BRPI1009035B1

BRPI1009035B1 - Método para produção de ferro, semi-aço e gás redutor reutilizável rico em hidrogênio usando um forno de cuba revestido refratário de alta pressão

Info

Publication number: BRPI1009035B1
Application number: BRPI1009035-5A
Authority: BR
Inventors: Hormusji Gharda Keki
Original assignee: Hormusji Gharda Keki
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2018-06-26
Also published as: US20120111149A1; WO2010143203A3; BRPI1009035A2; JP5807786B2; AU2010258245B2; CN102459654A; KR101663343B1; EP2440677A4; JP2012529569A; EP2440677B1; EP2440677A2; RU2533991C2; WO2010143203A2; KR20120031060A; UA106761C2; AU2010258245A1; RU2012100025A; CN102459654B; US8753422B2

Description

(54) Título: MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE FERRO, SEMI-AÇO E GÁS REDUTOR REUTILIZÁVEL RICO EM HIDROGÊNIO USANDO UM FORNO DE CUBA REVESTIDO REFRATÁRIO DE ALTA PRESSÃO (51) Int.CI.: C21B 13/02 (30) Prioridade Unionista: 10/06/2009 IN 1399/MUM/2009 (73) Titular(es): KEKI HORMUSJI GHARDA (72) Inventor(es): KEKI HORMUSJI GHARDA

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Método para produção de ferro, semi-aço e gás redutor reutilizável rico em hidrogênio usando um forno de cuba revestido refratário de alta pressão

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um método e a um aparelho para a 5 produção de ferro fundido e gás de redução em um forno de cuba de alta pressão.

Antecedentes da invenção e estado da arte anterior

A fusão de minério de ferro por um gás de redução gerado em uma fornalha e a subseqüente recuperação do gás de redução geralmente inclui a queima de coque utilizando ar quente, para gerar um gás quente que é então passado adiante através de uma camada preenchida com coque, para fundir o ferro retido.O gás de subproduto ou gás despendido obtido no processo é um gás de baixa caloria rico em N2 e CO2. Posteriormente, carvão e um combustível à base de hidrocarbonetos são gaseificados na presença de oxigênio e vapor para formar um gás quente, que é passado adiante através de um leito fluidizado em carvão para fundir ferro semi-reduzido, e o gás quente pode ser recuperado. Estes processos têm desvantagens, como; o gás de subproduto obtido é um gás de baixa caloria rico em N2 e CO2, e não pode ser usado como um gás combustível ou de redução; e 0 leito fluidizado em carvão é instável e pobre em termos de poder de retenção de ferro semi-reduzido, portanto não pode suportar 0 ferro semi-reduzido no leito fluidizado em carvão por um longo período de tempo, e 0 ferro deve ser derretido no menor tempo possível com uma grande quantidade de gás quente, 0 que significa que a eficiência térmica da fusão é baixa.

O processo de alto-forno, por outro lado, é vantajoso porque o gás de redução de minério de ferro procede de maneira estável, e a fusão tem um teor reduzido de óxidos de ferro, apresentando assim pouco ou nenhum problema devido à erosão de materiais refratários, em comparação com os processos de fusão/redução. Além disso, o processo de alto-fomo apresenta uma eficiência térmica muito alta, devido ao fato de que a redução de gás e a fusão do minério de ferro são realizadas no mesmo recipiente, e reduz o consumo de energia se 0 gás de subproduto for recuperado para outros propósitos.No entanto, 0 processo de alto-fomo requer o uso de coque de alta qualidade, tal como com alta resistência ou baixa reatividade, de modo a garantir uma boa permeabilidade na fornalha e uma descendência estável do coque.

A produção destes coques, inevitavelmente, precisa de uma alimentação de carvão de coque de alta qualidade e de alta energia para a coqueificação.O minério de ferro aglomerado usado também deve ter uma alta resistência e excelentes propriedades de amolecimento em altas temperaturas.

Portanto, não tem a necessidade de um processo para a produção de ferro fundido com a produtividade e eficiência térmica semelhante a um processo de alto-fomo, bem como com as possibilidades de aplicação de matérias-primas mais econômicas. Um pouco da referente técnica (arte) anterior está relacionada

Petição 870180025819, de 29/03/2018, pág. 4/8

2/11 na discussão a seguir.

