BRPI0924445B1 - Process of recycling of high-oven gas and associated device - Google Patents

Description

"PROCESSO DE RECICLAGEM DE GÁS DE ALTO-FORNO E DISPOSITIVO ASSOCIADO

[001] A presente invenção refere-se a um processo de reciclagem de gás de alto-forno no qual pelo menos uma parte dos gases oriunda do alto-forno sofre uma etapa de purificação de C02, de forma a criar um gás rico em CO que é reinjetado no alto-forno. A invenção refere-se, além disso, a um dispositivo que aplica esse processo.

[002] O alto-forno é um reator químico à contracorrente de gases-líquidos-sólidos, cuja finalidade principal é a produção de ferro fundido, posteriormente convertida em aço por redução de seu teor em carbono.

[003] O alto-forno é alimentado com matérias sólidas, principalmente em aglomerado, esferas, minério de ferro e em coque no nível de sua parte superior. Os líquidos constituídos de ferro fundido e de escória são evacuados no nível do cadinho em sua parte inferior.

[004] A transformação da carga ferrífera (aglomerado, esferas e minério de ferro) em ferro fundido é feita, de forma tradicional por redução dos óxidos de ferro por um gás redutor (contendo notadamente CO, H2 e N2) que se forma por combustão do coque no nível das tubulações situadas na parte baixa do alto-forno onde o ar preaquecido a uma temperatura compreendida entre 1000 e 1300°C, denominado vento quente, é injetado.

[005] Para aumentar a produtividade e reduzir os custos, injetam-se também combustíveis auxiliares nas tubulações, tais como o carvão sob a forma pulverizada, óleo combustível, gás natural ou outros combustíveis, associados ao oxigênio que vem enriquecer o vento quente.

[006] Os gases recuperados no nível da parte superior do alto-forno denominados gases de boca de alto-forno são principalmente constituídos de CO, C02, H2 e N2 em proporções respectivas de aproximadamente 22%, 22%, 3% e 53%. Esses gases são geralmente utilizados em outras partes da usina como combustível. Os altos-fornos são, portanto, produtores importantes de C02.

[007] Ora, diante do aumento considerável da concentração do C02 na atmosfera, a partir do início do último século, é essencial reduzir as emissões do C02 onde é produzido em grande quantidade e, portanto, notadamente nos altos-fornos.

[008] Nesse sentido, durante os 50 últimos anos, o consumo dos agentes redutores no alto-forno foi reduzido pela metade de modo que, no presente, nos altos-fornos de configuração tradicional, o consumo de carbono atingiu um limite baixo ligado às leis da termodinâmica.

[009] Uma via conhecida de redução suplementar das emissões de C02 é a reintrodução do alto-forno dos gases de boca de alto-forno purificados em C02 e ricos em CO. A utilização do gás rico em CO como agente redutor permite assim diminuir o consumo em coque e, portanto, as emissões de C02.

[010] Em uma configuração preferida, a reintrodução do CO é feita em dois níveis, por um lado, no nível das tubulações a uma temperatura de aproximadamente 1200°C, mais amplamente compreendida entre 1000 e 1300°C, e, por outro lado, no nível da cuba, nas proximidades do ângulo cuba-barriga do alto-forno, a uma temperatura de aproximadamente 900 °C, mais amplamente compreendida entre 1000 e 1300°C. Descreve-se esse sistema conhecido com referência à figura 1.

[011] O alto-forno 1 é alimentado com coque, em aglomerado, em esferas, e em minério de ferro 2 pela linha 3 no ponto 4. O ferro fundido e a escória 5 são recuperados no ponto 6 no nível do cadinho pela linha 7. O oxigênio e o carvão e/ou outros agentes redutores auxiliares 8 são introduzidos no ponto 9 no nível das tubulações pela linha 10.

[012] Os gases de boca de alto-forno são recuperados no ponto 11 da parte superior do alto-forno por intermédio da linha 12. Uma parte desses gases de boca de alto-forno é exportada via a canalização 14 em um outro dispositivo do local. A outra parte dos gases de boca de alto-forno é reciclada no alto-forno por intermédio da canalização 15.

[013] Essa parte dos gases de boca de alto-forno destinada a ser reciclada é purificada da maior parte de seu C02 por intermédio de um purificador de C02. Esse purificador 16 pode, por exemplo, consistir em um processo de absorção físico-química, utilizando uma solução de aminas, ou um processo de adsorção modulada em pressão, denominada PSA (Pressure Swing Adsorption), ou um processo de adsorção com regeneração sob vácuo denominado VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorption), esses processos podendo ser ou não associados a uma etapa suplementar de criogenia destinada a produzir C02 puro 17 pronto para ser estocado nos subsolos (fala-se então de estocagem geológica) ou a ser utilizado em aplicações específicas como a indústria alimentícia ou a recuperação assistida de hidrocarbonetos em jazidas em fim de exploração.

