MX2010002075A - Proceso para producir hierro de reduccion directa (dri) utilizando gases obtenidos a partir de carbon. - Google Patents

Abstract

Un proceso para producir hierro de reducción directa (DRI) a partir de minerales de hierro, utilizando un gas producido a partir de carbón conteniendo compuestos de azufre y BTX, en el cual se calienta dicho gas en un calentador preferentemente del tipo regenerativo donde se transfiere calor de un sólido previamente calentado a dicho gas producido a partir de carbón. Se hace pasar dicho gas caliente a través de un lecho de partículas de DRI, óxidos de hierro, u otro material equivalente fuera de dicho reactor de reducción, donde dicho material adsorbe los compuestos de azufre y se destruyen los BTX. El gas efluente de este tratamiento, libre de compuestos de azufre y BTX, se combina con una corriente de gas reductor extraído del reactor de reducción del cual se ha separado por lo menos parcialmente H2O y CO2 para regenerar su potencial reductor y se alimenta dicha combinación de gases a la zona de reducción del reactor de reducción a una temperatura entre 750°C y 1100°C. La invención permite utilizar eficientemente gases derivados del carbón, entre ellos gas de coquería, con y sin tratamiento de limpieza previo, para producir DRI. En una de las modalidades de la invención se produce DRI a alta temperatura con las ventajas de productividad y ahorro de energía al utilizarse dicho DRI en un horno eléctrico para producir acero y con ventajas de menores costos de capital y de operación.

Description

PROCESO PARA PRODUCIR HIERRO DE REDUCCIÓN DIRECTA (DRI) UTILIZANDO GASES OBTENIDOS A PARTIR DE CARBÓN.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con procesos y plantas de reducción directa de minerales de hierro, y más particularmente con un proceso para producir hierro de reducción directa (DRI) utilizando gases derivados de la pirolización o combustión parcial, conocida como gasificación, de carbón mineral.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Existen varias propuestas publicadas en la literatura técnica de la industria y en patentes sobre la utilización de gases derivados de pirolización o gasificación de carbón (gas de carbón), entre los que se encuentra el gas de coquerias, para producir hierro de reducción directa, también conocido como hierro esponja (o DRI en inglés).

El DRI es un material sólido granular que se produce por la reacción de minerales de hierro particulados, principalmente óxidos de hierro en trozos, pellets de mineral concentrado, o mezclas de ambos, con un gas reductor compuesto principalménte de hidrógeno y monóxido de carbono, a una temperatura en el rango de 750°C a 1 100°C. i Las plantas típicas de DRI se ilustran por ejemplo en las patentes de Estados Unidos Nos. 3,779,741 ; 3,765,872; 4,150,972; 4,336,063; 4,834,792; y 5,078,787. Estos sistemas comúnmente comprenden reactores de flujo vertical que tienen una zona de reducción en su parte superior y una zona de descarga en su parte inferior.

El gas reductor alimentado a alta temperatura al reactor se compone típicamente de hidrógeno y monóxido de carbono en su mayor parte y al reaccionar con los óxidos de ;hierro se producen hierro metálico en el DRI, agua y dióxido de carbono.

La reducción química de los óxidos de hierro se realiza por medio de un gas compuesto de hidrógeno y monóxido de carbono que típicamente se ha producido a partir de la reformación o combustión parcial de gas natural, sin embargo, existe un interés cada día más creciente para utilizar otros gases derivados de la gasificación de combustibles fósiles líquidos o sólidos, como el carbón mineral, entre los cuales se encuentra el gas de coquerías.

El gas de coquerías es un sub-producto de la coquización del carbón. En la industria siderúrgica, el coque se requiere como insumo para los altos hornos donde se produce el arrabio que es hierro metálico fundido base para la fabricación de acero. El carbón se piroliza, es decir, se calienta en ausencia de oxígeno y así se separan las substancias volátiles que contiene el carbón.