A técnica anterior de produção de ferro fundido e gás de redução inclui o seguinte:

1. Processo da Sumitomo Metal Industries Ltd, Japão (Patente dos EUA 4.504.043). Em um forno de fundição / gaseificação incluindo uma camada preenchida com coque, o carvão é gaseificado pelo oxigênio soprado através de ventaneiras em um gás quente de redução que é causado para ascender através da camada preenchida com coque de modo que amolece o ferro reduzido suportado no topo da camada preenchida com coque. O ferro fundido resultante flui através da camada preenchida com coque e é coletado na região mais baixa da camada preenchida com coque e descarregada a partir desse ponto, enquanto o gás quente é recuperado. Portanto o gás recuperado é alimentado em um forno de cuba de redução para reduzir o minério de ferro e assim o ferro reduzido formado é fornecido para o forno de fundição / gaseificação. Além do carvão, uma variedade de combustíveis, principalmente composto por carbono e hidrogênio, como óleo pesado, gás natural etc é usada para gaseificação. O combustível é soprado através das ventaneiras e/ ou carregados através de aberturas intermediárias dispostas acima das ventaneiras.

2. Processo de síntese de produção de gás usando alto-forno como gaseificador por Arthur G. McKee & Company, Ohio (Patente dos EUA n 4.153.426). O forno é carregado de forma convencional com partículas de material carbonáceo sólido, como coque de grau normal, baixa ou menor que o normal juntamente com material de produção de escória, tais como sílica, calcário e/ou forno básico de oxigênio e/ou escória de fornalha tipo Siemens-Martin. Combustível fluente, como carvão pulverizado misturado com gás contendo oxigênio e com cal, se desejado é injetado em câmaras de pré-ignição da linha do coração do forno. O combustível fluente é inflamado e parcialmente gaseificado nas câmaras de pré-ignição, criando um gás quente de redução que entra na pista do forno e passa para cima dentro e através do corpo do material de carga na chaminé do forno.Nas temperaturas elevadas resultantes, as cinzas do combustível fluente se tornam líquidos dentro do sistema para fornecer uma escória líquida. Sob uma atmosfera de redução de temperatura alta controlada, o cal quente remove essencialmente todo o enxofre do gás do produto. Para reduzir a alta temperatura do gás, o vapor é injetado acima das câmaras de pré-ignição. O vapor reage com o material quente de carbonáceo sólido na chaminé para enriquecer o gás do produto com e monóxido de hidrogênio e carbono adicional. O material carbonáceo líquido como óleo, alcatrão, ou algo semelhante pode ser injetado na chaminé do forno acima do local em que o vapor é injetado e está rachado pelo calor sensível do gás que passa através do corpo de material da carga no forno, assim ainda resfriando o gás e enriquecendo o seu valor calórico.

O gás de produto resultante pode ser usado no lugar do gás natural para fins de

3/11 aquecimento em aço tornando as operações, como um gás na produção de produtos químicos, como um gás de redução para as indústrias de metais, para fins de aquecimento geral, bem como para outros fins.

3. Processo para a produção de ferro bruto líquido e gás de redução por Korf-Stahl AG.

(Patente dos EUA 4.317.677).

Um processo para a produção de ferro fundido bruto e gás de redução é descrito em que o ferro fundido e o gás são formados em um gaseificador de fundição, para o qual é introduzido na parte superior do mesmo ferro esponja pré-aquecido do tamanho das partículas entre 3 mm e 30 mm e carvão para formar um leito fluidizado, e um gás contendo oxigênio na parte inferior do mesmo, e controlando a proporção de gás que contém oxigênio e carvão para manter uma zona de alta temperatura na parte inferior do gaseificador e uma zona de temperatura mais baixa na parte superior do mesmo, o gás contendo oxigênio que está sendo introduzido substancialmente imediatamente acima da fundição resultante que é formada na parte inferior do gaseificador.

4. Patente dos EUA n ⁰ 20100064855 de Lanyi et al. ensina um método para a fabricação de aço, empregando um sistema integrado para fabricação de ferro de alto forno e produção de energia baseada em níveis mais altos de enriquecimento de oxigênio no gás de explosão. O sistema integrado leva a: 1) maior produtividade no alto-forno, 2) produção de energia mais eficiente, e 3) o potencial para mais economicamente captura e seqüestro de dióxido de carbono. O oxigênio aumenta a capacidade do carvão para funcionar como uma fonte de carbono e ser gaseificada dentro do alto-forno gerando um gás superior que contém combustível.

Objetos da invenção

Um objeto da presente invenção é fornecer um aparelho para produzir ferro fundido ou semi-aço e gás de redução em um forno de cuba e um método do mesmo.

Outro objeto da presente invenção é fornecer um método econômico para a produção de ferro fundido ou semi-aço e gás de redução.

No entanto, outro objeto da presente invenção é a utilização de um forno compacto para produzir o ferro fundido ou semi-aço.