[014] O gás rico em CO 18 é em seguida aquecido em trocadores térmicos 24, comumente denominados "cowpers", depois introduzido no alto-forno 1 a uma temperatura compreendida entre 700 e 1000°C no ponto 20 de uma linha de injeção alta 21 e a uma temperatura compreendida entre 1000°C e 1300°C no ponto 22 de uma linha de injeção baixa 23.

[015] A vazão específica de gás rico em CO requerido para a linha de injeção alta 21 está compreendida entre 300 e 600 Nm3 por tonelada de ferro fundido e para a linha de injeção baixa 23, está compreendida entre 200 e 500 Nm3 por tonelada de ferro fundido.

[016] A dificuldade dessa configuração é de controlar essas vazões. Com efeito, o gás rico em CO que circula nas linhas de injeção baixa 23 e alta 21 está a uma temperatura superior a 700 °C para a linha de injeção alta e superior a 1000°C para a linha de injeção baixa, e não é possível utilizar válvulas de regulagem clássicas, já que estas não resistem a essas temperaturas, em particular sobre linhas de circulação de gás redutor.

[017] A invenção permite prevenir esse problema, propondo um processo e um dispositivo associado, permitindo assegurar a injeção de gás rico em CO no alto-forno no nível das linhas de injeção baixa e alta às temperaturas e às vazões requeridas, assegurando a segurança do dispositivo notadamente se um dos trocadores térmicos estiver fora de estado de funcionamento.

[018] Para isso, a invenção tem por objeto principal um processo de reciclagem de gás de alto-forno, no qual pelo menos uma parte dos gases oriundos do alto-forno sofre uma etapa de purificação de C02, de forma a criar um gás rico em CO que é reinjetado em um primeiro ponto de injeção alto situado acima da base do alto-forno a uma temperatura compreendida entre 700 e 1000°C no nível de uma linha de injeção alta, e em um segundo ponto de injeção baixo à base do alto-forno a uma temperatura compreendida entre 1000°C e 1300°C no nível de uma linha de injeção baixa, no qual os gases das linhas de injeção baixa e alta são aquecidos por meio de aquecedores dos quais os gases saem a uma temperatura compreendida entre 1000°C e 1300°C. Esse processo é caracterizado pelo fato de uma parte do gás rico em CO na saída da etapa de purificação estar diretamente introduzida na linha de injeção alta via uma linha de injeção em gás frio (35) para obter uma temperatura compreendida entre 700 e 1000°C no primeiro ponto de injeção alto e pelo fato de a regulagem das vazões de gás no nível dos pontos de injeção baixo e alto ser feita a montante do sistema de aquecedores.

[019] O processo da invenção pode também comportar as características opcionais a seguir consideradas isoladamente ou em combinação: - mede-se a temperatura no nível da linha de injeção alta e se ajusta a vazão de gás frio a ser introduzida nessa linha de injeção alta, segundo a temperatura medida anteriormente; - os gases das linhas de injeção alta e baixa são aquecidos por dois sistemas de aquecedores independentes, efetuam-se medidas de vazões de gás que permitem avaliar as vazões de gás no nível dos pontos respectivos de injeção baixo e alto, e ajustam-se as vazões de gás a serem introduzidas respectivamente no primeiro e no segundo sistemas de aquecedores, segundo as vazões de gases avaliadas anteriormente; - mede-se a vazão de gás que circula sobre a linha principal do gás purificado em CO2, antes da linha de injeção de gás frio e a vazão de gás à entrada do sistema de aquecedores da linha de injeção baixa, e ajustam-se as vazões de gases a serem introduzidas respectivamente no primeiro e no segundo sistema de aquecedores para serem obtidas as vazões de gases visadas no nível dos pontos respectivos de injeção baixo e alto; - a regulagem das vazões de gás a serem introduzidas no primeiro e no segundo sistemas de aquecedores é feita, por um lado, ajustando a vazão de gás sobre a linha principal de transporte do gás purificado em CO2, antes da linha de injeção de gás frio, agindo seja diretamente sobre a vazão de gás dessa linha, seja sobre um compressor situado a montante do purificador de CO2 16 no qual passa 0 gás ou seja sobre uma turbina de expansão eventualmente compreendida no purificador de CO2 e, por outro lado, ajustando-se a vazão de gás à entrada do sistema de aquecedores da linha de injeção baixa; - oscila-se de uma configuração na qual os gases das linhas de injeção alta e baixa são aquecidos pelos dois sistemas de aquecedores independentes em uma configuração na qual os gases da linha de injeção alta e baixa são aquecidos por um único sistema de aquecedor; - na configuração com um sistema de aquecedores, mede-se a vazão de gás que circula sobre a linha principal de transporte do gás purificado em CO2 18, antes da linha de gás frio e ajusta-se a vazão de gás a ser introdu- zida no único sistema de aquecedor; - nessa configuração, mede-se a vazão de gás que circula em uma ou outra ou nas duas linhas de injeção baixa e alta de forma a avaliar a vazão de gás no nível dos pontos de injeção baixo e/ou alto e os gases de uma ou outra ou das duas linhas de injeção baixa e alta passam em um sistema de perdas de cargas singulares, de forma a agir, mesmo sensivelmente, sobre as vazões de gases dos pontos de injeção baixo e/ou alto; - a temperatura dos gases da linha de injeção baixa no nível do ponto de injeção na parte baixa do alto-forno é de aproximadamente 1200°C e a temperatura dos gases da linha de injeção alta no nível do ponto de injeção nas proximidades do ângulo cuba-barriga do alto-forno é de aproximadamente 900 °C.

