ES2907767T3 - Procedimiento de funcionamiento de una instalación de fabricación de hierro - Google Patents

Abstract

Procedimiento de funcionamiento de una instalación de fabricación de hierro, comprendiendo el procedimiento las etapas de: a. Secar de material de desecho usando un gas de secado, comprendiendo el gas de secado un gas de escape de una planta de sinterización, b. Tostar el material de desecho seco usando un gas de tostación, para producir carbón y un gas de escape de tostación. c. Usar el carbón como materia prima en un procedimiento de fabricación de hierro d. Reciclar al menos una parte de los gases de escape de tostación a la planta de sinterización.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de funcionamiento de una instalación de fabricación de hierro

[0001] La invención se refiere a un procedimiento de funcionamiento de una instalación de fabricación de hierro.

[0002] El procedimiento de fabricación de hierro, que puede realizarse en un alto horno o en un horno DRI, tal como MIDREX® o COREX®, siempre requiere el uso de un material que contiene carbono como materia prima. Este material que contiene carbono puede aportarse como carbón pulverizado, carbón vegetal, coque u otras formas.

[0003] En los últimos años, en el transcurso de la reducción de CO² ha habido un gran desarrollo con el objetivo de reciclar materiales de desecho que contienen carbono como sustituto de estos materiales que contienen carbono. Los materiales de desecho que contienen carbono pueden ser, por ejemplo, madera del área de construcción, residuos agrícolas o alimentarios, basura doméstica o desechos industriales. En el resto del texto, se usará la expresión material de desecho y debe entenderse como material de desecho que contiene carbono.

[0004] Por ejemplo, la patente WO 2011/052796 describe un procedimiento de uso de biomasa, tal como desechos de madera de la construcción o desechos agrícolas como sustituto del carbón pulverizado en un alto horno. En este procedimiento, la biomasa se seca en un horno rotatorio para fabricar carbón de biomasa, a continuación, la biomasa se pulveriza junto con el carbón y se sopla a través de una tobera hacia el alto horno. Los gases de escape del horno rotatorio se recogen y se envían a un calentador de gas que los vuelve a inyectar en el horno rotatorio como fuente de calentamiento de la fila exterior.

[0005] La patente EP 1264901 B1 de Kobe Steel describe un procedimiento para producir hierro reducido en el que los componentes que contienen materia orgánica, tal como madera, resina, basura o desechos industriales, se cargan en un horno de carbonización junto con óxido de hierro que se usa en un medio de calor. A continuación, el producto de esta carbonización se aglomera y se usa como agente reductor en un horno de reducción. En el procedimiento descrito, los gases de escape del horno de reducción se usan como gas de combustión en el horno de carbonización, mientras que el gas destilado resultante de la carbonización se usa como combustible para el horno de reducción.

[0006] La patente US 2014/0306386 describe un procedimiento de uso de madera como combustible en un alto horno. En este procedimiento, la madera se clasifica y se seca, a continuación, las partículas gruesas se cargan en la garganta del alto horno mientras que las partículas más finas se envían a una cámara de combustión. El gas caliente expulsado de la cámara de combustión se envía a una central eléctrica o se usa en una fuente de calor para precalentar el chorro caliente que se inyecta en el alto horno. El gas superior expulsado del alto horno se usa como fuente de gas para la combustión.

[0007] La patente JP 2009-057438 describe los objetivos de proporcionar un procedimiento de fabricación de material de carbono pulverizado resultante de la carbonización de biomasa cuyo producto resultante puede convertirse fácilmente en un polvo fino adecuado para soplarse en el alto horno mientras se logra una recuperación de energía altamente eficiente en la biomasa.

[0008] En ninguna de estas patentes se tiene en cuenta la variabilidad de los materiales de desecho. De hecho, las características de estos materiales pueden variar en términos de humedad y poder calorífico de un lote a otro. En consecuencia, el poder calorífico del gas de escape de la carbonización también variará dependiendo del material de desecho que se tueste y, en algunos casos, el gas de escape resultante no liberará suficiente energía para tostar el siguiente lote de material de desecho. Por lo tanto, puede ser necesario un suministro de energía externo.