Ainda em outro objeto da presente invenção é para substituir o coque com carvão tendo um elevado teor de cinzas para proporcionar a máxima eficiência.

Em mais um objeto da presente invenção é fornecer um método para produzir gases de redução despendidos que são reutilizados nas atividades pós-produção.

Ainda em um objeto da presente invenção é proporcionar uma redução significativa no tamanho do forno e as taxas de fluxo volumétrico por

4/11 tonelada de ferro fundido.

Ainda em mais um objeto da presente invenção é facilmente variar a proporção entre a quantidade de ferro e o gás de redução gerado, conforme as exigências.

Um objeto adicional da presente invenção é fornecer semiaço reduzindo o teor de carbono do ferro fundido.

Ainda em um objeto adicional da presente invenção é alimentar o carvão de baixo teor de cinzas para o forno para reduzir ainda mais o tamanho do forno.

Resumo da invenção

De acordo com a presente invenção, não é divulgado um processo para fornecimento de ferro fundido ou semi-aço usando um forno de cuba refratário de alta pressão tendo zonas operacionais superior, inferior e intermediária, operando a uma pressão entre 5 e 50 kg/ cm²g, o dito processo compreendendo:

(i) alimentar o minério de ferro a partir de uma entrada provida na zona operacional superior, juntamente com material de produção de escória tal como calcário; (ii) gaseificar um material carbonáceo em um gaseificador refratário separado, operado a uma pressão entre 5 e 50 bar, usando oxigênio pré-aquecido, para proporcionar gás de redução a uma temperatura de pelo menos 1400 °C; (iii) alimentar em partes o gás de redução através de ventaneiras providas na zona operacional inferior; (iv) fundir o minério de ferro e o material de escória usando o gás de redução no forno de cuba de alta pressão, para prover ferro fundido e escória fundida; (v) controlar e manter a temperatura entre 1400; e 1700 °C, necessária para redução e fusão do minério de ferro na zona operacional inferior do forno de cuba de alta pressão, durante a operação; (vi) coletar o ferro fundido e a escória fundida na zona operacional inferior; (vii) descarregar o ferro fundido e a escória fundida da zona operacional inferior, e (viii) descarregar da zona operacional superior o gás de redução despendido.

Tipicamente, de acordo com a presente invenção, o processo inclui a etapa de injetar vapor e/ou dióxido de carbono pré-aquecidos no gaseificador refratário, além do carvão e do oxigênio pré-aquecido, para controlar a temperatura do gás de redução.

Tipicamente, de acordo com a presente invenção, o processo inclui a etapa de injetar vapor e/ou dióxido de carbono através de ventaneiras providas na zona operacional inferior e na zona operacional intermediária do forno de cuba de alta pressão, além do gás de redução e do oxigênio, para manter o perfil de temperatura exigido no forno de cuba de alta pressão.

Alternativamente, de acordo com a presente invenção, o processo inclui a etapa de alimentar o gás de redução através de ventaneiras providas na

5/11 zona operacional inferior e na zona operacional intermediária.

Alternativamente, de acordo com a presente invenção, o processo inclui a etapa de alimentar o oxigênio adicional juntamente com o gás de redução através de ventaneiras providas na zona operacional inferior e na zona operacional intermediária.

Preferencialmente, de acordo com a presente invenção, o processo inclui a etapa de fundir o minério de ferro e o material de escória na zona operacional intermediária e na zona operacional inferior do forno de cuba de alta pressão.

Preferencialmente, de acordo com a presente invenção, o minério de ferro é usado em forma de pelotas ou grumos.

Tipicamente, de acordo com a presente invenção, o processo inclui a etapa de gaseificar pelo menos um material carbonáceo, selecionado do grupo consistindo de carvão tendo um teor de cinzas de 5 - 40%, alcatrão, óleo de resíduos pesados, biomassa e gás natural.

Preferencialmente, de acordo com a presente invenção, o processo inclui a etapa de purificar o gás de redução despendido, para extrair poeira e enxofre.

Adicionalmente, de acordo com a presente invenção, o processo inclui a etapa de passar o gás de redução purificado despendido através de um catalisador de troca, na presença de vapor, para prover um gás de redução reutilizável rico em hidrogênio, compreendendo H₂, CO, CO₂ e N₂.

Tipicamente, de acordo com a presente invenção, o processo inclui a etapa de usar o gás de redução reutilizável rico em hidrogênio a jusante, para a síntese de amônia, metanol e uréia, como combustível de uso geral, ou para pré-aquecimento de oxigênio, vapor e dióxido de carbono.

Preferencialmente, de acordo com a presente invenção, o catalisador de troca é selecionado do grupo consistindo de cobre, platina, zinco, alumínio, ferro e cromo.

