ITMI991960A1 - Procedimento ed impianto per produrre ferro specialmente acciaio - Google Patents
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Description
Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: "Procedimento ed impianto per produrre ferro, specialmente acciaio"
Riassunto del trovato
In un procedimento per produrre ferro, specialmente acciaio, da ossidi contenenti ferro, mediante una riduzione per fusione in presenza di H2 in un recipiente fusorio (1), con adduzione di gas contenente H2 e di energia:
- gli ossidi contenenti ferro in almeno una zona di preriscaldamento e di preriduzione (Ila) vengono preriscaldati e preventivamente ridotti mediante un gas contenente H2 e H20, che viene prelevato dal recipiente fusorio (1) e addotto — eventualmente dopo l'aggiunta di un gas, contenente più del 50%, preferibilmente più del 90% di H2, alla zona di preriscaldamento e di preriduzione (ila),
- gli ossidi contenti ferro, preriscaldati e preridotti, vengono immessi nel recipiente fusorio (1), e
- gli ossidi contenenti ferro vengono fusi e sottoposti a riduzione finale nel recipiente fusorio (1) per mezzo di un gas contenente più del 50%, preferibilmente più del 90% di H2,
per cui viene reso massimo il grado di sfruttamento del potenziale termico e chimico del gas contenente H2 ed impiegato per la riduzione tramite fusione, e viene resa minima la quantità di energia addotta dall'esterno.
(Figura 1)
Descrizione del trovato
L'invenzione riguarda un procedimento per produrre ferro, specialmente acciaio, da ossidi contenenti ferro, mediante una riduzione e tramite fusione in presenza di H2, in un recipiente fusorio, con adduzione di gas contenente H2 e di energia, nonché riguarda un impianto per attuare il procedimento.
Un procedimento di questo genere è descritto, ad esempio, in "Schmelzreduktion von Eisenoxid mit Wasserstoff in einem Plasmaofen" di E. Back e H. Hiebler in BHM, 143 annata (1998) pagine 153 fino a 158. In questo noto procedimento ossidi contenenti ferro, in un forno al plasma mediante un gas contenente H2 e Ar e fungente da gas riducente, laddove il tenore di H2 è compreso tra il 15 e il 45% e mediante energia elettrica, vengono fusi e ridotti in ferro.
Al riguardo la riduzione si volge nel modo seguente:
rispettivamente
In questo noto procedimento è svantaggioso il grado di utilizzazione dell'idrogeno relativamente modesto, che, specialmente nel caso di alti tenori di idrogeno, è inferiore al 50%. Inoltre per effetto della riduzione endotermica in presenza di H2 degli ossidi contenenti ferro è necessario un'alta adduzione di energia per assicurare la temperatura di reazione necessaria per la riduzione.
L'invenzione ha come scopo di evitare gli inconvenienti e svantaggi precedentemente illustrati e si pone il compito di realizzare un procedimento per produrre ferro, rispettivamente acciaio, da ossidi contenenti ferro mediante una esclusiva riduzione tramite fusione in presenza di H2, in cui risulta il più possibile alto il grado di sfruttamento del potenziale termico e chimico del gas impiegato contenente H2 e risulta il più possibile modesta la quantità di energia addotta dall'esterno.
In un procedimento del genere descritto all'inizio, questo problema viene risolto mediante la combinazione dei seguenti accorgimenti:
- preriscaldamento e preriduzione degli ossidi contenenti ferro in almeno una zona di preriscaldamento e di preriduzione mediante un gas contenente H2 e H20, che viene prelevato dal recipiente fusorio e, eventualmente dopo aggiunta di un gas contenente più del 50%, preferibilmente più del 90% di H2 , viene addotto alla zona di preriscaldamento e di preriduzione,
- immissione degli ossidi contenenti ferro, preriscaldati e preridotti, nel recipiente fusorio, e
- fusione e riduzione finale degli ossidi contenenti ferro nel recipiente fusorio, mediante un gas contenente più del 50%, preferibilmente più del 90%, di H2.
Al riguardo viene formato ferro liquido, specialmente acciaio liquido. Inoltre viene formata H20, che viene prelevata dal recipiente fusorio nella forma di vapore. Come ossidi contenenti ferro per il procedimento secondo l'invenzione si prendono in considerazione in primo luogo Fe2_03_, Fe3_04. e FeO.