El gas efluente de los hornos de coque a una temperatura de aproximadamente 1100°C se pasa a una planta dé purificación del gas donde se recuperan algunos de las substancias volatilizadas durante la pirólisis. Este gas se enfría y'el gas frío saturado de agua a una temperatura de aproximadamente 80°C se separa del agua de enfriamiento que lleva alquitrán y otras substancias condensadas.

El gas de coquería tiene típicamente la siguiente composición en base seca: Hidrógeno Metano Nitrógeno Monóxido de carbono Dióxido de carbono Hidrocarburos (etano, propário etc.) 2 - 3% Adicionalmente el gas de coquería contiene otros contaminantes por lo cual este gas tiene características especiales: Vapores de alquitrán-Vapores de aceites ligeros (aromáticos), que consisten principalmente de benceno, tolueno y xileno, a los que se les denomina en conjunto BTX.

Vapores de naftaleno Amoníaco Sulfuro de hidrógeno H2S Cianuro de hidrógeno El nivel de concentración de los contaminantes arriba mencionados en el gas de coquería disponible depende de los procesos de limpieza a que sea sometido el gas efluente de los hornos de coque.

Para que el gas de coquería pueda utilizarse como combustible en los mismos hornos de coquería o en otros procesos de una planta siderúrgica, el gas debe ser tratado para condensar el agua y substancias contaminantes; separar los aerosoles de alquitrán para evitar taponamientos en las tuberías y otros equipos; separar el amoníaco para evitar corrosión de las tuberías y equipos que manejen el gas; separar el naftaleno para evitar depósitos y taponamientos de ductos y tuberías por condensación; separar los aceites ligeros si se desea recuperar los BTX; y separar los compuestos de azufre, sulfuro de hidrógeno y mercaptanos, para cumplir con las regulaciones ambientales.

Dado que en su mayor parte el gas de coquería está compuesto de H2 y CH4, se ha propuesto utilizarlo para reducir químicamente minerales de hierro y así obtener hierro metálico, en forma sólida, con el cual se puede incrementar la producción de acero. Sin embargo, el gas de coquería no puede alimentarse directamente a la planta de reducción directa si no se ha sometido a un tratamiento de limpieza de las substancias que pueden dañar los materiales de la planta o que son nocivos para el ambiente.

El proceso de limpieza y acondicionamiento del gas de coquerías es de alto costo pues se necesita la instalación y operación de varias plantas químicas para enfriar el gas efluente de ios hornos de coque y separar los aceites condensados en el enfriamiento, después se requiere separar el amoníaco y los compuestos de azufre. El proceso normal de separación del tiofeno, mercaptanos y otros compuestos de azufre aromáticos requiere transformarlos primeramente a sulfuro de hidrógeno (H2S) el cual puede ser absorbido por solventes químicos. Este proceso sin embargo es de alto costo y se puede evitar aplicando la presente invención.

El costo del proceso de limpieza del gas de coquería, sobre todo la desulfurización y la eliminación de los BTX, puede disminuirse mediante la presente invención al utilizar el gas de coquería sinérgicamente con una planta de reducción directa y hacer más atractiva su utilización como agente químico en lugar de ser usado solamente como combustible.

Se ha propuesto, por ejemplo en la patente de Estados unidos No. 4,270,739, un proceso de reducción directa en el cual se utiliza gas de coquería para reducir minerales de hierro a hierro metálico en el cual el gas de coquería se calienta en un calentador de fuego directo antes de ser introducido a la parte superior de dicho reactor, donde los compuestos de azufre son adsorbidos por las partículas de mineral de hierro. El gas de coquería libre de compuestos de azufre es extraído de dicho reactor y alimentado a un reformador catalítico donde los hidrocarburos presentes en esa corriente de gas se reforman a h½ y CO y se alimentan en una zona inferior donde se efectúa la reducción a hierro metálico de los minerales de hierro a mayor temperatura que la de la zona de adsorción en dicho reactor. Este proceso tiene la desventaja de que el calentador utilizado para calentar el gas de coquería a una temperatura de 700°C o mayor es de fuego directo y por lo tanto, los compuestos de azufre y los depósitos (coking) de los hidrocarburos pesados causan problemas en dicho calentador de depositación de carbón. Además se tiene que construir el reactor de reducción con dos entradas periféricas de gas una para distribuir el gas de coquería caliente en la zona superior del reactor y otra para distribuir el gas reductor a alta temperatura que ser produce en el reformador.

