada previamente em relação à Figura 5.

[0164] Os outros equipamentos e dispositivos na modalidade da Figura 6 são similares àqueles da modalidade mostrada na Figura 5.

[0165] Na modalidade que utiliza a reforma pela decomposição térmica no forno de carbonização explicado em relação à Figura 5 e à Figura 6 (reforma primária) e também reforma no equipamento de reforma de oxidação parcial (reforma secundária), o gás reformado primário é um gás inflamável do tipo único, então o gás reformado primário pode também ser usado como gás inflamável. Nesse caso, o gás reformado primário não tem necessariamente que ser fornecido por outro sistema ao queimador 8 (Figura 5) ou à região de combustão do equipamento de reforma de oxidação parcial 16 (Figura 6). É suficiente que apenas o gás oxigênio seja fornecido diretamente ao interior do equipamento de reforma. O espaço próximo da porta de fornecimento de oxigênio dentro do equipamento de reforma 16 se torna região de combustão. Essa região de combustão desempenha substancialmente o mesmo papel de um queimador.

[0166] Note que o gás reformado primário contém uma grande quantidade de gás hidrogênio junto com metano. A velocidade de combustão do gás hidrogênio é geralmente mais rápida comparada com o gás metano, então se o oxigênio for fornecido dentro do equipamento de reforma 16, o hidrogênio no gás reformado é consumido e vapor é produzido. Se o gás for mantido a uma alta temperatura dentro do equipamento de reforma 16, o vapor gerado reforma o metano para produzir hidrogênio, então se um período de tempo suficiente para reter o gás a uma alta temperatura pode ser ajustado dentro do equipamento de reforma 16, não há problema em decompor o metano no gás reformado primário. Entretanto, se o período de tempo para reter o gás não for suficiente, o gás reformado secundário é exaurido antes da reforma do vapor do metano prosseguir suficientemente, então torna-se impossível restaurar o gás hidrogênio consumido pela combustão. Portanto, se se fornecer oxigênio diretamente ao interior do equipamento de reforma 16, é necessário ajustar as dimensões do equipamento de reforma 6 usado como recipiente de reação suficientemente grande.

[0167] Se se fornecer gás oxigênio no gás reformado primário, se riadifícil separar a quantidade do gás reformado primário do gás de combustão a partir do gás reformado primário como um todo, então a taxa de fluxo de fornecimento de gás inflamável nesse caso pode ser menor que 0,2 vezes o limite inferior da taxa de fluxo de fornecimento de gás oxigênio (taxa de fluxo molar) no caso de fornecimento como gás de combustão para o equipamento de reforma através do queimador 18.

Exemplos

[0168] Usando-se os exemplos a seguir, a presente invenção será também explicada. Dito isto, a presente invenção não é limitada a esses exemplos.

Exemplo 1

[0169] O equipamento para a modalidade mostrada na FIG. 4 é usado para produzir gás hidrogênio para fornecimento à parte da cuba de um alto forno. Entretanto, ao invés de soprar diretamente o gás de redução para um alto forno real, um equipamento de recuperação de gás foi fornecido em um local correspondente ao local onde o gás é soprado para a parte da cuba de um alto forno, as condições de temperatura e pressão foram ajustadas para condições de operação típicas na parte da cuba do alto forno, e o gás que flui no equipamento de recuperação de gás foi amostrado e analisado para composição. Falando especificamente, um retentor de gás preenchido com COG refinado como matéria-prima, COG foi usado como fonte de fornecimento de COG, então o COG do retentor de gás foi aumentado em pressão a partir da pressão comum até 1 MPa, então foi preaquecido e fornecido ao reator de reforma de oxidação parcial para produzir gás reformado contendo H2. A reforma de oxidação parcial do COG é executada fornecendo-se gás oxigênio sem adição de vapor. No lado posterior da região usada para a reação de reforma dentro do reator de reforma de oxidação parcial (região alocada para garantir o tempo de residência médio aparente considerado necessário para a reforma), gás contendo CO é fornecido ao interior do reator e misturado com o gás reformado para obter gás de redução a ser fornecido à parte da cuba de um alto forno. Devido à troca de calor entre os gases misturados no processo de produção do gás de redução, o gás reformado a alta temperatura gerado pela reação pé resfriado, enquanto devido ao aquecimento (pré aquecimento) do gás contendo CO à temperatura comum, a temperatura do gás de redução é feita ser um valor adequado para redução na parte da cuba de um alto forno (cerca de 900°C). Se com a mistura com o gás contendo CO à temperatura comum a temperatura adequada do gás de redução acima não puder ser obtida, o gás contendo CO foi preaquecido e então misturado com o gás reformado. Para pré- aquecer a matéria-prima COG e o gás contendo CO, foi usado o trocador de calor ligado ao forno de combustão de gás.

[0170] Para o forno de oxidação parcial, foi usado um forno com diâmetro interno de 0,6 m e um comprimento de 2 m. O tempo de residência do gás matéria-prima dentro do forno de oxidação parcial foi de 80 segundos com base na conversão do gás matéria-prima para uma taxa de fluxo no estado-padrão.