Nel recipiente fusorio si imposta un equilibrio dinamico fra ferro liquido, rispettivamente acciaio, scoria liquida formata sostanzialmente da FeO e ganga (Si02, Al2C>3 , CaO, MgO, composti di Mn, composti di P e composti di S eccetera) degli ossidi impiegati contenenti ferro, nonché H2 e H20. Mediante adduzione di ossidi contenenti ferro, preriscaldati e preridotti, sostanzialmente in un miscuglio di FeO e Fe304, dalla zona di preriscaldamento e di preriduzione nonché di idrogeno viene formato ulteriore ferro liquido, rispettivamente acciaio liquido, che è saturato con 02 gassoso. A 1600°C di temperatura di fusione la saturazione è, ad esempio, di circa lo 0,2% di ·
Un vantaggio del procedimento secondo l'invenzione rispetto al noto procedimento è che l'energia contenuta nel gas contenente H2 e H20 viene impiegata per il preriscaldamento e la preriduzione degli ossidi contenenti ferro, laddove eventualmente viene aggiunto gas contenente più del 50%, preferibilmente più del 90%, di H2 , per impostare la composizione e la temperatura del gas necessarie per la preriduzione degli ossidi contenenti ferro.
Il gas contenente H2 e H20 prelevato dal recipiente fusorio, con il procedimento secondo l'invenzione — a differenza dell'attuale stato della tecnica — non viene raffreddato con perdita dell'energia in esso contenuta, ma viene impiegato per la riduzione endotermica degli ossidi contenenti ferro, sostanzialmente <Fe>2°3» <a >formare FeO e Fe^O^. Al riguardo il grado di preriduzione dipende dalla pressione e dalla temperatura e dalla durata di permanenza degli ossidi contenenti ferro nella zona di preriscaldamento e di preriduzione.
Poiché inoltre con il procedimento secondo l'invenzione al recipiente fusorio viene addotto materiale già preriscaldato e preridotto, rispetto all'attuale stato della tecnica è ridotto il fabbisogno di energia necessario per la fusione e per la riduzione finale.
Preferibilmente gli ossidi contenenti ferro vengono fusi mediante energia elettrica.
Come gas contenente H2 si impiega preferibilmente 100% di , a prescindere da impurità.
Tuttavia il gas può presentare anche una certa percentuale di CO, rispettivamente di idrocarburi, il che viene preso in considerazione specialmente per la produzione di ghisa di prima fusione.
Preferibimente gli ossidi contenenti ferro vengono ridotti e fusi in continuo nel recipiente fusorio e inoltre preferibilmente il ferro liquido, rispettivamente l'acciaio liquido, vengono scaricati in continuo dal recipiente fusorio .
Una forma di realizzazione preferita del procedimento secondo l'invenzione è caratterizzata dal fatto che nel processo viene riportato topgas uscente dalla zona di preriscaldamento e di preriduzione e contenente H2 e H20. Con questi accorgimenti in primo luogo si riesce a sfruttare l'energia chimica del H2 ancora presente nel topgas. D'altro canto il calore, ancora presente nel topgas, può essere ceduto al gas contenente H2 ed addotto di recente al recipiente fusorio.
Il topgas prima di essere riportato nel processo viene preferibilmente depurato, specialmente depolverizzato, laddove le parti di polvere possono essere immesse nel recipiente fusorio.
Conformemente ad una forma di realizzazione preferita del procedimento secondo l'invenzione, il gas contenente viene prodotto mediante un impianto di "reforming" mediante "reforming" di metano con vapore acqueo. Al riguardo in base alla nota reazione di "reforming" a vapore
viene convertito in H2 e C02 , dopo di che la C02 viene eliminata mediante lavaggio od adsorbimento gassoso. A questo punto si dispone di un gas che, in sostanza, contiene esclusivamente H2.
Preferibilmente il topgas viene immesso nell'impianto "reforming" e il vapore acque del topgas nell'impianto "reforming" viene mischiato con il metano.
Conformemente ad un'ulteriore forma di realizzazione preferita del procedimento secondo l'invenzione, il gas contenente H2 viene prodotto mediante gasificazione autotermica del carbone, rispettivamente conformemente ad un'altra forma di realizzazione preferita viene prodotto mediante gasificazione allotermica del carbone, laddove il topgas viene eventualmente immesso in un reattore di gasificazione del carbone ed il vapore acqueo del topgas viene mischiato con carbone.
Il gas contenente H2 però può provenire anche da altre fonti, ad esempio da un processo chimico tecnicamente convertibile, da un processo biologico oppure da un'elettrolisi. Eventualmente in tal caso la H20 viene eliminata dal topgas, ad esempio mediante condensazione, ed il gas così depurato viene mischiato con gas contenente H2 addotto al momento.
Vantaggiosamente una parte del topgas viene riportata nel gas addotto alla zona di preriscaldamento e di preriduzione. In tal modo si hanno possibilità di impostazione della temperatura, della quantità e del tenore di polvere del gas addotto alla zona di preriscaldamento e di preriduzione. Opportunamente il topgas riportato viene riscaldato ossidativamente.