La patente de Estados Unidos No. 4,351 , 513 describe un proceso para utilizar el gas de coquería en un reactor de reducción directa y aprovechar el mineral de hierro que se alimenta a la parte superior del reactor para que adsorba los compuestos de azufre. Esta patente no menciona la eliminación de los BTX y produce necesariamente DRI a baja temperatura, pues el gas de coquería, después de pasar por el lecho de mineral de hierro se extrae del reactor de reducción y se alimenta a la parte inferior donde se utiliza para enfriar el DRI antes de ser descargado del reactor. El gas de coquería que sale de la parte inferior del reactor se enfría y se alimenta a un reformador para que los hidrocarburos presentes, principalmente CH4, se reformen a H2 y CO al reaccionar con CO2 en presencia de un catalizador. El objetivo principal de este proceso es desulfurizar el gas de coquería antes de que pase por el reformador catalítico para evitar que pierda su actividad por efecto del azufre.

La solicitud de patente de Estados Unidos No. 2009/021 401 describe un proceso de reducción directa que utiliza gas de coquería en el cual el gas de coquería se alimenta primeramente a la parte inferior del reactor de reducción donde se pone en contacto con el DRI a alta temperatura que ha sido producido en la parte superior del mismo. El DRI es enfriado por la corriente de gas de coquería y al mismo tiempo el DRI adsorbe los BTX del gas de coquería y los compuestos de azufre, de manera que el gas extraído de la zona inferior del reactor ya limpio de esos compuestos no deseados, se conduce a la zona de reducción de la parte superior del reactor donde los agentes reductores H2 y CO reaccionan con los óxidos de hierro para producir el DRI. Este proceso sin embargo no puede utilizarse cuando se desea producir DRI a alta temperatura y así aprovechar la energía térmica del DRI en el horno eléctrico donde se obtienen importantes ventajas en ahorro de energía eléctrica y de productividad por acortarse el tiempo de fusión y de la colada en general.

Los procesos descritos en las patentes citadas están limitados en cuanto a la cantidad de gas de coquería que puede ser tratado con el DRI que se está produciendo en el reactor, porque el azufre que se deposita en el DRI después se debe eliminar o minimizar su concentración en el horno eléctrico donde se utiliza el DRI para producir aceró, En contraste con lo anterior, mediante la presente invención, se utiliza una cantidad relativamente pequeña de DRI, o un material equivalente, el cual se puede saturar de azufre y desecharse de manera apropiada sin contaminar el DRI producido por el reactor.

OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN Es por lo tanto un objetivo de la presente invención proporcionar un método y aparato para la producción de DRI utilizando gas de coquería, donde la purificación de dicho gas en lo que concierne a la eliminación de BTX, compuestos de azufre e hidrocarburos pesados se efectúa utilizando DRI o un material equivalente sin contaminar el DRI producido en el reactor de reducción.

Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un método y aparato para producir DRI utilizando gas de coquería en el cual se eliminan los problemas causados por los hidrocarburos pesados que pueden formar depósitos de carbón y las substancias que se condensan y pueden ocasionar taponamientos o corrosión en los calentadores.

Otros objetivos de la invención serán señalados más adelante o serán evidentes a partir de la siguiente descripción de la invención.