[0009] La solicitud de patente DE 19606575 A1 describe un procedimiento para gestionar material residual y de desecho de cualquier tipo. En el presente documento, los materiales de desecho se tratan previamente en un reactor de pirólisis que se puede calentar gracias al gas superior del alto horno. A continuación, el material tostado se separa entre materiales ferrosos y no ferrosos. A continuación, los materiales ferrosos se envían a un molino y se inyectan en el alto horno a través de la tobera.

[0010] Además, estos materiales de desecho pueden comprender una gran cantidad de compuestos volátiles que son perjudiciales para el medio ambiente. Es tan necesario tener una etapa de tratamiento específico de los gases de escape para eliminar estos componentes y evitar que se liberen a la atmósfera.

[0011] El objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento de funcionamiento de una instalación de fabricación de hierro que sea independiente de las características de los materiales de desecho usados en el procedimiento de fabricación de hierro y que evite que los contaminantes se liberen a la atmósfera sin necesidad de un equipo dedicado.

[0012] Un objetivo adicional de la invención es mejorar el balance global de carbono sustituyendo el carbono fósil usado en un procedimiento de fabricación de hierro por carbono orgánico.

[0013] Con este fin, la invención se refiere a un procedimiento de funcionamiento de una instalación de fabricación de hierro según la reivindicación 1.

[0014] El procedimiento de funcionamiento según la invención también puede comprender las siguientes características, tomadas solas o en combinación:

- el gas de secado comprende al menos el 50% de un gas de escape de una planta de sinterización,

- el gas de secado tiene una temperatura de al menos 70°C,

- el gas de escape de la planta de sinterización tiene una temperatura comprendida entre 100 y 150 °C cuando se mezcla con otros componentes para formar el gas de secado,

- la tostación se realiza a una temperatura comprendida entre 200 y 320°C,

- al menos una parte del gas de escape de tostación se usa como parte del gas de secado,

- el gas de escape de tostación se usa en la etapa de tostación como parte del gas de tostación,

- después de la etapa de tostación, el carbón se somete a una etapa de molienda y el carbón molido se inyecta en un alto horno a través de una tobera,

- el carbón molido tiene un tamaño de partícula inferior a 10 pm,

- al menos el 4% en peso del material sólido inyectado a través de la tobera es carbón molido,

- después de la etapa de secado, el material seco tiene un contenido de humedad inferior al 10%,

- el gas de escape de tostación se inyecta en un procedimiento de fabricación de hierro,

- el gas de escape de tostación se envía a una central eléctrica, - el material de desecho es un material de desecho orgánico,

- el material de desecho orgánico es madera de desecho.

[0015] Sin estar dentro del alcance de las reivindicaciones, se describe una instalación, que comprende: a. un medio de secado capaz de secar materiales de desecho usando un gas de secado y que comprende medios de inyección para inyectar el gas de secado en los medios de secado,

b. un medio de tostación capaz de tostar el material de desecho seco a una temperatura comprendida entre 200 y 320°C usando un gas de tostación, para producir carbón y un gas de escape de tostación,

c. una planta de sinterización que produce material sinterizado y gases de escape de sinterización,

d. primeros medios de recogida para recoger el gas de escape de sinterización,

e. medios de conexión definidos para conectar los primeros medios de recogida a los medios de inyección para inyectar una parte del gas de escape de sinterización en los medios de secado.

[0016] Tal instalación también puede comprender un secador de cinta como medio de secado.

[0017] Dicha instalación también puede comprender un reactor de pirólisis como medio de tostación.

[0018] La invención se entenderá mejor tras la lectura de la siguiente descripción, dada con referencia a las siguientes figuras adjuntas:

- La figura 1 ilustra un ejemplo de instalación para implementar un procedimiento según una primera realización de la invención.

- La figura 2 ilustra un ejemplo de instalación para implementar un procedimiento según otra realización de la invención.

[0019] La instalación comprende un equipo de secado 2, un equipo de tostación 3, una planta de sinterización 4 y una instalación de fabricación de hierro 5. En otra realización, la instalación puede comprender además un molino 6. En la siguiente descripción, la instalación de fabricación de hierro 5 es un alto horno 5 pero también podría ser un horno de reducción directa o cualquier instalación DRI.

[0020] El material de desecho 1 que puede elegirse, por ejemplo, entre desechos de basura, desechos industriales o desechos orgánicos, se carga en el equipo de secado 2. El material de desecho 1 es preferentemente desecho orgánico, y más preferentemente, desechos de madera, por ejemplo, procedentes de edificios desmantelados. El equipo de secado es, por ejemplo, un secador de cinta o un secador de horno rotatorio.