Conformemente ad una forma di realizzazione preferita, nel recipiente fusorio mediante il gas contenente H2 e mediante energia elettrica viene prodotto un plasma. In tal modo è possibile ottenere le massime temperature nel recipiente fusorio di circa 2000°C. Tuttavia energia elettrica nel recipiente fusorio può essere parimenti immessa mediante induzione oppure mediante un arco elettrico. Preferibilmente per una produzione di acciaio all'acciaio liquido sul posto nel recipiente fusorio e/oppure durante l'estrazione dell'acciaio del recipiente fusorio, vengono aggiunti additivi, specialmente elementi di alligatura. Inoltre l'acciaio, preferibilmente venendo scaricato dal recipiente fusorio, viene surriscaldato, disossidato, sottoposto ad alligatura spinta e trattato sotto vuoto. Al riguardo il surriscaldamento, la disossidazione, 1'alligatura spinta ed il trattamento sotto vuoto possono avvenire corrispondentemente alla qualità desiderata dell'acciaio, nonché può aver luogo l'impostazione della necessaria temperatura di colata. In certe circostanze è necessario un ulteriore riscaldamento dell'acciaio mediante energia chimica od elettrica.
L'acciaio liquido può essere addotto in maniera continua ad un impianto per colata continua ed essere colato in maniera continua.
La massa fusa può essere anche sottoposta a carbocementazione, laddove si ottiene ghisa liquida di prima fusione.
Nel procedimento secondo l'invenzione il gas contenente H2 viene addotto al recipiente fusorio, preferibilmente con una temperatura di circa 400°C fino a 900°C e con una pressione di al massimo circa 15 bar.
Il gas contenente H2 e H20 viene prelevato dal recipiente fusorio preferibilmente con una temperatura di circa 1600°C e con una composizione di circa il 60% di H e circa il 40% di H20. Opportunamente al gas viene miscelato gas freddo contenente H2.
Vantaggiosamente il gas contenente H2 e H20 viene addotto alla zona di preriscaldamento e preriduzione con una temperatura di 800°C fino a 1000°C, preferibilmente di circa 850°C e con una composizione di circa l'80% di H2 e circa il 20% di H20.
Preferibilmente il topgas viene prelevato dalla zona di preriscaldamento e di preriduzione con una temperatura di circa 400°C fino a 500°C, preferibimente di circa 450°C e con una composizione di circa il 60% di H2 e di circa il 40% di H20.
Un impianto per attuare il procedimento secondo l'invenzione, con un recipiente fusorio, che presenta condutture di adduzione per ossidi contenenti ferro e per un gas contenente H2 , un sistema di adduzione per energia e condutture di scarico per ferro liquido, specialmente acciaio liquido, per scoria liquida e per un gas contenente H2 e H20 è caratterizzato dal fatto che la conduttura di scarico per il gas contenente H2 e H20, eventualmente previa confluenza con una conduttura per gas contenente H2, sbocca in almeno un reattore di preriscaldamento e di preriduzione per preriscaldare e preridurre gli ossidi contenenti ferro, da cui si diparte la conduttura di adduzione per ossidi preriscaldati e preridotti, contenenti ferro, verso il recipiente fusorio e una conduttura di scarico per topgas contenente H e H20.
Preferibilmente il recipiente fusorio presenta una linea di alimentazione per energia elettrica.
Una forma di realizzazione preferita dell'impianto è caratterizzata dal fatto che la conduttura di scarico del topgas è collegata con un dispositivo per produrre gas fresco contenente H2 , specialmente un impianto di "reforming" oppure un reattore di gasifreazione del carbone.
Un'ulteriore forma di realizzazione preferita è caratterizzata dal fatto che la conduttura di scarico del topgas con interposizione di un dispositivo per eliminare H20 dal topgas, è collegata con la conduttura di adduzione per il gas contenente H2 verso il recipiente fusorio.
Inoltre è previsto preferibilmente che la conduttura di scarico del topgas tramite una conduttura di diramazione sia collegata con la conduttura per gas contenente H2 e H20, che sbocca nel reattore di preriscaldamento e di preriduzione.
Nella conduttura di scarico del topgas opportunamente è previsto un dispositivo di depurazione del gas, specialmente un dispositivo di depolverizzazione.
Il recipiente fusorio comprende preferibilmente un dispositivo di scarico per il ferro liquido, rispettivamente 1 'acciaio liquido, in cui è possibile addurre elementi di alligatura ed additivi. Il dispositivo di scarico è eseguito vantaggiosamente come canale trasportatore ad induzione.
Preferibilmente a valle del recipiente fusorio è disposto almeno un impianto di colata continua.
Un particolare aspetto dell'invenzione è che l'intero processo di fabbricazione dell'acciaio, e precisamente partendo dalla riduzione di ossidi contenenti ferro fino all'aggiunta di elementi di alligatura, si svolge in sostanza in continuo nella combinazione di riduzione gassosa e riduzione fusoria.
L'invenzione è illustrata più dettagliatamente in seguito in base al disegno (figure 1 fino a 4), laddove le figure rappresentano schematicamente forme di realizzazione preferite dell'impianto secondo l'invenzione.