Los objetivos de la presente invención se realizan proporcionando un método y aparato para producir hierro de reducción directa (DRI) a partir de minerales de hierro particulados en forma de trozos, pellets o mezclas de éstos, utilizando gas de coquería como el agente reductor, en un reactor de cuba vertical que tiene una zona de reducción en su parte superior donde se hacen reaccionar las partículas de mineral con un gas reductor que se alimenta a dicha zona de reducción a una temperatura en el rango entre 750°C a 1100°C. Se calienta el gas de coquería a una temperatura entre 650°C y 800°C. Se hace pasar dicho gas de coquería caliente a través de un lecho de partículas de material adsorbente fuera de dicho reactor de reducción, donde dicho material adsorbe los compuestos de azufre y los BTX y donde otros hidrocarburos contenidos en dicho gas de coquería se destruyen con la alta temperatura.. Se combina el gas de coquería libre de compuestos de azufre y BTX con una corriente de gas reductor extraído del reactor de reducción del cual se ha separado por lo menos parcialmente H20 y CO2 para regenerar su potencial reductor y se alimenta dicha combinación de gases a la zona de reducción del reactor de reducción, con lo cual se puede producir DRI utilizando gas de coquería con costos muy bajos de limpieza del mismo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es un diagrama de proceso esquemático mostrando un proceso de reducción directa para producir DRI a alta temperatura, donde se utiliza el gas de coquería, de acuerdo con la invención, después de que los compuestos de azufre i son adsorbidos en un lechó de partículas de material adsorbente fuera del reactor y los BTX y otros hidrocarburos pesados se destruyen evitando la contaminación con azufre del DRI producido en el reactor.

La figura 2 es un diagrama esquemático de otra modalidad de la invención, aplicada a un proceso de reducción directa donde el gas reductor extraído del reactor de reducción se hace pasar por un reformador catalítico para reformar los hidrocarburos presentes en el gas de coquería antes de ser reciclados a dicho reactor.

La figura 3 es un diagrama esquemático de otra modalidad de la invención aplicada a un proceso de reducción directa donde una porción del gas reductor extraído del reactor de reducción se hace pasar por un reformador catalítico y otra porción de dicho gas reductor extraído del reactor de reducción se recicla a dicho reactor a través de un calentador.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En esta especificación se describen algunas modalidades preferidas de la invención con referencia a las figuras anexas que ayudarán a mejor comprender el espíritu y alcance de la invención. Se entiende que la descripción de las modalidades preferidas es meramente ilustrativa y no limitativa y que la invención está definida por las reivindicaciones anexas.

Aunque la invención se describe aquí aplicada a la utilización de gas de coquería, será evidente que se puede aplicar a la utilización de otros gases derivados del carbón producidos por gasificación o combustión parcial de carbón mineral que se producen con diversos grados de compuestos de azufre y compuestos aromáticos BTX, sobre todo cuando la gasificación, por lo menos parcialmente, se lleva a cabo a temperaturas menores a 800°C.

Con referencia a la figura 1, el numeral 10 designa en forma general un reactor de reducción directa, que tiene una zona de reducción 12, a través de la cual fluyen por gravedad, a una velocidad controlada por medios conocidos en el arte, partículas de óxidos de hierro 15 alimentadas por la parte superior de dicha zona de reducción 12 en forma de trozos o péllets o mezclas de ambos. Un gas reductor 16, compuesto principalmente de hidrógeno y monóxido de carbono, a alta temperatura en el rango entre 900°C y 1100°C, se introduce a la zona de reducción 12 donde se pone en contacto con los óxidos de hierro y reduce dichos óxidos a hierro metálico, produciendo el DRI, a través de las siguientes reacciones químicas, entre otras: FexOy + H2 -> Fe° + H20 (1) FexOy + CO ^ Fe° + C02 (2) H20 + CO ^ C02 + H2 (3) Debido a las restricciones de equilibrio de las reacciones de reducción (1), (2) y de conversión de gases (3) mostradas arriba, el gas reductor efluente de la zona de reducción 12 por el ducto de salida 18 contiene aún hidrógeno y monóxido de carbono, así como agua y dióxido de carbono que son productos de las reacciones de reducción. Para incrementar la eficiencia del proceso de reducción directa, se regenera el potencial reductor del gas efluente del reactor separando el agua y el dióxido de carbono y recirculandó el gas a dicha zona de reducción. El gas efluente de la zona de reducción 18 del reactor 10 tiene una temperatura en el rango entre 350°C y 450°C dependiendo de las condiciones de temperatura y presión de la zona de reducción, así como del grado de reducibilidad de los minerales de hierro procesados.