[0171] Os constituintes principais do COG refinado para uso como matéria-prima foram: H2: 55%, CH4: 30%, CO: 7% e CO2: 2% (valores realmente medidos de COG refinado obtido tratando-se COG bruto do forno de coque usando-se carvão não tratado para reduzir a umidade). O gás contendo CO para uso para produção de gás de redução é gás de alto forno (BFG) tratado por um equipamento de absorção física para remover CO2. Os constituintes principais do gás contendo CO2 foram CO: 80% e N2: 18% (valores realmente medidos).

[0172] Gás contendo CO foi fornecido ao reator de reforma de oxi daçãoparcial, sob as três condições a seguir:

[0173] 0,8 vezes a taxa de fluxo do gás reformado

[0174] 1 vez a taxa de fluxo do gás reformado

[0175] 2 vezes a taxa de fluxo do gás reformado

[0176] O COG refinado acima foi fornecido ao forno de oxidação parcial e oxidado parcialmente para obter as composições dos gases reformados mostrados na Tabela 1. A Tabela 1 mostra os resultados obtidos sob as três condições de oxidação parcial a seguir:

[0177] Oxidação parcial 1: O2/C = 0,48, temperatura de preaque- cimento da matéria prima COG = 1000°C

[0178] Oxidação parcial 2: O2/C = 0,48, temperatura de preaque- cimento da matéria-prima COG = 800°C

[0179] Oxidação parcial 3 (exemplo comparativo): O2/C = 0,7, temperatura de preaquecimento da matéria-prima COG = 500°C

[0180] Em termos das composições dos gases reformados, em cada caso, a concentração de H2 excedeu grandemente 35%, então com isso os gases não são adequados como gases de redução para fornecimento à parte da cuba de um alto forno. Tabela 1

[0181] A seguir, os gases reformados da Tabela 1 foram usados misturados com gás contendo CO sob as condições a seguir para produzir os gases de redução.

[0182] Gás de redução (1):

[0183] Gás reformado (oxidação parcial 1) diluído por 1,0 vez a taxa de fluxo do gás contendo CO acima.

[0184] Gás de redução (2):

[0185] Gás reformado (oxidação parcial 2) diluído por 1,0 vez a taxa de fluxo do gás contendo CO acima.

[0186] Gás de redução (3):

[0187] Gás reformado (oxidação parcial 3) diluído por 2,0 vezes a taxa de fluxo do gás contendo CO acima.

[0188] As composições dos gases de redução fornecidos à parte da cuba de um alto forno obtidas como resultado estão mostradas na Tabela 2. As concentrações de CO2 e de H2O em todos os exemplos tiveram níveis sem problemas como gases de redução a serem fornecidosà parte da cuba de um alto forno. Em relação Pás concentrações dos hidrocarbonetos CH4 e, no gás de redução (2) os valores-limite da restrição nos constituintes do gás de redução fornecido à parte da cuba de um alto forno são excedidos e, portanto, não são adequados. Em oposição a isso, o mesmo gás reformado misto com mais gás contendo CO (3) satisfez a condição de concentração de hidrocarbonetos. Os outros gases de redução também satisfizeram as condições restritivas mencionadas acima da concentração de hidrocarbonetos. O ΔCO2 no gás de redução (4) é igual ao valor absoluto de ΔCO2 cortado, mas o efeito de cortar CO2 adicionado através da produção de gás de redução e da fusão de hidrogênio no alto forno não é obtido. Com os gases de redução (1) a (3), o ΔCO2 foi menor que o valor absoluto do ΔCO2 cortado pela fusão do hidrogênio no alto forno, então é possível cortar a quantidade total de geração de CO2 do momento de produção do gás de redução e de fusão do hidrogênio no alto forno. Entretanto, com os gases de redução (1) e (3), ΔCO2 foi próximo do valor absoluto do ΔCO2 no alto forno. Isto é por causa do fornecimento do calor necessário para pré-aquecer a matéria-prima COG (caso de 1) e o fornecimento de calor necessário para pré-aquecer o gás contendo CO para misturar uma grande quantidade de gás contendo CO para diluir a concentração de hidrocarbonetos no gás de redução para um valor permissível (casos de 3 e 4). Tabela 2

[0189] Além disso, das medições, formam obtidos os seguintes resultados:

[0190] Temperatura de pico do gás reformado: na faixa de 1200°C a 1800°C

[0191] Temperatura do gás hidrogênio fornecido à parte da cuba do alto forno: na faixa de 800°C a 900°C

[0192] Faixa de concentração de H2 do gás hidrogênio fornecido à parte da cuba do alto forno: 16% a 33%.

[0193] Nos gases de redução (1) e (3), o gás produzido satisfez a temperatura requerida e as condições de composição do gás hidrogênio fornecido à parte da cuba de um alto forno.