Nella figura 1 è rappresentato un recipiente fusorio 1, in cui sboccano una conduttura di adduzione 2 per ossidi contenenti ferro ed una conduttura di adduzione 3 per un gas contenente H2 e da cui si diparte una conduttura di scarico 4 per un gas contenente H2 e Η2O. Il recipiente fusorio 1 comprende inoltre un dispositivo di scarico 5 per ferro liquido, nell'esempio mostrato acciaio liquido, e un organo di spillamento 6 per scoria liquida.
La conduttura di adduzione 3 per gas contenenti H2 nell'esempio di realizzazione mostrato comprende un bruciatore 7 al plasma, tramite il quale nel recipiente fusorio 1 non soltanto viene immesso gas contenente H2 ma anche energia elettrica. Nell'esempio di realizzazione mostrato il gas contenente H2 presenta H2 al 100%. Al riguardo non si tiene conto di impurità dipendenti dal processo tecnico. A seconda del metodo di produzione del gas contenente H2 queste assumono una modesta percentuale. Nel recipiente fusorio 1 in un plasma, formato mediante adduzione di H2 e di energia elettrica, vengono fusi gli ossidi contenenti ferro che vengono ridotti in ferro liquido, rispettivamente acciaio. Mediante il plasma nel recipiente fusorio 1 vengono raggiunte temperature di circa 2000°C. Il processo di fusione e di riduzione si svolge nel modo seguente:
Ossidi contenenti ferro, sostanzialmen
preriscaldati e preridotti mediate le fasi del procedimento descritte più avanti, vengono ridotti mediante H2 , laddove viene formato vapore acqueo. La riduzione si svolge per il FeO, ad esempio, in base al seguente schema di reazione:
Nel recipiente fusorio 1 si imposta un equilibrio dinamico fra ferro liquido e scoria liquida,nonché fra e H^O. La scoria sostanzialmente è formata da FeO fuso, nonché inoltre da Si02 , Al2C>3, CaO, MgO, composti di Mn di P e di S, eccetera, che provengono dal tipo di ganga che accompagna gli ossidi contenenti ferro.
Mediante aggiunta, preferibilmente aggiunta continua, di ulteriore FeO, rispettivamente Fe30^, nel recipiente fusorio 1 viene formato inoltre ferro liquido, che viene scaricato di preferenza pure in maniera continua, tramite il dispositivo di scarico 5.
Nell'esempio mostrato, al ferro liquido vengono aggiunti additivi, cosicché viene formato acciaio liquido. L'acciaio liquido alle condizioni di reazione assegnate è saturato con ossigeno, laddove la saturazione a 1600°C di temperatura di fusione si ha per circa lo 0,2% di 02.
Durante lo scarico tramite il dispositivo di scarico 5, che nell'esempio di realizzazione mostrato è eseguito come canale di trasporto ad induzione, l'acciaio liquido viene surriscaldato, disossidato, sottoposto ad alligatura spinta e trattato sotto vuoto. Ciò avviene mediante adduzione di energia e additivi che vengono immessi dai serbatoi 8 nel canale di trasporto 5 ad induzione. I serbatoi 8 contengono ad esempio disossidanti ed elementi di alligatura, che vengono dosati nella quantità desiderata. Gli additivi possono essere anche già dosati, come rappresentato in figura 1, nella conduttura di adduzione 2.
Inoltre è possibile addurre come additivi veicolanti di carbonio, cosicché nel recipiente fusorio 1 viene forma ghisa liquida di prima fusione.
L'acciaio liquido, prelevato dal recipiente fusorio 1 tramite il dispositivo di scarico 5, nell'esempio di realizzazione mostrato viene sottoposto a colata continua in uno oppure più impianti 9 di colata continua, e precisamente in modo da formare branne, sbozzati, billette, bramine sottili o nastri e viene laminato eventualmente on-line mediante un laminatoio 10.
Con la riduzione degli ossidi contenenti ferro nel recipiente fusorio 1 viene formato vapore acqueo, che insieme ad H2 , non convertito nel corso della riduzione, tramite la conduttura di scarico 4 viene scaricato dal recipiente fusorio 1 con una temperatura di, ad esempio, circa 1600°C. Questo gas contenente H2 e H20, che presenta ad esempio un tenore di H2 di circa il 60% e un tenore di H20 di circa il 40%, viene addotto almeno ad un reattore 11 di preriscaldamento e di preriduzione. Nell'esempio di realizzazione mostrato è rappresentato un unico reattore 11 di preriscaldamento e di preriduzione, in cui è ricavata una zona Ila di preriscaldamento e di preriduzione. Tuttavia, secondo l'invenzione, è possibile prevedere anche più reattori il di preriscaldamento e di preriduzione.
Al gas contenente H2 e H20 tramite una conduttura 12 viene aggiunto gas freddo contenente , che — in dipendenza della pressione — presenta una temperatura di circa 100°C, per aumentare la capacità di riduzione del gas addotto al reattore 11 di preriscaldamento e di preriduzione e per impostare la temperatura del gas su un valore nell'intervallo da 800°C fino al massimo a 1000°C, ad esempio circa 850°C. Il tenore di H2 dopo l'aggiunta del gas contenente H2 è, ad esempio, di circa l'80% e quello del H20 è di circa il 20%.