[020] A invenção refere-se também a um dispositivo de reciclagem de gás de alto-forno comportando: - um purificador de CO2 no qual circula pelo menos uma parte dos gases oriundos do alto-forno de forma a criar um gás rico em CO; - uma linha de injeção alta pela qual o gás rico em CO oriundo do purificador é injetado em um primeiro ponto de injeção alto acima da base do alto-forno a uma temperatura compreendida entre 700 e 1000°C; - uma linha de injeção baixa pela qual 0 gás rico em CO oriundo do purificador é injetado em um segundo ponto de injeção baixo na parte baixa do alto-forno a uma temperatura compreendida entre 1000 e 1300°C; - dois sistemas de aquecedores que permitem aquecer respectivamente 0 gás das linhas de injeção alta e baixa; - uma linha de alimentação com gás frio da linha de injeção alta pela qual uma parte do gás rico em CO na saída do purificador é introduzida na linha de injeção alta no nível de um ponto de injeção em gás frio para a obtenção de uma temperatura compreendida entre 700 e 1000°C no ponto de injeção alto do alto-forno; e - um sistema de regulagem das vazões de gás no nível dos pontos respectivos de injeção baixo e alto que ficam situados a montante dos sistemas de aquecedores.

[021] O dispositivo da invenção pode também compreender as seguintes características opcionais consideradas isoladamente ou em combinação: - o dispositivo comporta: - pelo menos um sistema de medida da temperatura do gás sobre a linha de injeção alta; e - pelo menos um sistema que permite ajustar a vazão de gás frio a injetar na linha de injeção alta, segundo a temperatura dos gases dessa linha de injeção alta; - o sistema de regulagem das vazões de gás no nível dos pontos respectivos de injeção baixo e alto comporta: - pelo menos um sistema de medida de vazão de gás que permite avaliar as vazões de gás das linhas de injeção baixa e alta no nível dos pontos de injeção baixo e alto; - um sistema que permite ajustar as vazões de gás à entrada de cada um dos sistemas de aquecedores, segundo as vazões de gases avaliadas das linhas de injeção baixa e alta; - o dispositivo compreende: - um sistema de medida da vazão de gás no nível da linha principal de transporte do gás purificado em CO2 antes da linha de injeção de gás frio; - um sistema de medida de vazão de gás à entrada do sistema de aquecedores da linha de injeção baixa; - um sistema que permite ajustar a vazão de gás no nível da linha principal de transporte do gás purificado em CO2, antes da linha de injeção de gás frio; e - um sistema que permite ajustar a vazão de gás à entrada do sistema de aquecedores da linha de injeção baixa; - 0 sistema que permite ajustar a vazão de gás no nível da linha principal de transporte de gás purificado em CO2, antes da linha de injeção de gás frio seja uma válvula de regulagem, seja um compressor situado a montan- te do purificador de CO2, no qual circula 0 gás ou seja sobre uma turbina de expansão eventualmente compreendida no purificador de CO2; - os sistemas de aquecedores são trocadores térmicos que comportam, cada um, um sistema de aquecimento do gás e um sistema de acúmulo de calor, cada um desses trocadores podendo oscilar da função de acumulador de calor à função de aquecimento de gás e reciprocamente, de forma a manter a temperatura do gás na saída do sistema de aquecedores relativamente estável a uma temperatura compreendida entre 1000 e 1300°C; - 0 dispositivo compreende elementos de oscilação, permitindo passar da configuração, na qual os gases da linha de injeção alta e baixa são aquecidos pelos dois sistemas de aquecedores independentes, a uma configuração na qual os gases das linhas de injeção alta e baixa são aquecidos por um único sistema de aquecedores, independentes em uma configuração, na qual os gases das linhas de injeção alta e baixa são aquecidos por um único sistema de aquecedores; - os elementos de oscilação compreendem uma primeira válvula capaz de colocar em relação às duas canalizações de introdução de gás no primeiro e no segundo sistemas de aquecedores e uma segunda válvula capaz de colocar em relação às linhas de injeção alta e baixa, antes do ponto de injeção do gás frio na linha de injeção alta; - o dispositivo comporta, sobre uma ou outra ou as duas linhas de injeção e alta, perdas de cargas singulares, permitindo agir sobre as vazões de gases do ponto de injeção baixo e/ou alto.