El gas efluente del reactor 10 pasa del tubo 18 por dentro de los tubos del cambiador de calor 20 donde el calor sensible del gas es transferido al agua que circula por el tubo 22. El agua se calienta por el calor del gas y se transforma en vapor que sale del cambiador 20 por la salida 24 para utilizarse por ejemplo en la regeneración del solvente utilizado para absorber CO2 en el sistema de absorción 42 y también puede usarse para alimentarse junto con el gas de coquería para la reformación dél metano del gas de coquería. El calor sensible del gas efluente 18 de la zona de reducción 12 también puede usarse para precalentar el gas reductor recirculado al reactor antes de pasar por el calentador 64.

El gas reductor que sale del cambiador 20 por el tubo 28 se enfría a temperatura ambiente por contacto directo con agua 32 en el enfriador 30 donde se condensa el agua 34, subproducto de las reacciones de reducción, separándose del gas reductor que sale del enfriador por el tubo 36. Una parte del gas frío 36 se saca del sistema de reducción por el tubo 38 que tiene una válvula de control de presión 40 y sé puede utilizar como combustible en otros equipos de la planta de reducción, por ejemplo en el calentador 64 en substitución de la corriente 82 o en combinación con la corriente de gas combustible 74 de una fuente adecuada 76. También puede usarse como combustible para calentar el material refractario de los calentadores regenerativos 90 y 92, o en los mismos hornos de coquería.

La mayor parte del gas efluente de la zona de reducción 12 fluye por el tubo 42 al compresor 44 y luego se pasa a través del tubo 48 a una unidad de separación de C02 50 de dióxido de carbono 52, del tipo de absorción química o de adsorción (PSA O VSA) de manera conocida en el arte.

El gas con un contenido de dióxido de carbono muy reducido sale de la unidad separadora de C02 50 por el tubo 54 y se pasa a un humidificador 56 donde se satura de humedad por contacto con agua 58 cuyo exceso sale del humidificador por el tubo 60. El gas saturado de humedad 62 se calienta en un calentador 64 a una temperatura en el rango de 750°C a 1 100°C. La corriente de gas reductor caliente 66 que se va a reciclar a la zona de reducción 12 se combina con una corriente de gas de coquería 68, el cual ha sido tratado para minimizar el contenido de BTX y de compuestos de azufre a una temperatura entre 500°C y 750°C en contacto con DRI en alguno de los recipientes 90 y 92. A la combinación de gas recirculado 66 y gas de repuesto 68, opcionalmente se le agrega una corriente controlada de un gas conteniendo oxígeno 70 de un fuente adecuada 72, que preferiblemente es oxígeno puro, pero que puede ser aire enriquecido con oxígeno. Esta opción del aire enriquecido sin embargo tiene la limitación de que el nitrógeno del aire puede limitar la cantidad de aire alimentado por la acumulación de nitrógeno que puede formarse al recircular el gas de la zona de reducción al reactor 10.

La corriente de oxígeno 70 se inyecta al gas que se va a alimentar a la zona de reducción 12 para llevar a cabo una combustión parcial del mismo antes de introducir el gas al reactor, por lo que los hidrocarburos presentes en el gas de coquería, principalmente metano y otros hidrocarburos más pesados en proporciones variables.

El tratamiento del gas de coquería antes de ser alimentado al circuito de reducción, en combinación con la corriente 66 efluente del calentador 64, se alimenta de la fuente 80 por las líneas 82 y 84 que tienen las válvulas 83 y 85 respectivamente para la operación alterna de los calentadores del tipo regenerativo 90 y 92. Los calentadores 90 y 92 preferiblemente son del tipo donde, en una primera etapa del ciclo de operación, se calienta una masa de material refractario 94 y 96 mediante la combustión de un combustible 98, que puede ser gas reductor extraído del circuito de reducción 38, con una corriente de aire de combustión 100 y 102, y en una segunda etapa del ciclo, el calor acumulado en la masa de refractario 94 y 96 se transfiere al gas de coquería 82 y 84. Este tipo de calentadores con material refractario es conocido en otras aplicaciones industriales y se les conoce también como "estufas" o "pebble heaters" de acuerdo con el tipo de material refractario seleccionado para acumular y transferir el calor. Los humos de combustión realizada para acumular el calor en el material de los calentadores salen por los tubos 1 10 y 1 12 provistos de las válvulas 1 12 y 1 13 y se eliminan del sistema a través de una chimenea adecuada.