Nel reattore di preriscaldamento e di preriduzione 11 ossidi contenenti ferro e addotti tramite una conduttura di adduzione 13, e precisamente in sostanza ematite (Fe2 O3, magnetite (Fe304) e vustite (FeO), vengono preriscaldati mediante gas contenente H2 e Η2O e vengono ridotti mediante H2 a formare FeO, rispettivamente Fe304, dopo di che vengono scaricati tramite una conduttura di scarico 14. Il materiale preventivamente ridotto arriva in un serbatoio 15 e di lì, tramite la conduttura di adduzione 2, arriva nel recipiente fusorio 1.
Alla preriduzione viene formato ulteriore vapore acqueo, che insieme al H2, non ancora convertito, nella forma di topgas viene scaricato tramite una conduttura di scarico 16. Il topgas con una composizione di, ad esempio, circa il 60% di H2 e circa il 40% di H20 e una temperatura di 400°C fino a 500°C, ad esempio circa 450°C, nell'esempio di realizzazione mostrato tramite una conduttura 17 viene riciclato in parte nel gas contenente H2 e H20 ed addotto al reattore di preriscaldamento e di preriduzione 11, per cui è possibile regolare la temperatura, quantità e il contenuto di polveri del gas contenente H2 e H20, e viene d'altra parte depolverizzato in un dispositivo depolverizzatore 18, come ad esempio in un ciclone. Una corrente parziale del gas depolverizzato può essere addotta parimenti, come indicato nel disegno con linea tratteggiata 17', al gas contenente H2 e H20 per regolare la temperatura e la quantità. Un'ulteriore corrente parziale tramite una conduttura 19 viene riciclata nel gas contenente H2 e addotto al recipiente fusorio 1. Le particelle di polvere separate dal topgas vengono addotte al serbatoio 15 per il materiale preventivamente ridotto, tramite la conduttura 15'. Il topgas depolverizzato, presentante ancora considerevole calore sensibile, percorre uno scambiatore di calore 20 previsto nella conduttura 19, laddove il calore sensibile del topgas viene rilasciato al gas contenente H2 addotto al recipiente fusorio 1. Il topgas successivamente viene aggiunto ad un gas contenente H e addotto da una sorgente di H2 , ad esempio da un processo chimico o biologico, da un'elettrolisi oppure da un'altra sorgente di H2 illustrata più dettagliatamente più in seguito. Dalla miscela gassosa successivamente mediante iniezione di acqua, rispettivamente mediante raffreddamento in un refrigeratore 21, viene condensato vapore acqueo. Il gas contenente ora quasi il 100% di H2 mediante un compressore 22 viene compresso ad una pressione di,al massimo, circa 15 bar, nello scambiatore di calore 20 mediante il calore sensibile del topgas viene riscaldato a 400°C fino a 500°C al massimo e addotto al bruciatore 7 al plasma del recipiente fusorio 1.
Una corrente parziale del prima del riscaldamento viene diramata e tramite la conduttura 12 viene mischiata al gas contenente H2 e H20 prelevato dal recipiente fusorio 1. In tal modo in primo luogo viene aumentata la parte riducibile nel gas contenente H2 e H20 e d'altro canto ne viene impostata la temperatura. La corrente parziale del gas contenente H2 e non riscaldato può essere anche immessa direttamente nella parte superiore del recipiente fusorio 1, come è indicato nel disegno con linea tratteggiata 12'. Nelle figure 2 fino a 4 sono rappresentate più dettagliatamente di volta in volta forme di realizzazione preferite per la produzione del gas contenente . Il recipiente fusorio 1, il reattore 11 di preriscaldamento e di preriduzione nonché le rispettive condutture di adduzione e di scarico e gruppi secondari sono dotati degli stessi contrassegni usati in figura 1.
Conformemente alla figura 2, la produzione del gas contenente H2 avviene mediante "reforming" di metano, addotto tramite la conduttura 23 e desolforato in un impianto desolforatore 24, con vapore, prodotto in una caldaia a vapore 25, in un impianto di "reforming" 26. Con un eccesso di vapore acqueo il CO, formato con la reazione di "reforming" per mezzo di una reazione shift del CO viene ulteriormente convertito a formare H2 e C02. Il gas che abbandona l'impianto "reforming" 26 sostanzialmente è costituito di H2 , Η2O e C02 . Questo gas, sottoposto a trattamento "reforming", tramite la conduttura 27 del gas "reforming" viene addotto a più scambiatori di calore 28, nei quali viene raffreddato. La conduttura 27 del gas "reforming" sbocca quindi in un gorgogliatore di lavaggio 29 del C02 , in cui il gas "reforming" viene privato di C02 e di H20. A questo punto esso è disponibile come gas contenente in sostanza esclusivamente H2 (100% H2) e, per mezzo del compressore 22, viene compresso ad una pressione di, al massimo, circa 15 bar.