[022] A invenção será melhor compreendida com a leitura da descrição que se segue, dada com referência às figuras anexadas, nas quais: - a figura 1, já descrita, representa um dispositivo conhecido de reciclagem do gás de boca de alto-forno; - a figura 2 representa um sistema de aquecedores constituído de três cowpers; - a figura 3 representa esquematicamente o processo e o dispositivo associado da invenção, para a configuração na qual os gases das linhas de injeção alta e baixa são aquecidos por dois sistemas de aquecedores independentes; e - a figura 4 representa esquematicamente o processo e o dispositivo utilizado para a configuração, na qual os gases das linhas de injeção alta e baixa são aquecidos por um único sistema de aquecedores, por exemplo, em caso de problema com um dos trocadores térmicos.

[023] Os elementos comuns dos dispositivos das figuras 1,3 e 4 portam as mesmas referências. Por precaução de simplificação, a injeção dos combustíveis auxiliares e a recuperação do ferro fundido e da escória não estão representados nas figuras 3 e 4, mas são evidentemente etapas presentes nos processos ilustrados nessas figuras.

[024] Com referência à figura 3, o alto-forno 1 é alimentado com coque, minério de ferro, em esferas e em aglomerado 2 pela linha 3 no ponto 4.

[025] Os gases de boca de alto-forno são recuperados no ponto 11 da parte superior do alto-forno por intermédio da linha 12. Uma parte desses gases de boca de alto-forno é exportada 13, através da canalização 14 em um outro dispositivo da linha. A outra parte é reciclada no alto-forno por intermédio da canalização 15.

[026] Essa parte dos gases de boca de alto-forno destinada a ser reciclada é passada em um compressor 19 e é purificada em C02, por intermédio de um purificador de C02 16, tal como uma unidade de absorção às aminas, um VPSA, um PSA ou de seus dispositivos associados a uma etapa suplementar de criogenia. No exemplo da figura 3, o purificador de C02 é um VPSA 16. Por outro lado, o compressor 19 pode ser integrado ao VPSA 16; ele é representado à parte do VEPSA para maior clareza. O C02 17 é estocado no subsolo, após ter sofrido tratamentos apropriados se necessário.

[027] Uma parte do gás rico em CO oriundo do VPSA 16 circula sobre uma linha de transporte principal 18 e é enviada através de uma canalização 31 para um primeiro sistema de aquecedores 30 no qual é aquecido a uma temperatura de aproximadamente 1200°C. O gás quente rico em CO oriundo desse primeiro sistema de aquecedores 30 é injetado no ponto 22 na parte baixa do alto-forno no nível das tubulações por intermédio de uma linha de injeção baixa 23.

[028] Uma outra parte do gás rico em CO oriundo do VPSA 16 é enviada através de uma canalização 32 para um segundo sistema de aquecedores 33 no qual é também aquecido a uma temperatura de aproximadamente 1200°C. O gás quente rico em CO oriundo desse segundo sistema de aquecedores é misturado no ponto de injeção 34 com gás rico em CO oriundo do VPSA que está a uma temperatura próxima da ambiente por intermédio de uma linha de alimentação com gás frio 35.

[029] A mistura desses dois gases, segundo um modo de funcionamento que será explicado depois permite obter um gás rico em CO a uma temperatura de aproximadamente 900 °C, que é injetado no ponto 20 nas proximidades do ângulo cuba-barriga do alto-forno por intermédio de uma linha de injeção alta 21.

[030] Uma primeira válvula de regulagem 36 fica situada sobre a linha principal de transporte do gás purificado em C02 18, antes da linha de injeção de gás frio 35. Essa válvula 36 é ligada a um sistema de medida da vazão de gás 38 situado também sobre a linha principal de transporte do gás purificado em C02 18, antes da linha de injeção de gás frio 35. Note-se, alternativamente, a possibilidade de regular a vazão da linha principal do gás purificado em CO 18 no lugar da válvula de regulagem 36 pelo compressor 19 do VPSA 16 conforme representado em pontilhados na figura 3.

[031] Uma segunda válvula de regulagem 37 fica situada sobre a canalização 31 à entrada do primeiro sistema de aquecedores 30. Essa válvula 37 é ligada a um sistema de medida da vazão de gás 39 situado também sobre essa canalização 31.

[032] O dispositivo da invenção comporta também uma válvula de regulagem 40 situada sobre a linha de alimentação com gás frio 35 que permite ajustar a vazão desse gás frio a injetar na linha de injeção alta 21, segundo a temperatura dos gases dessa linha que é medida por um sistema apropriado 41 e isto a fim de que o gás rico em CO, que é injetado nas proximidades do ângulo cuba-barriga do alto-forno, permaneça a uma temperatura relativamente estável de aproximadamente 900 °C.

[033] As medidas das vazões de gás na saída do VPSA 16 e à entrada do primeiro sistema de aquecedores 30 permitem ajustar as vazões de gás no nível dos pontos de injeção baixo 22 e alto 20 no alto-forno por intermédio das válvulas 36 e 37.