[0194] Dos resultados da simulação explicada acima, fazendo-se a taxa de fluxo de fornecimento do gás de redução à parte da cuba de um alto forno ser uma taxa que excede 0,42 vezes a taxa de fluxo do gás fornecido à ventaneira do alto forno, é possível fornecer hidrogênio a uma parte mais profunda do alto forno e é possível aumentar o efeito da fusão do hidrogênio no alto forno.

Exemplo 2

[0195] O COG extraído de um forno de coque usando carvão re duzido em umidade por um DAPS como matéria-prima foi reformado por um forno de carbonização e refinado. O COG reformado recuperado em um retentor de gás usado como fonte de fornecimento de COG foi usado como matéria-prima COG para uma reação de reforma de oxidação parcial.

[0196] O COG reformado foi produzido conforme a seguir por uma máquina real. O carvão reduzido em umidade por um DAPS de 10% a 4% foi transportado por uma correia transportadora para um tonel de armazenagem acima do forno de coque. Para transportar o carvão desde o tonel de armazenagem até o interior do forno de coque, foi usado um vagão disponibilizado comercialmente. A partir de um tubo ramificado fornecido no tubo de subida do coque do forno de coque, foi extraído COG bruto reduzido na umidade a aproximadamente 800°C por sucção. O COG bruto reduzido na umidade extraído foi fornecido ao forno de carbonização por um tubo de gás mantido em temperatura em seu entorno de modo a evitar que a temperatura caísse.

[0197] O forno de carbonização tem dimensões da seção trans versal da passagem de gás (plano horizontal) de 120 mm x 900 mm e uma altura da direção da passagem de gás de 1200 mm. A camada dos corpos granulares no forno de carbonização foi formada, enquanto se mantinha o catalisador preenchido no forno de carbonização (diâmetro 15 mm, catalisador à base de NiMgO) por um retentor com um fundo em forma de escoadouro. A altura foi 600 mm. Durante a operação, o forno de carbonização foi mantido a 800°C de temperatura por aquecimento externo.

[0198] O CGO bruto reformado do forno de carbonização foi refi nado usando-se um purificador para remover o alcatrão e a maioria da umidade no gás e obter COG reformado. A temperatura do gás COG reformado após passar pelo purificador foi de cerca de 50°C.

[0199] O COG refinado reformado foi transferido por um soprador Roots para um retentor de gás. Uma ramificação foi fornecida na tubulação de gás para o retentor de gás, o COG reformado foi extraído, então ele foi fornecido a um cromatógrafo a gás disponibilizado comercialmente para análise on-line dos constituintes.

[0200] Com base na composição do COG reformado obtido por análise (ver Tabela 3), foi executada a reforma de oxidação parcial similar ao Exemplo 1 (sob condições de O2/C = 0,48 e uma temperatura de preaquecimento do COG reformado de 800°C). A taxa de decomposição dos hidrocarbonetos na oxidação parcial foi de 70%. A reação foi uma reação de desequilíbrio. A seguir, esse gás reformado foi misturado com 1,0 vezes a taxa de fluxo do gás contendo CO (constituintes similares aos do Exemplo 1). Como resultado, foi obtida a redução da composição do gás mostrada na Tabela 3 para fornecimento a uma parte da cuba de um alto forno. Tabela 3

[0201] Dos resultados da Tabela 3, os gases de redução obtidos nesse exemplo satisfazem todas as condições restritivas mencionadas acima nos constituintes de um gás de redução para serem fornecidos à parte da cuba de um alto forno. O ΔCO2 também é suficientemente pequeno de cerca de metade do valor absoluto do ΔCO2 no alto forno, então é possível cortar o CO2 quando adicionado à quantidade de CO2 cortada pela fusão do hidrogênio no alto forno. Além disso, comparar o presente exemplo com os valores reais da composição de COG refinado obtida tratando-se COG bruto de um forno de coque usando-se carvão não tratado para reduzir a umidade como gás matéria-prima na oxidação parcial (ver Exemplo 1), descobre-se que o COG reformado obtido de uma matéria-prima carvão tratada para reduzir a umidade de modo a trabalhar a presente invenção, torna-se possível fornecer uma quantidade maior de H2 ao alto forno. Além disso, a presente invenção é mais vantajosa que qualquer um dos gases de redução do Exemplo 1 pelo fato de que ΔCO2 é menor (exceto para o gás de redução não adequado em composição) e no ponto de emissão de ΔCO2 reduzido.

[0202] Dos resultados da simulação explicada acima, fazendo-se a taxa de fluxo de fornecimento do gás de redução à parte da cuba de um alto forno ser uma taxa que exceda 0,42 vezes a taxa de fluxo do gás fornecido à ventaneira do alto forno, é possível fornecer hidrogênio a uma parte mais profunda do alto forno e é possível aumentar o efeito da fusão do hidrogênio no alto forno.