De acordo com a presente invenção, a proporção entre a produção de ferro e gás de redução despendido varia entre 0,1 e 2 em massa.

De acordo com a presente invenção, a saída por unidade de volume do forno de cuba de alta pressão é igual a 5-25 vezes a saída de um alto-forno convencional.

Adicionalmente, de acordo com a presente invenção, o processo inclui a etapa de alimentar oxigênio em excesso através de ventaneiras na zona operacional inferior do forno de cuba de alta pressão, para produzir semi-aço.

Adicionalmente, de acordo com a presente invenção, o processo inclui a etapa de alimentar carvão em pó com baixo teor de cinzas através de

6/11 ventaneiras providas na zona operacional inferior e na zona operacional intermediária do forno de cuba de alta pressão, além de gás de redução e oxigênio.

Alternativamente, de acordo com a presente invenção, o processo inclui a etapa de separar a escória de cinzas de carvão, juntamente com a escória de minério de ferro, da zona operacional inferior do forno de cuba de alta pressão.

Tipicamente, de acordo com a presente invenção, o processo inclui a etapa de descarregar o ferro fundido e a escória fundida em um recipiente pressurizado, e posteriormente despressurizar o recipiente para descarregar o ferro fundido e a escória em cubas.

Alternativamente, de acordo com a presente invenção, o processo inclui a etapa de descarregar o ferro fundido e a escória separadamente em recipientes pressurizados, e posteriormente, despressurizar o recipiente para descarregar o ferro fundido e a escória em cubas.

Breve descrição dos desenhos de acompanhamento

A invenção será agora descrita com referência ao desenho de acompanhamento, em que;

- A Figura 1 ilustra o esquema da modalidade preferida do aparelho para a produção de ferro fundido ou semi-aço e gás de redução, de acordo com a presente invenção. Descrição detalhada dos desenhos de acompanhamento

A invenção será agora descrita com referência ao desenho de acompanhamento que não limita o escopo e âmbito da invenção. A descrição fornecida é meramente a título de exemplo e ilustração.

As palavras compreendendo, tendo, contendo, e incluindo, e outras formas do mesmo, se destinam a ser equivalentes em significado e estão descritas em que um item ou itens seguem qualquer uma destas palavras que não são entendidas para ser uma lista exaustiva de tal item ou itens, ou pretende ser limitado a apenas o item ou itens listados.

Também deve ser notado que, conforme usadas nas reivindicações anexas, as formas singular um, uns e a, o que incluem as referências de plural, a menos que o contexto claramente informa de outra forma. Embora todos os sistemas e métodos semelhantes ou equivalentes aos aqui descritos podem ser utilizados na prática ou teste de modalidades da presente invenção, os sistemas e métodos preferidos são descritos agora.

A presente invenção considera um aparelho e um método do mesmo para a produção de ferro fundido ou semi-aço e gás de redução em um forno de cuba refratário de alta pressão.De acordo com a presente invenção, o carvão é utilizado com teor de cinzas de até 40%, onde o carvão é gaseificado, na presença de

7/11 oxigênio e vapor pré-aquecidos e/ou dióxido de carbono reciclado para gerar gases quentes com temperatura entre 1.400 - 1.700 °C, os gases quentes são utilizados para a fusão redutora de minério de ferro no forno de cuba refratário operado em uma pressão entre 5 e 50 kg/ cm2g; que produz ferro fundido ou semi-aço e gás de redução despendido. Os gases de redução despendidos gerados durante o processo são recebidos em um reator de ajuste de composição onde usando um catalisador de troca o conteúdo de gás de redução despendido é aumentado, tornando o gás de redução despendido adequadamente reutilizável, a jusante.

A Figura 1 revela um esquema do aparelho e método do mesmo para a produção de ferro fundido ou semi-aço e gás de redução, de acordo com a modalidade preferida da presente invenção, refere-se à FIGURA 1, por numeral 100. O aparelho 100 compreende um forno de cuba refratário de alta pressão 116 semelhante na construção de um alto-forno ou uma gaseificador de pressão de carvão de escórias. O forno de cuba de alta pressão 116 é dividido em três zonas, viz., uma zona operacional superior 134, uma zona operacional inferior 130, e uma zona operacional intermediária 132. O minério de ferro, tipicamente na forma de pelotas ou grumos, e um material de escória como calcário, são alimentados através de um funil 104 usando um regulador 162 de forma controlada para o armazenamento em um dispositivo de carga 102. O dispositivo de carga 102 é conectado de forma operacional a um regulador 168 que regula o fluxo do minério de ferro e material de escória no forno de cuba de alta pressão 116. O minério de ferro é alimentado através de uma abertura 164 na zona operacional superior 134 do forno de cuba 116 junto com a quantidade necessária de materiais de produção de escória como o calcário, separadamente ou incorporados ao minério de ferro. A direção do fluxo do minério de ferro e o material de escória são mostrados na Figura 1 pela seta de direção 106.