[034] O controle das vazões de gás rico em CO, a montante dos sistemas de aquecedores, e o controle da vazão de gás frio a injetar sobre a linha de injeção alta 21 permitem obter um sistema no qual as temperaturas e as vazões dos gases ricos em CO injetados no alto-forno são relativamente estáveis e controlados sem que seja necessário utilizar válvulas de regulagem sobre as linhas de injeção alta 21 e 23, nas quais circulam gases a temperaturas respectivamente superiores a 700 °C e a 1000°C.

[035] O primeiro 30 e o segundo 33 sistemas de aquecedores do modo de realização da figura 3 são do tipo daquele representado na figura 2. O funcionamento desses sistemas de aquecedores é explicado com referência com essa figura 2.

[036] O sistema de aquecedores 50 da figura 2 comporta 3 trocadores térmicos 51, 52, 53, do qual dois estão representados em modo de acúmulo de calor 52, 53 e um em modo aquecimento de gás 51. Cada um desses trocadores é comumente denominado cowper.

[037] Cada cowper 51, 52, 53 vai alternadamente ocupar a função de aquecimento do gás que alimenta a linha de injeção considerada e a função de acumulador de calor.

[038] Em cada um dos dois cowpers em modo de acúmulo de calor 52, 53, uma mistura de gás de boca de alto-forno e de gás de aciaria e/ou de coqueria e/ou de qualquer outro gás adaptado ao processo de aquecimento desses sistemas 55, assim como o ar 56 são levados até um queimador 58 situado na parte inferior dos poços de combustão 59.

[039] A combustão dessa mistura de gás aquece os tijolos refratários da chicana que constituem as paredes do sistema de chicanas 60 e as fumaças 61 são evacuadas no nível da base do sistema de chicanas 60 em direção às chaminés.

[040] No cowper em modo de aquecimento de gás 51, os tijolos da chicana do sistema de chicanas alinhados 60 que foram previamente aquecidos segundo o princípio que acaba de ser descrito, vão aquecer o gás rico em CO 18a que é oriundo do VPSA 16 (figuras 3 e 4) e levado através das canalizações 31 e/ou 32 à base do sistema de chicanas 60. Os tijolos vão se resfriar à medida que ocorre a circulação desse gás rico em CO que é evacuado do cowper 51 a uma temperatura de aproximadamente 1200°C, a partir do poço de combustão 59 para a zona do alto-forno no nível da qual ele é injetado.

[041] Quando os tijolos não estão mais suficientemente quentes e a temperatura do gás de saída é inferior a 1200°C, o cowper 51 oscila em sua função de acumulador de calor, enquanto que, de forma concomitante, um dos dois cowpers 52, 53, por exemplo, o cowper 52, oscila em direção a um ciclo de aquecimento do gás rico em CO. Da mesma forma, quando esse cowper 52 não produz mais calor suficiente, é o último cowper 53 que assegurará o aquecimento do gás enquanto que o cowper 52 entrará de novo em um ciclo de acúmulo de calor.

[042] Nessa configuração com três cowpers, se um dos cowpers tiver de ser parado, o sistema poderá continuar a funcionar a dois cowpers, o primeiro cowper acendendo o gás, o segundo estando em ciclo de aquecimento.

[043] Ao contrário, no primeiro modo de realização apresentado na figura 3, prevê-se que cada um dos dois sistemas de aquecedores 30, 33 só comporta dois cowpers respectivamente 51,52; 53, 54.

[044] Essa configuração é vantajosa no âmbito da invenção. Com efeito, uma instalação compreendendo dois sistemas de aquecedores de três cowpers cada um seria muito oneroso. Ora, um funcionamento com dois sistemas de aquecedores independentes é necessário para poder regular as vazões de gás nos pontos de injeção baixo 22 e alto 20.

[045] É por isso que foi escolhido um sistema com dois sistemas aquecedores que comportam cada um dois cowpers.

[046] Todavia, segundo esse sistema, se um dos cowpers estiver fora de estado de funcionamento, todo o sistema deverá ser interrompido, já que o sistema de aquecedores cujo cowper está falhando, não pode funcionar com somente um único cowper.

[047] É por isso que a invenção prevê meios que permitem fazer oscilar o sistema a partir de seu funcionamento com dois sistemas de aquecedores com dois cowpers cada um na figura 3, para um sistema com um único sistema de aquecedores com três cowpers representado na figura 4, evitando assim a parada total do alto-forno de reciclagem.

[048] Para oscilar da configuração com quatro cowpers à configuração com três cowpers, uma válvula 70 liga as canalizações 32 e 31 nas quais circula o gás rico em CO 18 oriundo do purificador de C02 16 para os primeiro 30 e segundo 33 sistemas de aquecedores. Essa válvula 70 é mantida em posição fechada até que o sistema com quatro cowpers da figura 3 funcione. Ela é comandada à abertura, caso o sistema deva oscilar para um funcionamento com três cowpers tal como aquele representado na figura 4, formando uma canalização única 43 (figura 4) na qual circula o gás rico em CO 18 oriundo do VPSA 16 para o sistema de aquecedores 45.