Exemplo Comparativo 1

[0203] Um tipo convencional de reator de reforma de oxidação parcial que não fornece gás contendo CO ao interior do reator de reforma de oxidação parcial foi usado para produzir gás reformado. Gás contendo CO foi aquecido separadamente independentemente até 800°C por aquecimento externo usando-se um trocador de calor, então foi misturado com o gás reformado acima para descobrir o ΔCO2 quando fornecido à parte da cuba de um alto forno. Como método para isso, a quantidade de CO2 emitida foi calculada a partir do valor medido da quantidade de consumo de calor quando se faz independente- mente o gás contendo CO aumentar em temperatura até 800°C. A seguir, este foi adicionado ao ΔCO2 do gás de redução 3 do Exemplo 1 para calcular o ΔCO2 total. Como resultado, o ΔCO2 foi 0,19 mol- CO2/molH2. Este é um valor que excede grandemente os resultados do Exemplo 1 mostrados como um exemplo preferível (gases de redução (1) e (3) da Tabela 2) e excede o valor absoluto de emissão de ΔCO2 no alto forno (0,16molCO2/molH2), então o CO2 não pode ser cortado. Isto é devido à eficiência do aquecimento do gás contendo CO no presente exemplo comparativo ser menor comparada com a presente invenção.

[0204] Abaixo, será feita uma comparação com um método de produção de gás hidrogênio para fornecimento à parte da cuba de um alto forno usando outro método de reforma que usa COG como matéria prima.

Exemplo Comparativo 2 Reforma catalítica de vapor do COG bruto

[0205] Aqui um forno real foi operado por 2 horas e foi seguido o procedimento a seguir para produzir gás hidrogênio para fornecimento à parte da cuba de um alto forno a partir de COG bruto. O COG bruto extraído do forno de coque foi tratado por um reator de reforma catalítica com vapor adicionado (S/C (número de moléculas de H2O/número de átomos de C nos hidrocarbonetos) = 2) a 700°C ou mais (usado um catalisador à base de NiMgO) para reformá-lo com vapor, e então foi refinado por um purificador para produzir COG reformado. Após a amostragem do gás, o COG reformado teve sua pressão aumentada (0,3 MPa) e sua temperatura aumentada (800°C) e então fornecido à parte da cuba de um alto forno. Apenas a umidade no COG bruto não é suficiente para a reforma com vapor, então vapor a 800°C foi adicionado do exterior de modo que S/C = 2 no reator de reforma catalítica.

[0206] A composição química do gás hidrogênio fornecido à par- te da cuba de um alto forno obtido como resultado e o valor real da quantidade de CO2 emitida ΔCO2 durante a produção de hidrogênio estão mostrados na Tabela 4. ΔCO2 foi calculado a partir do CO2 no gás hidrogênio fornecido à parte da cuba de um alto forno e a quantidade teórica de CO2 no gás de combustão exaurido no caso de se obter o calor teórico da reação na reação de reforma de vapor catalítica + a energia necessária para aumentar a temperatura e aumentar a pressão do COG reformado pela combustão completa de gás natural. Tabela 4

[0207] Nos resultados da Tabela 4, a concentração de metano e a concentração de CO2 foram excessivas, então o gás não foi adequado como gás hidrogênio para fornecimento ao cubo de um alto forno. Além disso, foi aprendido que com apenas uma etapa de reforma, o ΔCO2 excedeu o valor permissível (0,16 molCO2/molH2), então foi excessivo.

Exemplo Comparativo 3 Reforma de oxidação parcial de COG bruto

[0208] A produção de gás hidrogênio para fornecimento à parte da cuba de um alto forno por reforma de oxidação parcial de COG bruto descrito na Publicação de Patente Japonesa No. 2001-220584 será estudada a seguir.

[0209] Na Publicação de Patente Japonesa No. 2001-220584, COG bruto extraído de um forno de coque é reformado por oxidação parcial pela adição de oxigênio puro (usando-se o próprio COG bruto como o gás inflamável), e então refinado por um purificador para obter COG reformado. Considera-se o fornecimento desse COG reformado como o gás de redução (gás hidrogênio fornecido à parte da cuba de um alto forno) para a parte da cuba de um alto forno. A composição química do COG reformado obtido por oxidação parcial mostrada n os Exemplos da Publicação de Patente Japonesa No. 2001-220584 e a quantidade de CO2 emitida ΔCO2 durante a produção do hidrogênio calculada a partir da quantidade de CO2 emitida e das quantidades de hidrogênio emitida do mesmo estão mostradas na Tabela 5. Tabela 5

[0210] Aqui também, foi descoberto que com apenas uma etapa de reforma, ΔCO2 excedeu o valor permissível acima (0,16 mol- CO2/molH2) e foi excessivo. Além disso, a concentração de CO2 também excedeu grandemente o limite superior da concentração como um gás de redução fornecido ao cubo de um alto forno. Este também não foi adequado em termos de constituintes.

Exemplo Comparativo 4 Reforma de vapor catalítico de COG refinado

[0211] A reforma de vapor catalítico de COG re3finado para remo ver a maioria do alcatrão, BTX (benzeno e outros componentes aromáticos), umidade, sulfetos, e nitretos para obter gás combustível. Amplamente usado como combustível em usinas de produção de ferro) será estudada a seguir.