[0021] Durante la etapa de secado, se inyecta un gas de secado 12 dentro del equipo de secado 2 para aportar el calor necesario para secar el material de desecho 1. El gas 12 tiene preferentemente una temperatura de al menos 70°C.

[0022] Una vez que finaliza la etapa de secado, preferentemente cuando el material de desecho tiene un contenido de humedad inferior al 10%, y más preferentemente inferior al 5%, el material de desecho seco se envía al equipo de tostación 3. El equipo de tostación 3 está diseñado preferentemente para evitar el contacto entre el gas de tostación y el material seco. Por ejemplo, es un reactor de pirólisis o un horno rotatorio.

[0023] Durante la etapa de tostación, se inyecta un gas de tostación 13 dentro del equipo de tostación 3 para calentar el material de desecho seco. El calor puede aportarse directamente por el gas de tostación o a través de quemadores cuyo combustible es el gas de tostación 13. La etapa de tostación se realiza preferentemente a una temperatura comprendida entre 200 °C y 320 °C. Produce un material de desecho tostado, pero también genera gas de escape de tostación 19. Este gas de escape de tostación 19 contiene compuestos volátiles tales como CI, SOx o NOx resultantes de la tostación del material de desecho. Este gas de escape de tostación ha de tratarse en una instalación de tratamiento específica 9 para capturar los compuestos volátiles y evitar su liberación a la atmósfera.

[0024] El material de desecho tostado, también llamado carbón o biocarbón, se inyecta a continuación en el alto horno 5. Así pues, se puede reemplazar el coque tradicional o el carbón fósil como fuente de carbono y, en consecuencia, mejorar el balance general de carbono al evitar el uso de carbono fósil.

[0025] Opcionalmente, el carbón o biocarbón se envía primero a un molino 6 en el que se muele a partículas que tienen un tamaño inferior a 200 pm, y preferentemente un tamaño inferior a 150 pm. A continuación, el carbón fino o biocarbón se inyecta en el alto horno a través de una tobera (no representada) como sustituto del carbón en el procedimiento conocido de inyección de carbón pulverizado (PCI, por sus siglas en inglés).

[0026] Según la invención, la instalación comprende además una planta de sinterización 4. En una planta de sinterización, los finos de mineral de hierro se aglomeran con fundentes, tales como caliza u olivino, y con combustible sólido, tal como polvo de coque o antracita, a alta temperatura, para crear un producto que pueda usarse en un alto horno 5. Básicamente, y a modo de ilustración, en una planta de sinterización, el material se suministra mediante tolvas en capas múltiples a una cinta circular en la que se prende mediante una campana de ignición 7. El aire y los humos se aspiran por cajas de viento 8 desde el fondo del lecho de material a lo largo de la máquina de sinterización para ayudar al proceso de ignición. El fuego penetra gradualmente en el material a lo largo de la cinta, hasta llegar a la capa de hogar. A continuación, las partículas finas se funden y se aglomeran en una torta de sinterización una vez enfriadas. A continuación, esta torta de sinterización se rompe y se enfría más en un enfriador de sinterización (no ilustrado) antes de cargarla en el alto horno 5. El enfriador de sinterización también emite gases de escape, principalmente aire caliente.

[0027] El aire y los humos aspirados por las cajas de viento 8, así como el aire caliente emitido por el enfriador de sinterización se denominan gas de escape de sinterización 14. Según la invención, este gas de escape de sinterización 14 se envía al equipo de secado para usarse como parte del gas de secado 12. Este gas de secado 12 comprende al menos el 50 % del gas de escape de sinterización 14 y, más preferentemente, más del 80 %. El gas de secado 12 puede estar compuesto además por gas natural. El gas de escape de sinterización 14 puede estar compuesto exclusivamente por el aire y los humos aspirados por las cajas de viento 8, o exclusivamente por el aire caliente emitido por el enfriador de sinterización, o por ambos. Opcionalmente, el gas de escape de sinterización 14 se somete primero a una etapa de limpieza antes de mezclarse con otros componentes para formar el gas de secado 12. Esta etapa de limpieza se puede realizar, por ejemplo, mediante una instalación de bolsa de filtro.