Se pueden usar también calentadores de tipo regenerativo donde los recipientes que contienen el material refractario no están conectados en paralelo sino en serie y el material refractario se hace pasar de un recipiente de calentamiento a un recipiente donde transfiere el calor a una corriente de gas en la primera etapa del ciclo y donde el material refractario se recircula ya frío al recipiente de calentamiento donde se calienta de nuevo mediante la combustión de un combustible con aire.

Una de las grandes ventajas de la presente invención al utilizar este tipo de calentadores para calentar el gas de coquería, es que si los hidrocarburos pesados depositan carbón, o si los residuos de alquitrán y otros compuestos forman depósitos que se acumulan en el material refractario, estos depósitos se eliminan en la siguiente etapa del ciclo de los calentadores, cuando se calienta el material refractario mediante la combustión de un combustible. En otras palabras, los depósitos de hidrocarburos se queman cuando se lleva a cabo la combustión con el exceso de aire utilizado para calentar el refractario y así los depósitos de los hidrocarburos, se desechan como CO2 y H2O, limpiándose los calentadores en cada ciclo de combustión.

Aunque en una modalidad preferida de la invención los calentadores 90 y 92 son de tipo regenerativo, también pueden utilizarse calentadores de tubos operándolos de manera alternada para tener un ciclo de limpieza y otro ciclo de operación.

Los hidrocarburos contenidos en el gas de coquería se pueden reforman a H2 y CO, por lo menos parcialmente al alimentar vapor de agua 104 por las líneas 106 y 108. La cantidad de vapor de agua que se alimenta con el gas de coquería dependerá del contenido de BTX e hidrocarburos pesados. La proporción estará entre un 5% y un 20% en volumen de la cantidad de gas de coquería que se va a calentar para pasarlo por el DRI en los recipientes 90 ó 92.

El gas sale de los recipientes 90 y 92, después de haber tenido contacto a alta temperatura con el DRI, o un adsorbente de azufre equivalente, por los tubos 134 y 136 provistos de las válvulas 135 y 137. Las válvulas 83, 85, 99, 101 , 103, 105, 107, 109, 1 1 1 , 1 13, 135 y 137 permiten selectivamente dirigir las corrientes de gas de coquería, gas combustible, vapor de agua, aire de combustión y humos de combustión de acuerdo con la etapa del ciclo de operación de los calentadores 90 y 92 de manera conocida en el arte.

El gas de coquería calentado a una temperatura entre 500°C y 750°C en los calentadores 90 y 92 se hace pasar por los recipientes 1 14 y 1 16 por medio de los tubos 1 18 y 120 provistos de las válvulas 122 y 124 de manera que alternadamente, uno de los recipientes 1 14 o 1 16 está en un ciclo de adsorción de compuestos de azufre y de destrucción de BTX, y el otro está en un ciclo de cambio del material adsorbente.

El material adsorbente es preferiblemente es hierro de reducción directa (DRI), pero pueden utilizarse otros materiales como óxidos de hierro o dolomita u compuestos alcalinos.

En el caso de los óxidos de hierro, el hidrógeno del gas de coquería que contacta los óxidos a temperaturas elevadas reducirá los óxidos a hierro metálico y eventualmente se tendrá un material similar al DRI en los recipientes 1 14 y 1 16.