[0212] COG refinado do retentor de gás teve sua temperatura aumentada (800°C) e tratado por um reator catalítico (vapor adicionado (S/C = 2), temperatura da reação 700°C ou mais, usado catalisador à base de NiMgO) para produzir COG reformado. Este foi resfriado, teve sua pressão aumentada (0,3 MPa), e então teve sua temperatura aumentada por aquecimento indireto (800°C) para obter um gás para fornecimento à parte da cuba de um alto forno. A composição do COG reformado foi descoberta por um teste em pequena escala. Assumindo-se esse processo, a razão porque não se fornece diretamente COG reformado a alta temperatura à parte da cuba de um alto forno é a seguinte: com esse processo, devido ao H2S residual contido em grande quantidade no COG refinado, o catalisador é envenenado e perde atividade em m curto período de tempo (várias horas a várias dezenas de horas). Cada vez que o catalisador perde atividade, a operação de reforma tem que ser suspensa e uma operação de regeneração do catalisador tem que ser executada. Portanto, a operação não pode ser dita ser uma operação de reforma contínua. Por essa razão, é difícil conectar diretamente tal equipamento de reação do tipo em grupo à parte da cuba de um alto forno onde é buscado o fornecimento contínuo de gás hidrogênio para garantir a estabilidade das operações (é necessário um retentor de gás ou outro amortecedor de produção).

[0213] A quantidade de CO2 emitida ΔCO2 durante a produção de hidrogênio foi calculada a partir do CO2 nos constituintes acima e a quantidade teórica de CO2 no gás de combustão exaurido no caso de se obter o calor teórico de reação na reação de reforma de vapor + energia necessária para aumentar a temperatura e aumentar a pressãodo COG reformado pela combustão completa de gás natural, Os resultados estão mostrados na Tabela 6. Tabela 6

[0214] Na Tabela 6, a concentração de CO2 excedeu a concentra- ção limite superior do gás de redução fornecido à parte da cuba de um alto forno, então não é adequada. Além disso, ΔCO2 excede o valor permissível acima (0,16 mol/molH2), então o gás produzido nesse exemplo não é adequado como gás de redução a ser fornecido à parte da cuba de um alto forno.

[0215] Dos resultados acima, na técnica anterior típica, é difícil produzir eficientemente gás hidrogênio para fornecimento à parte da cuba de um alto forno sob a condição emissão reduzida de CO2. A superioridade da presente invenção é clara.

[0216] No exemplo a seguir, COG bruto obtido de um forno de co- que sem se usar meios de redução da umidade e COG bruto com umidade reduzida da operação de um forno de coque usando-se um DAPS como meio de redução da umidade e reduzindo-se a umidade do carvão foram usados como gases matéria prima. As composições químicas do COG bruto e do COG bruto com umidade reduzida estão mostradas na Tabela 7. Tabela 7

Exemplo Comparativo 5

[0217] O COG extraído de um forno de coque usando carvão tra tado para reduzir a umidade por DAPS foi tratado em um forno de car-bonização (temperatura 700°C ou mais, catalisador usado à base de Ni-MgO) para produzir gás reformado primário. Este foi passado através de um purificador para refiná-lo, então teve sua pressão aumentada (0,3 MPa) e sua temperatura aumentada, sem oxidação parcial, por aquecimento indireto (800°C) e foi fornecido à parte da cuba de um alto forno.

[0218] No tratamento para reduzir a umidade por DAPS, a umida- de do carvão foi reduzida de 75% para 4%. O carvão com umidade reduzida foi transportado por uma correia transportadora até um tonel de armazenagem acima do forno de coque, então foi transportado por uma vagoneta disponibilizada comercialmente do tonel de armazena- gem até o interior do forno de coque. A partir do tubo ramificado fornecido no tubo de subida de coque do forno de coque um COG bruto com umidade reduzida a aproximadamente 800°C foi extraído por sucção. O COG bruto de umidade reduzida extraído foi fornecido ao forno de carbonização por um tubo de gás mantido em uma temperatura nessa vizinhança de modo a evitar que a temperatura caísse.

[0219] O forno de carbonização teve seção transversal de passa gem de gás (plano horizontal) com dimensões de 120 mm x 900 mm e uma altura na direção de passagem do gás de 1200 mm. A camada de corpos granulares (camada catalisadora) no forno de carbonização foi formado enquanto se mantinha o catalisador (diâmetro 15 mm) no forno de carbonização por um retentor com um fundo em forma de escoadouro. A altura foi de 600 mm. Durante a operação, o forno de carbonizaçãofoi mantido a uma temperatura de 800°C por aquecimento externo e foi operado por 2 horas para gerar 4 kg de coque. A menos que indicado de forma diferente, o coque (carbono sólido) depositado na camada de catalisador do forno de carbonização não foi separado e recuperado da camada de catalisador durante a operação. Se se separar e recuperar periodicamente o coque (carbono sólido) depositado na camada de catalisador, o tempo de operação foi feito ser 24 horas.