[049] Por outro lado, uma válvula 71 liga as linhas de injeção alta 21 e baixa 23 a um nível situado antes do ponto de mistura 34 pelo qual o gás frio 18 é injetado na linha de injeção alta 21. Abrindo essa válvula 71 e comandando a entrada e a saída do cowper que não funciona mais, os gases que circulam nas linhas de injeção alta 21 e baixa 23 são todos aquecidos por um único sistema de aquecedores 45 com três cowpers, segundo a configuração representada na figura 4.

[050] No exemplo representado na figura, é o cowper 52 que está em parada, o sistema de aquecedores 45 funciona assim com os três outros cowpers 51,53 e 54.

[051] Descreve-se, com referência à figura 4 o funcionamento do sistema com um sistema de aquecedores 45, comportando três cowpers 51, 53, 54.

[052] Na saída desse sistema de aquecedores 45, os gases estão a uma temperatura de aproximadamente 1200°C. Uma parte desse gás é injetada no ponto 22 na parte baixa do alto-forno no nível das tubulações por intermédio de uma linha de injeção baixa 23. A outra parte é misturada no ponto 34 com o gás rico em CO oriundo do VPSA 16 que está a uma temperatura próxima da ambiente, por intermédio da linha de alimentação com gás frio 35. A regulagem da vazão de gás frio é feita como para o modo de realização da figura 3 com a mesma válvula de regulagem 40 e o sistema de medida de temperatura 41 do gás da linha de injeção alta 21.

[053] A regulagem da vazão de entrada no sistema de aquecedores 45 é feita pela válvula de regulagem 36 associada a seu sistema de medida de vazão 38. A válvula de regulagem 37 representada na figura 3 não exerce mais o papel de regulagem, portanto ela não está representada na figura 4.

[054] Nessa configuração da figura 4, não é possível controlar, de forma independente, a vazão de gás da linha de alimentação alta 21 e a vazão de gás da linha de alimentação baixa 23.

[055] Para prevenir essa incapacidade podem-se utilizar sistemas de perdas de cargas singulares 80, 81 dispostos respectivamente sobre a linha de injeção alta, após o ponto de mistura 34 e sobre a linha de injeção baixa 23, permitindo, por sua geometria de concepção, modificar as vazões de gases aos pontos respectivos de injeção baixo 22 e alto 20 no alto-forno.

[056] Por outro lado, no sistema da figura 4, pode ser necessário ter de medir a vazão de gás que circula em uma ou outra ou nas duas linhas de injeção baixa 23 e alta 21 por razões independentes do objeto da invenção. Uma medida de vazão desse tipo feita por um dispositivo associado 82, por exemplo, sobre a linha de injeção alta 21, pode também auxiliar no controle da vazão das duas linhas de injeção 21, 23 notadamente, permitindo dimensionar as perdas de cargas singulares 80, 81 implantadas sobre as linhas respectivas de injeção alta 21 e baixa 23. Pode-se prever um único dispositivo de medida vazão de gás quente 82 situado sobre uma ou outra das duas linhas de injeção baixa 23 e alta 21, mas também um dispositivo de medida de vazão situado sobre cada uma dessas duas linhas 21,23.

[057] Note-se- que os sistemas de perdas de cargas singulares 80, 81 e o dispositivo de medida de vazão de gás quente 82 estavam já presentes sobre o dispositivo representado na figura 3, embora não representados, naturalmente que esses sistemas 80, 81, 82 não funcionam no âmbito da invenção na configuração com dois sistemas de aquecedores.

[058] De qualquer modo, o processo e o dispositivo da invenção permitem, por um lado, controlar a vazão e a temperatura de um gás que circula nos dois níveis de injeção a temperaturas superiores a 700°C com o auxílio de dois sistemas de aquecedores independentes 30 e 33 e, por outro lado, garantir a segurança do sistema, prevendo uma oscilação para uma configuração na qual certamente as vazões de gás das duas linhas de injeção não são mais controladas de forma independente, mas na qual o alto-forno pode, todavia, continuar a funcionar.

[059] Um aspecto muito vantajoso da invenção reside na simplicidade de oscilação entre a configuração com quatro cowpers (figura 3) e a configuração com três cowpers (figura 4).

[060] Com efeito, as válvulas de regulagem 40 e 36 são utilizadas nos dois sistemas, sem que elas tenham de ser reconfiguradas.

[061] Pode-se prever alternativamente que a válvula 36 e sua medida de vazão associada 38 se achem sobre a canalização 32 à entrada do segundo sistema de aquecedores 33. Nesse caso, para assegurar as regulagens das vazões das linhas de injeção alta 21 e baixa 23, uma medida suplementar de vazão sobre a linha de gás frio 35 será prevista. Nessa configuração, a oscilação para a configuração com um único sistema de aquecedores 45 é mais complicada, pois incluindo a uma reconfiguração da válvula 36 ou 37 que serão ambas utilizadas em paralelo, a montante do sistema de aquecimento 45.