El DRI ha probado tener una capacidad de adsorción de compuestos de azufre por su alta porosidad así como por su acción de destrucción de hidrocarburos por descomposición o reformación. Preferiblemente, se utiliza DRI 124 y 126 producido en el reactor de reducción 10 y se carga a los recipientes 1 14 y 116 en tamaños de partícula entre 1 y 4 mm, aunque puede utilizarse DRI con tamaños más grandes o más pequeños con algunas variaciones en los costos de operación por la caída de presión a través del lecho de DRI, la efectividad de la adsorción y el tamaño de masa de DRI necesario para una capacidad determinada de limpieza de gas de coquería.

La presente invención permite utilizar gas de coquería con bajos costos de limpieza de azufre y aceites, ya que el DRI en los recipientes 90 y 92 no se utiliza para fabricar él acero sino que puede saturarse de compuestos de azufre y ser cambiado por DRI nuevo con sólo extraer una mínima porción del DRI producido, que puede estar en el rango de 0.05% de la producción. De preferencia, el DRI para este uso se selecciona de tamaño de partícula más pequeño, el cual de todas maneras en algunas plantas se criba y se separa de la producción principal como "finos".

Las válvulas 121 , 122, 29 y 131 permiten alternar los ciclos de operación de los recipientes 1 14 y 1 16 que contienen el DRI para tratar el gas de coquería, de manera que mientras uno de los recipientes está en operación, el otro está en el ciclo de descarga del DRI saturado de azufre y carbón y la carga de DRI nuevo.

Después de haber sido tratado el gas de coquería en los recipientes 1 14 y 1 16, se inyecta por medio de las líneas 128 y 130, provistas de las válvulas 129 y 131 , a la corriente 66 de gas reductor del circuito de reducción para ser utilizado como fuente de gas reductor en el reactor 10 ya sin los problemas que ocasionan los BTX y los compuestos cié azufre en las tuberías y equipos.

En los diagramas de las Figuras 1 , 2 y 3, se ha indicado con líneas punteadas los componentes de un circuito de enfriamiento de DRI en la parte inferior del reactor 10, ya que aunque preferiblemente la invención se dirige a un proceso y aparato para producir DRI a alta temperatura, superior a 500°C, en algunas modalidades de la invención se puede tener un reactor de reducción con la capacidad de producir DRI a baja temperatura, cuando no se puede utilizar inmediatamente en una acería asociada a la planta de reducción de minerales de hierro. Para este efecto, se hace circular un gas de enfriamiento 140 a través del DRI en la zona 14 del reactor, extrayendo el gas caliente 142 que se enfría por contacto directo con agua 144 en un enfriador 146 y que se recircula a la zona de enfriamiento 14 mediante un compresor o equipo equivalente 148. Una corriente de gas de enfriamiento frió 150 de una fuente adecuada 152 se inyecta de forma regulada por la válvula 154 a dicho circuito de enfriamiento para reponer el gas que reacciona con el DRI o que sale de dicho circuito.

Con referencia a la Figura 2, donde los mismos numerales designan elementos equivalentes del proceso y aparato de la Figura 1 , se ilustra una segunda modalidad de la invención, aplicada a un proceso de reducción directa donde el gas reductor efluente del reactor 10 y que se recircula a dicho reactor se hace pasar por un reformador catalítico 160 donde los hidrocarburos presentes en el gas recirculado se reforman a H2 y CO. El gas de coquería es tratado en la misma forma ya descrita con referencia a la Figura 1 y se alimenta al circuito de gas reductor inyectándolo a la corriente de gas efluente del reformador 60.

En otra modalidad de la invención, el gas de coquería ya tratado en los recipientes 1 14 y 1 16 se inyecta al circuito de gas de reducción por medio del tubo 162 antes de pasar por el reformador 160.

En la Figura 3, se muestra una tercera modalidad de la invención, aplicada a un proceso de reducción directa donde una porción del gas reductor extraído del reactor de reducción que se recircula al reactor 10, se hace pasar por un reformador catalítico 160 y otra porción de dicho gas reductor extraído del reactor de reducción se recicla a dicho reactor a través de un calentador 64. El gas de coquería es tratado en la misma forma ya descrita con referencia a la Figura 1.