[0220] Como equipamento de refino, foi usado um purificador. O alcatrão e a maioria da umidade no COG bruto com umidade reduzida foram removidos para produzir o gás reformado primário. A temperatura do gás após passar pelo purificador foi de cerca de 50°C. Uma ramificação para uso em amostragem foi fornecida no tubo de passagem do gás no lado de saída do purificador, o gás reformado primário foi extraído, então esse foi fornecido a um equipamento de cromatografia gasosa disponibilizado comercialmente para análise on-line dos constituintes. Os resultados da análise estão mostrados na Tabela 8 ("Decomposição térmica do COG bruto com umidade reduzida"). Tabela 8

[0221] A quantidade de CO2 emitida durante a produção de hidrogê nio foi calculada a partir da quantidade de CO2 no gás reformado primário e da quantidade teórica de CO2 no gás de combustão exaurido no caso de se obter o calor teórico da reação na reação de decomposição térmica acima + energia necessária para aumentar a temperatura e aumentar a pressão do gás reformado primário pela combustão completa do gás natural. Os resultados do cálculo estão mostrados na Tabela 2 como valoresΔCO2. O valor obtido (0,13%) está dentro da faixa do valor permissí- vel da quantidade de CO2 gerada quando se produz hidrogênio permitido quando produzir o 1 mol acima mencionado de gás hidrogênio (0,16 molCO2 / molH2) (em NPTL 2, quantidade de CO2 emitidos durante a fabricação de hidrogênio permitido quando na produção de gás hidrogênio 1 mol), enquanto as concentrações de metano e hidrogênio são excessivas. Com isto, a aplicação para reduzir o gás para fornecimento à parte da cuba de um alto forno não é possível.

Exemplo Comparativo 6

[0222] A composição química do gás reformado secundário e a quantidade de CO2 emitida durante a produção de hidrogênio combinando as reformas primária e secundária no caso de se usar gás reformado primário obtido pela decomposição térmica do COG bruto com umidade reduzida do Exemplo Comparativo 5 com uma quantidade de CO2 emitida durante a produção de hidrogênio dentro da faixa acima de valores permissíveis para produzir o gás reformado secundário por reforma de vapor catalítica foram calculados por cálculos termodinâmicos assumindo condições de equilíbrio na temperatura de reação da reforma secundária. Em relação à reforma secundária, os valores das quantidades de geração dos constituintes no momento de 100% de decomposição do metano obtido pelos cálculos de equilíbrio e os valores obtidos quando se faz as quantidades de geração dos constituintes respectivamente 70% dos valores no momento de 100% de decomposição do metano e assumindo 30% de metano no gás reformado primário que permanece como gás reformado foram usados (na reforma, cerca de 100% da decomposição de metano (equilíbrio) não é sempre obtido, então um exemplo em que o metano é decomposto incompletamente será também estudado). A Tabela 9 mostra as quantidades de geração dos constituintes no momento de 100% de decomposição do metano usado e as quantidades de gera- ção dos constituintes no momento da decomposição de 70%. Tabela 9

[0223] Os constituintes do gás obtido por uma reação de reforma de vapor ou reação de oxidação parcial (sem catalisador) sob condições que excedem grandemente 1000°C são sabidas estar próximas da composição de equilíbrio na temperatura final da reação (substancialmente a temperatura do lado de saída do reator) se ajustar suficientemente o tempo de residência do gás no reator, então calculando- se os constituintes de equilíbrio, é possível avaliar a performance da reforma de uma reação de reforma de vapor ou reação de oxidação parcial (sem catalisador) sob condições que excedem grandemente 1000°C.

[0224] O gás reformado secundário obtido por reforma de vapor catalítica foi produzido aumentando-se a temperatura do gás reforma-doprimário (para 800°C) e tratá-lo no reator catalítico vapor adicionado (S/C (número de moléculas de H2O/número de átomos de C em hidrocarbonetos) = 2, temperatura de reação 700°C ou mais, e um catalisador usado à base de Ni-MgO). O gás reformado secundário assim produzido foi resfriado uma vez, teve sua pressão aumentada (0,3 MPa), e então teve sua temperatura aumentada por aquecimento indireto (800°C) para obter um gás a ser fornecido à parte da cuba de um alto forno.

[0225] A quantidade de CO2 emitida durante a produção de hidro gênio foi calculada a partir do CO2 derivado da energia fornecida no momento da reforma primária, o CO2 nos constituintes acima, e a quantidade teórica de CO2 no gás de combustão exaurido no caso de obter o calor teórico de reação na reação de reforma de vapor acima + energia necessária para aumentar a temperatura e aumentar a pressão do gás reformado secundário pela combustão completa do gás natural. Os resultados estão mostrados na Tabela 9.