[062] Pode-se ainda prever alternativamente que a válvula 37 e sua medida de vazão associada 39 sejam instaladas sobre a canalização 32 à entrada do segundo sistema de aquecedores 34. Nesse caso, para assegurar as regulagens das vazões das linhas de injeção alta 21 e baixa 23, uma medida suplementar de vazão sobre a linha de gás frio 35 será prevista.

[063] Alternativamente, pode-se prever a presença de um único sistema de perdas de cargas singulares posicionado seja sobre a linha de injeção alta, seja sobre a linha de injeção baixa.

[064] Note-se também que a temperatura de injeção de 900 °C do gás à meia altura do alto-forno é um ótimo em uma faixa de 700 a 1000°C e que a temperatura do gás da linha de injeção baixa apresentada a 1200°C pode estar compreendida entre 1000 a 1300°C, temperatura máxima do gás na saída dos trocadores térmicos.

[065] Por outro lado, a temperatura do gás no ponto de injeção alto 21 é entendida como sendo estritamente inferior a 1000°C e a temperatura do gás no ponto de injeção baixo é entendida como sendo estritamente superior a 1000°C.

Reivindicações

Claims (13)

1. Processo de reciclagem de gás de alto-fomo no qual pelo menos uma parte dos gases oriundos de um alto-fomo (1) sofre uma etapa de purificação de C02, de forma a criar um gás rico em CO (18) que é reinjetado em um primeiro ponto de injeção alto (20) situado acima da base do alto-fomo (1) a uma temperatura consistindo entre 700 e 1000°C no nível de uma linha de injeção alta (21), e em um segundo ponto de injeção baixo (22) à base do alto-forno a uma temperatura consistindo entre 1000°C e 1300°C no nível de uma linha de injeção baixa (23), no qual os gases das linhas de injeção baixa (23) e alta (21) são aquecidos por meio de pelo menos um sistema de aquecedores (30, 33, 45) dos quais os gases saem a uma temperatura compreendida entre 1000°C e 1300°C, caracterizado pelo fato de uma parte do gás rico em CO (18) na saída da etapa de purificação ser diretamente introduzida na linha de injeção alta (21) através de uma linha de injeção em gás frio (35) para obter uma temperatura consistindo entre 700 e 1000°C no primeiro ponto de injeção alto (20), em que através da medição da temperatura no nível da linha de injeção alta (21), do ajuste da vazão de gás frio a ser introduzida na linha de injeção alta (21) através de meios de regulagem (40) e segundo a temperatura medida anteriormente, e mediante a realização de, pelo menos, uma medição da vazão de gás (38 39) a montante do sistema de aquecedor (30 33 45), o ajuste de, pelo menos, uma vazão de gás a ser introduzido no sistema de aquecimento (30,33 45), a partir das vazões de gases medidas anteriormente, através de meios de regulagem (36,37), resulta num ajustamento da vazão dos gases nos pontos de injeção baixo (22) e alto (20).

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os gases das linhas de injeção alta (21) e baixa (23) serem aquecidos por dois sistemas de aquecedores (30, 33), em que é realizado uma medida da vazão de gás (38) que circula sobre a linha principal de transporte do gás purificado em C02 (18) antes da linha de injeção de gás frio (35) e em que é realizado uma medida da vazão de gás (39) à entrada do sistema de aquecedor (30) da linha de injeção baixa (23) sendo que da vazão de gás a ser introduzido, respectivamente, para dentro do primeiro (33) e do segundo (30) sistemas de aquecedores são ajustadas a partir das vazões de gases medidas anteriormente para obter as vazões de gases no nivél de dos respectivos pontos de injeção baixo (22) e alto (20).

3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de a regulagem das vazões de gás a serem introduzidas no primeiro (33) e segundo (30) sistemas de aquecimentos ser feita, por um lado, ajustando a vazão de gás sobre a linha principal de transporte do gás purificado em C02 (18) antes da linha de injeção de gás frio (35), agindo seja diretamente sobre a vazão de gás dessa linha, seja sobre um compressor (19) situado a montante do purificador de C02 (16), no qual passa o gás ou seja sobre uma turbina de expansão eventualmente integrada no purificador de C02 (16) e, por outro lado, ajustando a vazão de gás à entrada do sistema de aquecedores da linha de injeção baixa (23).

4. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de se oscilar de uma configuração na qual os gases das linhas de injeção alta (21) e baixa (23) são aquecidos pelos dois sistemas de aquecedores independentes (30, 33) para uma configuração na qual os gases das linhas de injeção alta (21) e baixa (23) são aquecidos por um único sistema de aquecedor (45).