Il calore sensibile dei gas combusti, uscenti dall'impianto "reforming" 26 viene utilizzato in un recuperatore 30, per preriscaldare il metano dopo il passaggio attraverso l'impianto di desolforazione 24, nonché per riscaldare il vapore e l'aria di combustione addotta all'impianto "reforming" tramite la conduttura 31. Inoltre nel recuperatore 30 la corrente parziale del gas contenente H2, addotta al recipiente fusorio 1, viene riscaldata a circa 800 fino a 900°C, mentre non viene riscaldata la corrente parziale addotta al gas contenente H2 e H20 uscente dal recipiente fusorio 1.
Una corrente parziale del topgas, uscente dal reattore di preriscaldamento e di preriduzione 11, conformemente alla figura 2 dopo una depolverizzazione mediante il dispositivo depolverizzatore 18, tramite la conduttura 19 viene mischiata al metano, laddove il vapore acqueo del topgas nell'impianto "reforming" 26 viene mischiato con il metano. Una parte del topgas può essere addotta al metano già quando passa attraverso l'impianto di desolforazione 24, come è indicato in figura 2 con linea tratteggiata 19'.
Per effetto della precedente reazione del vapore acqueo, contenente nel topgas, nell'impianto reforming 26 è superflua un'eliminazione del H20 dal topgas riciclato.
Nella figura 3 è rappresentata più dettagliatamente la produzione del gas contenente H2 mediante gasificazione autotermica del carbone. In un reattore 32 di gasificazione del carbone, addotto tramite una conduttura 33 mediante aria, addotta tramite una conduttura 34, e mediante vapore addotto tramite una conduttura 35, viene gasificato, il gas in tal caso prodotto dal gasificatore viene privato di particelle di polvere in un dispositivo 36 di depurazione del gas e viene raffreddato in uno scambiatore di calore 37. Successivamente la H20, contenuta nel gas del gasificatore viene lavata in un radiatore 38 ad iniezione e mediante un impianto di adsorbimento 39 a scambio di pressione vengono eliminati C02, nonché H2S. Il gas di scarico dall'impianto di adsorbimento 39 a scambio di pressione percorre successivamente un dispositivo desolioratore 40 ed è quindi disponibile come gas di riscaldamento. Vapore per la gasificazione del carbone viene prodotto mediante lo scambiatore di calore 37 nonché in una caldaia a vapore 41.
Gas uscente dall'impianto di adsorbimento 39 a scambio di pressione contenente sostanzialmente il 100% di H2, viene miscelato con una corrente parziale del topgas dal reattore 11 di preriscaldamento e di preriduzione, dopo di che viene condensata la H20 ancora contenuta nel gas miscelato, come descritto in relazione alla figura 1. Il gas in tal modo depurato è quindi disponibile come gas contenente H2 per il recipiente fusorio 1 ed il reattore 11 di preriscaldamento e di preriduzione.
Conformemente alla forma di realizzazione rappresentata in figura 4, il gas contenente H2 viene prodotto mediante gasificazione allotermica del carbone. Conformemente alla figura 4, una corrente parziale del topgas dal reattore 11 di preriscaldamento e di preriduzione tramite la conduttura 19 insieme al vapore prodotto nella caldaia a vapore 41 viene addotto al reattore 32 di gasificazione del carbone, per cui, al pari della forma di realizzazione secondo la figura 2, il vapore acqueo del topgas viene utilizzato per produrre gas fresco contenente Il gas di gasificatore formato con la gasificazione del carbone conformemente alla figura 4 nel dispositivo 36 di depurazione del gas viene privato di particelle di polvere, viene raffreddato nello scambiatore di calore 37, desolforato mediante il dispositivo desolforatore 40 e nel gorgogliatore di lavaggio 29 della CC>2 viene privato della C02 e del H20. Il gas così formato, contenente sostanzialmente il 100% di H2 , mediante il compressore 22 viene compresso ad una pressione di, al massimo, circa 15 bar e una corrente parziale per mezzo di uno scambiatore di calore 42 viene riscaldata a circa 800 fino a 900°C e addotta al recipiente fusorio 1, mentre una ulteriore corrente parziale nello stato non riscaldato viene aggiunta al gas contenente H2 e H^O ed uscente dal recipiente fusorio 1.
Con la gasificazione allotermica del carbone il calore necessario viene fornito al reattore di gasificazione 32 del carbone mediante combustione di una corrente parziale del gas di gasificazione con aria, addotta tramite una conduttura 43, in un bruciatore 44.
Naturalmente anche per la gasificazione allotermica del carbone oppure con il "reforming" di metano è possibile impiegare un impianto di adsorbimento a scambio di pressione, rispettivamente per la gasificazione autotermica del carbone, è possibile impiegare un gorgogliatore di lavaggio del CO2 per eliminare CO2 ed eventualmente H20. Ulteriori possibili fonti di H2 sono altri processi chimici o biologici tecnici, nonché ad esempio un'elettrolisi.