[0226] Tanto na composição de equilíbrio no momento de 100% de decomposição do metano quanto na composição reformada 70% de desequilíbrio, a quantidade de CO2 emitida durante a produção de hidrogênio excedeu o valor permissível acima (0,16 molCO2/molH2) então foi excessiva. Consequentemente, o gás reformado secundário desse exemplo não é adequado como gás de redução para fornecimentoà parte da cuba de um alto forno. Além disso, a umidade e o hidrogênio no gás reformado secundário foram excessivos (valor per- missível: 10%). Com isso, o fornecimento à parte da cuba de um alto forno não é possível.

Exemplo Comparativo 7

[0227] A reforma de vapor catalítico de COG bruto (COG obtido a partir do forno de coque sem usar meios de redução da umidade, para composição, ver a Tabela 7) será explicada a seguir.

[0228] COG bruto extraído de um forno de coque (operado por 24 horas) foi tratado por um reator catalítico (800°C vapor adicionado (S/C = 2), temperatura da reação 700°C ou mais, catalisador usado à base de Ni-MgO) para produzir gás reformado secundário. Este foi passado através de um purificador para refiná-lo, e então teve sua pressão aumentada (0,3 MPa) e sua temperatura aumentada por aquecimento indireto (800°C) para obter gás para fornecimento à parte da cuba de um alto forno. Como explicado no Exem-plo Comparativo 6, as quantidades de geração dos constituintes do gás reformado secundário no momento de decomposição de 100% de metano e as quantidades de geração dos constituintes no momento de decomposição de 70% foram descobertas por cálculo. Além disso, a quantidade de CO2 emitido durante a produção de hidrogênio foi calculada a partir do CO2 nos constituintes acima e a quantidade teórica de CO2 no gás de combustão exaurido no caso de obtenção do calor teórico da reação do vapor catalítico acima + energia necessária para aumentar a temperatura e aumentar a pressão do gás reformado pela combustão completa do gás natural. Os resultados obtidos estão mostrados na Tabela 10. Tabela 10

[0229] Tanto na composição de equilíbrio no momento de decom- posição de 100% de metano quanto no desequilíbrio de 70% de decomposição reformada, a quantidade de CO2 emitida durante a produção do hidrogênio excedeu o valor permissível acima (0,16 mol- CO2/molH2) então foi excessiva. Consequentemente, o gás reformado secundário desse exemplo não é adequado como gás de redução para fornecimento da parte da cuba de um alto forno.

[0230] Exemplo comparativo 8

[0231] Será explicado o exemplo de produção de gás reformado primário por decomposição térmica de COG bruto com umidade reduzida em um forno de carbonização e produção de gás reformado secundário por reforma de vapor catalítico.

[0232] Para produzir o gás reformado primário, foi usado o gás re formado primário obtido pela decomposição térmica do COG bruto com umidade reduzida do Exemplo Comparativo 5. A seguir, o gás reformado primário teve sua temperatura aumentada (800°C) e foi tratado pelo reator catalítico (vapor adicionado (S/C = 2, temperatura da reação 700°C ou mais, catalisador usado à base de Ni-MgO) para produzir o gás reformado secundário. Este foi resfriado até uma temperatura comum, e então teve sua pressão aumentada (0,3 MPa) e teve sua temperatura aumentada (800°C) para obter gás para fornecimento à parte da cuba de um alto forno. Como explicado no Exemplo Comparativo 6, as quantidades de geração dos constituintes no momento da decomposição de 100% do metano do gás reformado secundário e as quantidades de geração dos constituintes no momento de decomposição de 70% foram descobertos por cálculo.

[0233] A quantidade de CO2 emitida durante a produção de hidro gênio foi calculada a partir do CO2 derivado da energia fornecida no momento da reforma primária, do CO2 nos constituintes acima, e da quantidade teórica de CO2 no gás de combustão exaurido no caso de obtenção do calor teórico de reação na reação de reforma de vapor catalítico acima + energia necessária para aumentar a temperatura e aumentar a pressão do gás reformado secundário pela combustão completa do gás natural. Os resultados estão mostrados na Tabela 11. Tabela 11

[0234] Tanto na composição de equilíbrio no momento de decom posição de 100% do metano quanto na reforma de desequilíbrio de 70% da composição, a quantidade de CO2 emitida durante a produção de hidrogênio excedeu o valor permissível (0,16 molCO2/molH2) e foi excessiva. Consequentemente, nesse exemplo, o gás reformado secundário não é adequado como gás de redução para fornecimento à parte da cuba de um alto forno. Além disso, a umidade e o hidrogênio no gás reformado secundário são excessivos. Com este no estado em que se encontra, o fornecimento à parte da cuba de um alto forno não é possível.