5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de, na configuração em um sistema de aquecedores (45), se medir a vazão de gás que circula sobre a linha principal de transporte do gás purificado em C02 (18), antes da linha de injeção de gás frio (35) e se ajustar a vazão de gás a ser introduzida no único sistema de aquecedor (45).

6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de medir a vazão de gás que circula em uma ou outra ou nas duas linhas de injeção baixa (23) e alta (21), de forma a avaliar a vazão de gás no nível dos pontos de injeção baixo (22) e/ou alto (20), e dos gases de uma ou outra das duas linhas de injeção baixa (23) e alta (21) passarem em um sistema de perdas de cargas singulares (80, 81), de forma a agir, mesmo sensivelmente, sobre as vazões de gases dos pontos de injeção baixo (22) e/ou alto (20).

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo faro de que a temperatura dos gases da linha de injeção baixa (23) no nível do ponto de injeção (22) na parte baixa do alto-forno é de aproximadamente 1200°C, e a temperatura dos gases da linha de injeção alta (21) no nível do ponto de injeção (20) à meia altura do alto-fomo é de aproximadamente 900°C.

8. Dispositivo de reciclagem de gás de alto-fomo caracterizado por compreender - um purificador de C02 (16) no qual circula pelo menos uma parte dos gases oriundos do alto-forno de forma a criar um gás rico em CO; - uma linha de injeção alta (21) pela qual o gás rico em CO (18) oriundo do purificador (16) é injetado em um primeiro ponto de injeção alto (20) acima da base do alto-fomo a uma temperatura consistindo entre 700 e 1000°C; - uma linha de injeção baixa (23) pela qual o gás rico em CO (18) oriundo do purificador (16) é injetado em um segundo ponto de injeção baixo (22) na parte baixa do alto-forno a uma temperatura consistindo entre 1000 e 1300°C; - dois sistemas de aquecedores (30, 33) que permitem aquecer respectivamente os gases das linhas de injeção alta (21) e baixa (23); - uma linha de alimentação em gás frio da linha de injeção alta (21) pela qual uma parte do gás rico em CO (18) na saída do purificador (16) é introduzida na linha de injeção alta (21) no nível de um ponto de injeção em gás frio (34) para a obtenção de uma temperatura consistindo entre 700 e 1000°C no ponto de injeção alto (20) do alto-forno; - pelo menos um sistema de medida da temperatura (41) do gás que flui na linha de injeção alta (21) e meios (40) para ajustar a vazão de gás que circulante na linha de injecção de gás frio (35) para obter uma temperatura consistindo entre 700 e 1000°C no primeiro no ponto de injeção alto (20); - um sistema de medida da vazão de gás (38) circulante na linha principal de transporte do gás purificado em C02 (18), antes da linha de injeção de gás frio (35); - um sistema de medida da vazão de gás (39) para a entrada do sistema de aquecedor (30) da linha de injeção de baixa (23); - meios (36,37) para ajustar as vazões de gases a serem introduzidas no primeiro (33) e segundo (30) sistemas de aquecedores a partir das vazões de gases medidas anteriormente para obter as referidas vazões de gases no nivel dos respectivos pontos de injeção baixo (22) e alto (20).

9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de o sistema que permite ajustar a vazão de gás no nível da linha principal de transporte de gás purificado em C02 (18), antes da linha de injeção de gás frio (35), ser uma válvula de regulagem ou ser um compressor situado a montante no qual circula o gás.

10. Dispositivo, de acordo com as reivindicações 8 e 9, caracterizado pelo fato de os sistemas de aquecedores (30, 33) serem trocadores térmicos que comportam, cada um, um sistema de aquecimento do gás (51, 52, 53, 54) e um sistema de acúmulo de calor (51, 52, 53, 54), cada um desses sistemas (51, 52, 53, 54) podendo oscilar da função de acumulador de calor à função de aquecimento de gás e reciprocamente, de forma a manter a temperatura do gás na saída do sistema de aquecedores relativamente estável a uma temperatura consistindo entre 1000 e 1300°C.

11. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de compreender elementos de oscilação (70, 71), permitindo passar da configuração na qual os gases da linha de injeção alta (21) e baixa (23) são aquecidos pelos dois sistemas de aquecedores independentes (30, 33), a uma configuração na qual os gases das linhas de injeção alta (21) e baixa (23) são aquecidos por um único sistema de aquecedores (45).

12. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de elementos de oscilação (70) compreenderem uma primeira válvula (70) capaz de colocar em relação duas canalizações de introdução de gás (31, 32) no primeiro (30) e no segundo (33) sistemas de aquecedores e uma segunda válvula (71) capaz de colocarem relação as linhas de injeção alta (21) e baixa (23), antes do ponto de injeção (34) do gás frio na linha de injeção alta (21).

13. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de comportar sobre uma ou outra ou as duas linhas de injeção (23) e alta (21) perdas de cargas singulares, permitindo agir sobre as vazões de gases do ponto de injeção baixo (22) e/ou alto (20).