Esempio
Con il procedimento secondo l'invenzione per produrre 1 t di ferro liquido, rispettivamente di acciaio liquido, si impiegano circa 1,43 t di ossidi contenenti ferro, nella forma di Fe203·
La riduzione di Fe_2O3 tramite FeO4. e FeO a formare Fe si svolge nel reattore 11 di preriscaldamento e di preriduzione nonché nel recipiente fusorio 1, laddove in funzione dei parametri di esercizio o temperatura, durata di permanenza e composizione del gas nel reattore 11 di preriscaldamento e di preriduzione, ha luogo una riduzione di circa il 10% fino al 90% degli ossidi impiegati. Nel recipiente fusorio 1 quindi ha luogo la fusione e la riduzione finale in ferro metallico, rispettivamente acciaio. Alla riduzione il grado di utilizzazione dell'idrogeno è di circa il 40%, laddove per produrre 1 t di ferro liquido, rispettivamente di acciaio liquido, si adducono ci.rca 1500 m3 di idrogeno. Se, come conformemente ad una forma di realizzazione preferita del procedimento secondo l'invenzione, viene riciclato l'idrogeno, allora la quantità necessaria per produrre 1 t di ferro liquido, rispettivamente acciaio liquido, è approssimativamente del valore stechi.ometri.co di. ci.rca 600 m3.
Claims (1)
- Rivendicazioni 1. Procedimento per produrre ferro, specialmente acciaio, da ossidi contenenti ferro, mediante una riduzione fusoria in presenza di in un recipiente fusorio (1) con adduzione di gas contenente H2 e di energia, caratterizzato dalla combinazione dei seguenti accorgimenti: - preriscaldamento e preriduzione degli ossidi contenenti ferro in almeno una zona (Ila) di preriscaldamento e di preriduzione mediante un gas contenente e H2O, che viene prelevato dal recipiente fusorio (1) e, eventualmente previa aggiunta di un gas contenente più del 50%, preferibilmente più del 90%, di viene addotto alla zona (Ila) di preriscaldamento e di preriduzione, - immissione degli ossidi contenenti ferro, preriscaldati e preridotti, nel recipiente fusorio (1), e - fusione e riduzione finale degli ossidi contenenti ferro nel recipiente fusorio (1), per mezzo di un gas contenente più del 50%, preferibilmente più del 90%, di 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che gli ossidi contenti ferro vengono fusi mediante energia elettrica. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che come gas contenente H2 , a prescindere da impurità, si impiega H2 al 100%. 4. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 3, caratterizzato dal fatto che gli ossidi contenenti ferro vengono ridotti e fusi in continuo nel recipiente fusorio (1). 5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 4, caratterizzato dal fatto che ferro, rispettivamente acciaio viene scaricato in continuo dal recipiente fusorio d) · 6. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 5, caratterizzato dal fatto che topgas contenente H2 e H20 ed uscente dalla zona (11a) di preriscaldamento e di preriduzione, viene riportato nel processo. 7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che il topgas prima del riciclo nel processo viene depurato, in particolare depolverizzato. 8. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 7, caratterizzato dal fatto che il gas contenente H2 viene prodotto mediante un impianto di "reforming" (26) mediante reforming di metano con vapore acqueo. 9. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 8, caratterizzato dal fatto che il gas contenente H2 viene prodotto mediante gasif reazione autotermica di carbone. 10. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 9, caratterizzato dal fatto che il gas contenente H2 viene prodotto mediante gasificazione allotermica del carbone. 11. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 6 fino a 10, caratterizzato dal fatto che la Η2O viene eliminata dal topgas ed il topgas, privato di H20, viene miscelato con gas contenente H2 e addotto al momento. 12. Procedimento secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che il topgas viene immesso nell'impianto "reforming" (26) e il vapore acqueo del topgas viene mischiato con metano. 13. Procedimento secondo la rivendicazione 9 oppure 10, caratterizzato dal fatto che il topgas viene immesso in un reattore di gasificazione (32) del carbone e il vapore acqueo del topgas viene mischiato con carbone. 14. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 6 fino a 13, caratterizzato dal fatto che una parte del topgas viene riportata nel gas addotto alla zona (H a) di preriscaldamento e di preriduzione. 15. Procedimento secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che il topgas riciclato viene riscaldato ossidativamente. 16. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 2 fino a 15, caratterizzato dal fatto che nel recipiente fusorio (1) viene prodotto un plasma mediante il gas contenente H2 e l'energia elettrica. 17. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 16, caratterizzato dal fatto che, nel caso di una produzione di acciaio, all'acciaio liquido in situ nel recipiente fusorio (1) e/oppure nel corso dello scarico dell'acciaio dal recipiente fusorio (1), vengono aggiunti additivi, specialmente elementi di alligatura. 18. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 17, caratterizzato dal fatto che, nel caso di una produzione di acciaio, l'acciaio liquido, allo scarico dal recipiente fusorio (1), viene surriscaldato, disossidato, sottoposto ad alligatura spinta e trattato sotto vuoto. 19. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 18, caratterizzato dal fatto che, nel caso di una produzione di acciaio l'acciaio, liquido viene addotto in continuo ad almeno un impianto (9) di colata continua e colato in continuo. 20. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 19, caratterizzato dal fatto che il gas contenente H2 viene addotto al recipiente fusorio (1) con una temperatura di circa 400 fino a 900°C. 21. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 20, caratterizzato dal fatto che il gas contenente H2 viene addotto al recipiente fusorio (1) con una pressione di, al massimo, circa 15 bar. 22. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 21, caratterizzato dal fatto che il gas contenente H2 e H20 viene prelevato dal recipiente fusorio (1) con una temperatura di circa 1600°C. 23. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 22, caratterizzato dal fatto che il gas contenente H2 e H20 viene prelevato dal recipiente fusorio (1) con una composizione di circa il 60% di H2 e circa il 40% di H20. 24. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 23, caratterizzato dal fatto che il gas contenente H2 e H20 viene addotto alla zona (Ila) di preriscaldamento e di preriduzione con una temperatura di circa 800°C fino a 1000°C, preferibilmente circa 850°C. 25. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 24, caratterizzato dal fatto che il gas contenente H2 e H20 viene addotto alla zona (Ila) di preriscaldamento e di preriduzione con una composizione di circa l'80% di H2 e circa il 20% di H20. 26. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 25, caratterizzato dal fatto che il topgas viene prelevato dalla zona (Ila) di preriscaldamento e di preriduzione con una temperatura di circa 400°C fino a 500°C, preferibilmente circa 450°C. 27. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 26, caratterizzato dal fatto che il topgas viene prelevato dalla zona (H a) di preriscaldamento e di preriduzione con una composizione di circa il 60% di H2 e circa il 40% di H20. 28. Impianto per attuare il procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 27, con un recipiente fusorio (1), che presenta condutture di adduzione (2, 3) per ossidi contenenti ferro e per un gas contenente H2, un sistema di adduzione per energia e condutture di scarico (4, 5, 6) per ferro liquido, specialmente acciaio liquido, per scoria liquida e per un gas contenente H2 e H2 O caratterizzato dal fatto che la conduttura di scarico (4) per il gas contenente H2 e H20, eventualmente previa confluenza con una conduttura (12) per il gas contenente H2 , sbocca in almeno un reattore (11) di preriscaldamento e di preriduzione per preriscaldare e preridurre gli ossidi contenenti ferro, da cui si dipartono la conduttura di adduzione (2) per ossidi contenenti ferro p eriscaldati e preridotti verso il recipiente fusorio (1)» e una conduttura di scarico (16) per topgas contenente H2 e H20. 29. Impianto secondo la rivendicazione 28, caratterizzato dal fatto che il recipiente fusorio (1) presenta un sistema di adduzione per energia elettrica. 30. Impianto secondo la rivendicazione 28 oppure 29, caratterizzato dal fatto che la conduttura di scarico (16) del topgas è collegata con un dispositivo per produrre gas fresco contenente H2 , specialmente con un impianto di "reforming" (26), oppure con un reattore (32) di gasificazione del carbone (Figure 2 - 4). 31. Impianto secondo una delle rivendicazioni da 28 fino a 30, caratterizzato dal fatto che la conduttura di scarico (16) del topgas con interposizione di un dispositivo (21) per eliminare H20 dal topgas è collegata con la conduttura di adduzione (3) per il gas contenente H2 verso il recipiente fusorio (1) (Figura 1). 32. Impianto secondo una delle rivendicazioni da 28 fino a 31, caratterizzato dal fatto che la conduttura di scarico (16) del topgas tramite una conduttura di derivazione (17, 17a) è collegata con la conduttura per gas contenente H2 e H20, che sbocca nel reattore (11) di preriscaldamento e di preriduzione. 33. Impianto secondo una delle rivendicazioni da 28 fino a 32, caratterizzato dal fatto che nella conduttura di scarico (16) del topgas è previsto un dispositivo di depurazione del gas, specialmente un dispositivo depolverizzatore (18). 34. Impianto secondo una delle rivendicazioni da 28 fino a 33, caratterizzato dal fatto che il recipiente fusorio (1) comprende un dispositivo (5) di scarico per ferro liquido, rispettivamente acciaio liquido, in cui è possibile addurre elementi di alligatura e additivi. 35. Impianto secondo la rivendicazione 34, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di scarico (5) è eseguito come canale trasportatore ad induzione. 36. Impianto secondo una delle rivendicazioni 28 fino a 35, caratterizzato dal fatto che a valle del recipiente fusorio (1) è disposto almeno un impianto (9) di colata continua
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