[0028] El gas de escape de sinterización 14 tiene preferentemente una temperatura comprendida entre 100 y 150°C cuando se mezcla con otros componentes para formar el gas de secado 12. El gas de secado 12 puede estar constituido exclusivamente por el gas de escape de sinterización 14.

[0029] Dado que el gas de escape de sinterización 14 procede del material encendido en la correa circular, tiene un alto poder calorífico y, por lo tanto, cuando se usa como parte o la totalidad del gas de secado 12 en la etapa de secado, siempre aporta suficiente calor para secar el material de desecho 1, cualesquiera que sean sus características y, en particular, su contenido de humedad. Ya no es necesario usar fuentes de energía externas.

[0030] En una realización adicional, como se ilustra en la figura 2, el gas de escape de tostación 19a no se envía a una instalación de tratamiento de gas 9 sino que se envía a la planta de sinterización 4 en la que puede reemplazar una porción del combustible sólido que se mezcla con los productos finos de hierro. Esto evita el uso de costosos equipos adicionales y evita la liberación de contaminantes a la atmósfera.

[0031] Como se ilustra en la figura 2 con líneas discontinuas, el gas de escape de tostación 19b se recicla al equipo de tostación 3, en el que sirve como parte del gas de tostación 13 para calentar el material de desecho seco. También puede usarse como parte 19c del gas de secado 12 para la etapa de secado.

[0032] En otra realización, no ilustrada, el gas de escape de tostación se puede usar en estufas para calentar aire que a continuación se sopla al alto horno.

[0033] En otra realización, no ilustrada, el gas de escape de tostación puede enviarse a una central eléctrica para producir electricidad.

[0034] En una realización adicional, no ilustrada, el gas de escape del alto horno, también llamado gas superior o cualquier gas de escape de fabricación de acero, tal como gas de horno de coque o gas convertidor, puede usarse como parte de los gases de secado o tostación.

[0035] Todas las realizaciones de la invención así descritas pueden usarse en combinación entre sí.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de funcionamiento de una instalación de fabricación de hierro, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

a. Secar de material de desecho usando un gas de secado, comprendiendo el gas de secado un gas de escape de una planta de sinterización,

b. Tostar el material de desecho seco usando un gas de tostación, para producir carbón y un gas de escape de tostación.

c. Usar el carbón como materia prima en un procedimiento de fabricación de hierro

d. Reciclar al menos una parte de los gases de escape de tostación a la planta de sinterización.

2. Procedimiento de funcionamiento según la reivindicación 1, en el que el gas de secado comprende al menos el 50 % de un gas de escape de una planta de sinterización.

3. Procedimiento de funcionamiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el gas de secado tiene una temperatura de al menos 70 °C

4. Procedimiento de funcionamiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el gas de escape de la planta de sinterización tiene una temperatura comprendida entre 100 y 150 °C cuando se mezcla con otros componentes para formar el gas de secado.

5. Procedimiento de funcionamiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, realizándose la tostación a una temperatura comprendida entre 200 y 320 °C.

6. Procedimiento de funcionamiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos una parte de los gases de escape de tostación se usa como parte del gas de secado.

7. Procedimiento de funcionamiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el gas de escape de tostación se usa en la etapa de tostación como parte del gas de tostación.

8. Procedimiento de funcionamiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, después de la etapa de tostación, el carbón se somete a una etapa de molienda y el carbón molido se inyecta en un alto horno a través de una tobera.

9. Procedimiento de funcionamiento según la reivindicación 8, en el que el carbón molido tiene un tamaño de partícula inferior a 10 pm.

10. Procedimiento de funcionamiento según la reivindicación 8 o 9, en el que al menos el 4 % en peso del material sólido inyectado a través de la tobera es carbón molido.

11. Procedimiento de funcionamiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, después de la etapa de secado, el material seco tiene un contenido de humedad inferior al 10 %.

12. Procedimiento de funcionamiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los gases de escape de tostación se inyectan en un procedimiento de fabricación de hierro.

13. Procedimiento de funcionamiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los gases de escape de tostación se envían a una central eléctrica.

14. Procedimiento de funcionamiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material de desecho es un material de desecho orgánico.

15. Procedimiento de funcionamiento según la reivindicación 14, en el que el material de desecho orgánico es madera de desecho.