Pressão de operação do forno de cuba 116 pode ser variada entre 5 kg/cm²g para 50 kg/cm g, no entanto uma pressão de operação de 20-30 kg/cm g é o preferida. Pelo menos um material carbonáceo selecionado a partir de carvão com um teor de cinzas de até 40%, alcatrão, óleo de bagaço de pesados, biomassa e gás natural; é gaseificado em um gaseificador refratário separado, refere-se à FIGURA 1, pelo numeral 108, operado a uma pressão entre 5-50 bar, o material carbonáceo sendo alimentado através de uma entrada de 110; a gaseificação realizada na presença de oxigênio pré-aquecido recebeu nesse ponto, através dos meios de canalização 136, direção de fluxo mostrada pela seta 138, para proporcionar o gás quente de redução tendo temperatura entre 1400 - 1700 °C. O vapor ou dióxido de carbono (recuperado dos gases de ventilação do forno de cuba) é injetado junto com o oxigênio para controlar a temperatura do gás de redução. O vapor ou dióxido de carbono (recuperado dos gases de ventilação do forno de cuba) é injetado junto com o oxigênio para controlar a

8/11 temperatura do gás de redução. A escória produzida durante o processo de gaseificação é descarregada a partir de uma saída 114 fornecida no gaseificador 108. O gás quente de redução é recebido em forno de cuba 116 através dos meios de canalização 128, direção do fluxo representado por uma seta 112. No processo de gaseificação, vapor ou dióxido de carbono reciclado pode ser opcionalmente adicionado para controlar a temperatura do gás de redução. Os materiais de produção de escória como calcário também são adicionados com o carvão para remover as cinzas de carvão como escória fundida do gaseificador 108. O carvão com alto teor de cinzas (até 40% ou até mais) pode assim ser usado sem ter qualquer efeito sobre as operações do forno de cuba.

O gás de redução assim gerado tem uma temperatura de pelo menos 1400 °C e é fornecido em partes para o forno de cubai 16 para a fusão redutora do minério de ferro e material de escória, em ventaneiras 170 e 172 fornecidas na zona operacional inferior 130 e zona operacional intermediária 132, respectivamente. A taxa de fluxo do gás quente de redução alimentado ao forno de cuba 116 que é regulado por reguladores 126 e 124 fornecidos ao longo dos meios de canalização 128. A taxa de gás quente de redução é controlada usando os reguladores de fluxo 124 e 126, dependendo da proporção desejada da quantidade de ferro para o gás de redução despendido. Vapor, dióxido de carbono ou oxigênio pode ser injetado através de ventaneira 118, além do gás de redução para manter a temperatura desejada no forno de cuba 116. Opcionalmente, o baixo teor de cinzas pode ser adicionado através de ventaneira 118 na zona operacional inferior 130 para controlar a temperatura do forno de cuba 116.

Parte do gás quente de redução é alimentada com o oxigênio, se necessário, através de ventaneira 170 na zona operacional inferior 130 do forno de cuba 116. O oxigênio em excesso é alimentado através de ventaneira 118 na zona operacional inferior a 130 quando produz de semi-aço. A atmosfera quente de redução assim criada fornece calor suficiente para derreter o ferro reduzido, bem como escória. A atmosfera quente de redução também resulta em redução na quantidade de carbono no ferro fundido e, portanto, a produção de semi-aço. Oxigênio adicional, se necessário e o gás equilibrado de redução são alimentados na zona operacional intermediário 132 através de ventaneiras 172, para fornecer calor, bem como o redutor para a conversão de minério de ferro. O minério de ferro e o material de escória ficam aquecidos pela elevação de gases de redução na zona operacional superior 134. Na zona operacional intermediária 132 o minério de ferro o fica reduzido. O ferro reduzido finalmente derrete na zona operacional inferior 130 e na zona operacional intermediária 132 e é aproveitado a partir de uma saída 120 fornecida no forno de cuba 116. A escória fundida também é produzida durante o processo na zona operacional inferior 130, que é separadamente aproveitada a partir de uma saída 122 fornecida no forno de cuba 116.