Claims

1. Método para fornecimento de um gás de redução con-tendohidrogênio à uma parte da cuba de um alto forno, caracterizado pelo fato de que compreende: produzir um gás de redução pelo aumento da temperatura dentro de um reator no qual um gás contendo oxigênio é fornecido a um gás de forno de coque preaquecido até 1200 a 1800°C para reformar o gás de forno de coque e assim produzir gás reformado enriquecido com gás hidrogênio, e então misturar o gás contendo CO com aquele gás reformado no reator para ajustar a concentração de hidrogênio para 15 a 35% em volume (úmido) e fornecer o gás de redução à parte da cuba do alto forno sob uma condição de uma razão de fluxo de sopro do gás de redução para a parte da cuba / taxa de fluxo de sopro de um gás para a ventaneira > 0,42.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás contendo oxigênio é gás oxigênio e o método de reformar o gás pelo aumento da temperatura no reator até 1200 a 1800°C é oxidação parcial do gás de forno de coque pré aquecido.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás contendo oxigênio é vapor produzido pela combustão de hidrocarbonetos e o método de reformar o gás pelo aumento da temperatura no reator até 1200 a 18000°C é misturar gás de combustão dos hidrocarbonetos com o gás de forno de coque pré aquecido.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) uma etapa de aumentar a pressão do gás de forno de coque, (b) uma etapa de ajustar a taxa de fluxo do gás de forno de coque, (c) uma etapa de pré-aquecer o gás de forno de coque, e (d) uma etapa de aumentar a temperatura do gás de forno de coque pré-aquecido dentro do reator no qual o gás oxigênio é fornecidoaté 200 a 1800°C e reformar o gás por oxidação parcial para produzir gás reformado enriquecido com gás hidrogênio, e então misturar no gás reformado o gás contendo CO no reator para ajustar a concentração de hidrogênio do gás reformado para 15 a 35% em volume (úmido) e a temperatura para 800 a 1000°C para produzir gás hidrogênio para uso em reforma para fornecer à parte da cuba do alto forno.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a concentração de CO no gás contendo CO é 50% em volume a menos de 99% em volume (seco), a concentração de CO2 é 0% em volume (seco) a menos de 1% em volume (seco), a concentração de H2 é 0% em volume (seco) a menos de 35% em volume (seco), e a concentração de N2 é 1% em volume (seco) a menos de 20% em volume (seco).

6. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o gás contendo CO é gás de alto forno, gás de conversor, ou gás de síntese tratado para remover CO2.

7. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o gás reformado enriquecido com hidrogênio contém um gás hidrocarboneto em, uma quantidade de 1% a 5%.

8. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a taxa de fluxo de fornecimento (mol/s) do gás oxigênioé 0,4 a menos de 0,5 vezes a taxa de fluxo do fornecimento (mol/s) de átomos de carbono contidos nos hidrocarbonetos no gás de forno de coque.

9. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que, como gás de forno de coque, é usado gás de forno de coque reformado obtido pelo tratamento de gás de forno de coque bruto, obtido a partir de um forno de coque fornecido com meios para reduzir a umidade no gás de foro de coque bruto emitido, em um forno de carbonização mantido a 700°C ou mais para decompor os hidro- carbonetos no gás de forno de coque bruto.

10. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a etapa de aumentar a presença do gás de forno de coque e a etapa de ajustar a taxa de fluxo do gás de forno de coque são executadas nessa ordem ou na ordem inversa antes da etapa de pré-aquecer o gás de forno de coque.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: (a) uma etapa de passar o gás de forno de coque de um forno de coque através de um forno de carbonização e decompor os hidrocarbonetos no forno de coque em coque e hidrogênio para assim fazer a concentração de hidrogênio aumentar, (b) uma etapa de remover o alcatrão e pelo menos uma parte da umidade no gás que passa através de um forno de carbonizaçãopara produzir um primeiro gás reformado, (c) uma etapa de aumentar a pressão do primeiro gás reformado, (d) uma etapa de pré-aquecer o primeiro gás reformado com pressão aumentada, (e) uma etapa de fornecer o primeiro gás reformado prea- quecido até um equipamento de reforma por oxidação parcial e fornecergás de combustão ao equipamento de reforma por oxidação parcial para também reformar os hidrocarbonetos no primeiro gás reformado para fazer a concentração de hidrogênio aumentar para produzir um segundo gás reformado, e (f) uma etapa de fornecer o segundo gás reformado de uma porta de fornecimento de gás levando à parte da cuba do alto forno para o interior do alto forno.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ainda compreende aumentar a pressão do primeiro gás reformado até pelo menos 0,2 MPa de pressão.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ainda compreende pré-aquecer o primeiro gás reformadoaté 800 a 1000°C.

14. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ainda compreendendo fornecer gás de combustão ao equipamento de reforma por oxidação parcial, por (i) fornecer gás de combustão obtido pelo fornecimento de gás oxigênio e gás inflamável a uma queima, (ii) fornecer de gás oxigênio e gás inflamável ao equipamento de reforma parcial para gerar gás de combustão dentro do equipamento de reforma por oxidação parcial e fornecimento do mesmo, ou (iii) fornecer gás oxigênio para o interior dos equipamentos de reforma de oxidação parcial para fazer parte do primeiro gás reformado queimar e fornecer o mesmo.

15. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ainda compreende, antes de pré-aquecer o primeirogás reformado, reter temporariamente o gás com pressão aumentada em um retentor de gás e também aumentar a pressão do gás a partir desse retentor de gás.