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Opcionalmente, a escória fundida pode ser aproveitada coletivamente com o ferro fundido. A saída por unidade de volume do forno de cuba de alta pressão 116, de acordo com a presente invenção é 15-25 vezes maior do que em um alto-forno convencional. O ferro fundido e a escória fundida são descarregadas em recipientes pressurizados (não mostrado na figura) a partir da zona operacional inferior 130, separadamente ou em conjunto, e, posteriormente aproveitada. Estes recipientes pressurizados contendo o ferro fundido e a escória fundida são despressurizados subseqüentemente para descarregar o ferro e a escória em cubas separadas (não mostrado nas figuras).

A quantidade do gás de redução alimentado através de ventaneiras 170 e 172 é aumentada conforme a exigência do gás de redução despendido para os processos a jusante. Assim, a proporção entre a quantidade de ferro para o gás de redução despendido produzido pode ser variada entre 0,1 e 2 em massa. O gás de redução despendido é descarregado a partir da zona operacional superior 134 do forno de cuba 116 através de uma abertura 166. O gás de redução despendido sai do forno de cuba 116 que é purificado pela passagem através de uma unidade de limpeza gás 152 compreendendo um separador de ciclone (não mostrado na figura) e um purificador (não mostrado na figura) para remover a poeira e o enxofre. Além disso, o gás de redução despendido a partir da unidade de limpeza de gás 152 é recebido no reator de ajuste da composição 140 através dos meios de canalização 154; onde o gás de redução despendido é passado através de um catalisador de troca selecionado do cobre, platina, zinco, alumínio, ferro e cromo, na presença de vapor que entram no reator 140 em uma entrada 156, para ajustar o teor de hidrogênio conforme a exigência do processo a jusante tal como é conhecida na arte, para fornecer um gás de redução reutilizável rico em hidrogênio que compreende H₂, CO, CO₂, e N₂. Os subprodutos são descarregados através de uma saída 158 no reator 140.

O gás de redução reutilizável rico em hidrogênio sai do reator 140 em uma primeira saída 150 que é utilizado a jusante para a síntese de amônia, metanol, ácido acético e uréia; é usado como combustível em geral, ou é utilizado para o pré-aquecimento do oxigênio de alimentação, vapor e dióxido de carbono. Uma parte do gás de redução reutilizável rico em hidrogênio, descarregado por uma segunda saída 174 do reator 140, é utilizado para o pré-aquecimento de oxigênio, vapor ou dióxido de carbono utilizado no processo. A taxa de fluxo do gás de redução reutilizável rico em hidrogênio é controlada por um regulador 142 fornecido pelos meios de uma canalização 144 operativamente conecta o reator 140 para um pré-aquecedor 146. No pré-aquecedor 146, que é de preferência um carvão e/ou fornalha tubular do gás de redução, o oxigênio de alimentação, vapor ou dióxido de carbono, passando por uma de entrada 148 do préaquecedor 146, é pré-aquecido até 750 ° C. O gás de redução depois de ter sido extraído o calor é descarregado a partir do pré-aquecedor 146 através de uma saída 160.

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Exemplos

Sabe-se que, em um alto-forno típico, além de minério de ferro, 30 a 80 kg de carvão, 400 - 510 kg Coque, 1300-1400 Kg Ar, 50 -110 Kg de oxigênio são usados para produzir um ferro MT, sob a forma de fundição.

Comparado a isto, temos inventado um processo para a produção de ferro fundido ou semi-aço e um gás de redução reutilizável rico em hidrogênio tendo três composições alternativas apenas como exemplos, mas não restrito a, para Metanol Amônia, ou em Ácido Acético como segue:

Em um caso do método inventado onde o gás de redução reutilizável rico em hidrogênio deve ser usado para a síntese de amônia; 900-1200 kg de altas cinzas de carvão, 80 -120Kg de coque, 600-800Kg de ar, 600- 800Kg de oxigênio e 500-690kg de vapor são usados no forno de cuba de alta pressão para produzir um ferro MT, sob a forma de fundição, juntamente com o gás de redução reutilizável rico em hidrogênio adequado para a síntese de 500 - 700 Kg de NH3.

Em outro caso do método inventado onde o gás de redução reutilizável rico em hidrogênio deve ser usado para a síntese de Metanol; 800-1000 kg de altas cinzas de carvão, 80-120Kg de coque, 1000-1250Kg de Oxigênio e 500-600kg de vapor são usados no forno de cuba de alta pressão para produzir um ferro MT, sob a forma de fundição, juntamente com o gás de redução reutilizável rico em hidrogênio adequado para a síntese de 650-850 Kg de Metanol.

Em outro caso do método inventado onde o gás de redução reutilizável rico em hidrogênio deve ser usado para a síntese de Ácido Acético; 800930kg de Carvão, 100 -120Kg de coque, 1360-1430Kg de Oxigênio e 200-350 kg de vapor são usados no forno de cuba de alta pressão para produzir um ferro MT, sob a forma de fundição, juntamente com o gás de redução reutilizável rico em hidrogênio adequado para a síntese de 800-1000 Kg de Ácido Acético.

Nos exemplos acima indicado, quando se utiliza a presente invenção, a produção de ferro ou aço é reforçada por 15-25 vezes comparado com o altoforno convencional por causa da operação do processo de redução de menos de 25 Kg/cm² de pressão e ausência de nitrogênio.

Avanços técnicos

Um aparelho e um método do mesmo para o fornecimento de ferro fundido ou semi-aço e gás de redução usando um forno de cuba de alta pressão, de acordo com a presente invenção tem várias vantagens técnicas, incluindo mas não limitado à realização de:

• fornecer um método econômico para a produção de ferro fundido ou semi-aço e gás de redução;

• usar um forno compacto para fornecer o ferro fundido ou semi-aço;

11/11 • substituir a maioria ou todos do coque com carvão tendo um elevado teor de cinzas para proporcionar a máxima eficiência;

• fornecer um método para produzir gases de redução despendidos que são reutilizados a jusante;

• proporcionar uma redução significativa no tamanho da fornalha e as taxas de fluxo volumétrico por tonelada de ferro fundido;

• variar facilmente a relação entre a quantidade de ferro e o gás de redução gerado, de acordo com as exigências;

• fornecer semi-aço reduzindo o teor de carbono do ferro fundido; e • alimentar a baixa cinza de carvão do forno para reduzir ainda mais o tamanho do forno.

Os valores numéricos mencionados para os vários parâmetros físicos, dimensões ou quantidades são apenas aproximações e prevê que os valores maiores/menores do que os valores numéricos atribuídos aos parâmetros, dimensões ou quantidades caem dentro do escopo da invenção, a menos que haja uma declaração específica na especificação em contrário.

Tendo em vista a grande variedade de modalidades a que os princípios da presente invenção podem ser aplicadas, deve ser entendido que as modalidades ilustradas são apenas em nível de exemplo. Embora a ênfase considerável foi colocada aqui sobre as características específicas desta invenção, isso será apreciado em que muitas modificações podem ser feitas e que muitas alterações podem ser realizadas nas modalidades preferenciais, sem afastar os princípios da invenção. Estas e outras alterações na natureza da invenção ou nas modalidades preferenciais que serão evidentes para aqueles versados na técnica da descrição aqui, pelo que deve ser claramente entendido que o assunto exposto descritivo deve ser interpretado apenas como ilustrativo da invenção e não como uma limitação.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para produção de ferro, semi-aço e gás redutor reutilizável rico em hidrogênio usando um forno de cuba revestido refratário de alta pressão caracterizado pelo fato de compreender um processo para fornecer ferro fundido ou semi-aço usando um forno de cuba refratário de alta pressão tendo zonas operacionais superior, inferior e intermediária, operando a uma pressão entre 5 e 50 kg/cm²g, o dito método compreendendo:

(i) alimentar o minério de ferro a partir de uma entrada provida na zona operacional superior, juntamente com material de produção de escória;

(ii) gaseificar um material carbonáceo em um gaseificador refratário separado, operado a uma pressão entre 5 e 50 bar, usando oxigênio pré-aquecido, para proporcionar gás de redução a uma temperatura de pelo menos 1.400 °C;

(iii) alimentar em partes o gás de redução do forno de cuba refratário de alta pressão através de ventaneiras providas na zona operacional inferior;

(iv) fundir o minério de ferro e o material de escória usando o gás de redução no forno de cuba de alta pressão, para prover ferro fundido e escória fundida;

(v) controlar e manter a temperatura entre 1.400 e 1.700 °C, necessária para redução e fusão do minério de ferro na zona operacional inferior do forno de cuba de alta pressão, durante a operação;

(vi) coletar o ferro fundido e a escória fundida na zona operacional inferior;

(vii) descarregar o ferro fundido e a escória fundida da zona operacional inferior;

(viii) descarregar o gás redutor gasto da zona superior operacional para uma unidade de limpeza de gás;

(ix) extrair o pó e o enxofre do gás redutor gasto na unidade de limpeza de gás para fornecer um gás redutor gasto purificado;

(x) passar o gás redutor gasto purificado através de um catalisador de mudança selecionado do grupo que consiste em cobre,

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2/4 platina, zinco, alumínio, ferro e cromo na presença de vapor para proporcionar gás redutor reutilizável rico em hidrogênio, em que o excesso de oxigênio é alimentado através das ventaneiras na zona inferior operacional do forno de alta pressão para produzir semi-aço.

2. Método para produção de ferro, semi-aço e gás redutor reutilizável rico em hidrogênio usando um forno de cuba revestido refratário de alta pressão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir ainda a etapa de injetar pelo menos vapor e dióxido de carbono no gaseificador refratário, além do oxigênio pré-aquecido, para controlar a temperatura do gás de redução.
3. Método para produção de ferro, semi-aço e gás redutor reutilizável rico em hidrogênio usando um forno de cuba revestido refratário de alta pressão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir ainda a etapa de injetar vapor e/ou dióxido de carbono através de ventaneiras providas na zona operacional inferior e na zona operacional intermediária do forno de cuba de alta pressão, para manter o perfil de temperatura exigido no forno de cuba de alta pressão.
4. Método para produção de ferro, semi-aço e gás redutor reutilizável rico em hidrogênio usando um forno de cuba revestido refratário de alta pressão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda incluir a etapa de alimentar o gás de redução através de ventaneiras providas na zona operacional inferior e na zona operacional intermediária.
5. Método para produção de ferro, semi-aço e gás redutor reutilizável rico em hidrogênio usando um forno de cuba revestido refratário de alta pressão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda incluir a etapa de alimentar o oxigênio adicional juntamente com o gás de redução através de ventaneiras providas na zona operacional inferior e na zona operacional intermediária.
6. Método para produção de ferro, semi-aço e gás redutor reutilizável rico em hidrogênio usando um forno de cuba revestido refratário de alta pressão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda incluir a etapa de fundir o minério de ferro e o material de escória

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3/4 na zona operacional intermediária e na zona operacional inferior do forno de cuba de alta pressão.
7. Método para produção de ferro, semi-aço e gás redutor reutilizável rico em hidrogênio usando um forno de cuba revestido refratário de alta pressão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o minério de ferro está na forma de pelotas ou grumos.
8. Método para produção de ferro, semi-aço e gás redutor reutilizável rico em hidrogênio usando um forno de cuba revestido refratário de alta pressão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda incluir a etapa de gaseificar pelo menos um material carbonáceo, selecionado do grupo consistindo de carvão tendo um teor de cinzas de até 40%, alcatrão, óleo de resíduos pesados, biomassa e gás natural.
9. Método para produção de ferro, semi-aço e gás redutor reutilizável rico em hidrogênio usando um forno de cuba revestido refratário de alta pressão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda incluir a etapa de usar o gás de redução reutilizável rico em hidrogênio para pré-aquecer o oxigênio empregado na etapa (ii).
10. Método para produção de ferro, semi-aço e gás redutor reutilizável rico em hidrogênio usando um forno de cuba revestido refratário de alta pressão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a proporção entre a produção de ferro e gás de redução despendido varia entre 0,1 e 2 em massa.
11. Método para produção de ferro, semi-aço e gás redutor reutilizável rico em hidrogênio usando um forno de cuba revestido refratário de alta pressão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda incluir a etapa de alimentar carvão em pó com baixo teor de cinzas através de ventaneiras providas na zona operacional inferior e na zona operacional intermediária do forno de cuba de alta pressão.
12. Método para produção de ferro, semi-aço e gás redutor reutilizável rico em hidrogênio usando um forno de cuba revestido refratário de alta pressão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir ainda a etapa de separar a escória de cinzas de carvão, juntamente com a escória de minério de ferro, da zona operacional inferior do forno de cuba de alta pressão.

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13. Método para produção de ferro, semi-aço e gás redutor reutilizável rico em hidrogênio usando um forno de cuba revestido refratário de alta pressão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda incluir a etapa de descarregar o ferro fundido e a escória fundida em um recipiente pressurizado, e posteriormente despressurizar o recipiente para descarregar o ferro fundido e a escória em cubas.
14. Método para produção de ferro, semi-aço e gás redutor reutilizável rico em hidrogênio usando um forno de cuba revestido refratário de alta pressão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda um passo de descarga separada de ferro fundido e escória em recipientes pressurizados e subsequentemente despressurizando os recipientes para descarregar ferro fundido e escória em calhas.
15. Método para produção de ferro, semi-aço e gás redutor reutilizável rico em hidrogênio usando um forno de cuba revestido refratário de alta pressão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o gás redutor reutilizável ser utilizado a jusante para a síntese de amônia, metanol e ureia, e como combustível de propósito geral.
16. Método para produção de ferro, semi-aço e gás redutor reutilizável rico em hidrogênio usando um forno de cuba revestido refratário de alta pressão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o material produtor de escória ser o calcário.

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