En otra modalidad de la invención, el gas de coquería de la fuente 80 se pasa por el calentador 64 a través del tubo 164 combinándolo con la corriente de gas 48 extraído de la zona de reducción 12 y luego se pasa por el tubo 166 a través del material adsorbente de compuestos de azufre en los recipientes 1 14 y 116 para después combinarse con el gas efluente del reactor catalítico 160.

Será evidente para todos aquellos expertos en el arte que se pueden hacer numerosas modificaciones a la invención aquí descrita, como mejor se adapte a las circunstancias de una aplicación particular, sin apartarse del espíritu y alcance de la invención, la cual se define por las reivindicaciones anexas.

Habiendo descrito la invención, se considera una novedad y se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

Claims (22)

R E I V I N D I C A C I O N E S

1 . Un proceso para producir hierro de reducción directa (DRI) a partir de minerales de hierro particulados en forma de trozos, pellets o mezclas de éstos, utilizando gases producidos a partir de carbón, en un reactor de cuba vertical que tiene una zona de reducción en su parte superior donde se hacen reaccionar las partículas de mineral con un gas reductor que se alimenta a dicha zona de ' reducción a una temperatura en el rango entre 750°C a 1 100°C, caracterizado por que comprende: calentar un gas producido a partir de carbón a una temperatura entre 650°C y 800°C, hacer pasar dicho gas producido a partir de carbón caliente a través de un lecho de partículas de un material adsorbente de compuestos dé azufre, fuera de dicho reactor de reducción, donde dicho material adsorbente adsorbe los compuestos de azufre contenidos en dicho gas producido a partir de carbón; combinar el gas libre de compuestos de azufre con una corriente de gas reductor extraído del reactor de reducción, del cual se ha separado por lo menos parcialmente H2O y CO2 para regenerar su potencial reductor, y alimentar dicha combinación de gases a la zona de reducción del reactor de reducción.

2. Un proceso de reducción directa de conformidad con la reivindicación 1 , donde dicho gas producido a partir de carbón es gas de coquerías.

3. Un proceso de reducción directa de conformidad con la reivindicación 1 , donde dichos calentadores dé gas son del tipo regenerativo donde se transfiere calor de un sólido previamente calentado a dicho gas producido a partir de carbón.

4. Un proceso de reducción directa de conformidad con la reivindicación 1 donde dicho material adsorbente de compuestos de azufre es DRI.

5. Un proceso de reducción directa de conformidad con la reivindicación 1 , donde dicho rriaterial adsorbente de compuestos de azufre contiene óxidos de hierro.

6. Un proceso de reducción directa de conformidad con la reivindicación 1 , donde dicho material adsorbente de compuestos de azufre contiene dolomita.

7. Un proceso de reducción directa de conformidad con la reivindicación 1 , donde dicho gas reductor alimentado a la zona de reducción está formado por la combinación dé un gas efluente de un reformador catalítico y un gas producido a partir de carbón que ha sido calentado y tratado con un material adsorbente de compuestos de azufre.

8. Un proceso de reducción directa de conformidad con la reivindicación 7, donde dicho gas producido a partir de carbón que ha sido calentado y tratado con un material adsorbente de compuestos de azufre se combina con una corriente de gas extraído de la zona de reducción antes pasar por dicho reformador catalítico.

9. Un proceso de reducción directa de conformidad con la reivindicación 1 , donde dicho gas reductor alimentado a la zona de reducción está formado por la combinación de una corriente de gas efluente de un reformador catalítico, una corriente de gas producido a partir de carbón que ha sido calentado y tratado con un material adsorbente de compuestos de azufre y una corriente de gas extraído de la zona de reducción calentado a una temperatura superior a 750°C.

10. Un proceso de reducción directa de conformidad con la reivindicación 9, donde dicha corriente de gas extraído de la zona de reducción se combina con una corriente de gas producido a partir de carbón antes de ser tratado con un material adsorbente de compuestos de azufre y luego ya tratado se combina con una corriente de gas reductor efluente de dicho reformador catalítico.

1 1. Un proceso de reducción directa de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde los BTX contenidos en el gas producido a partir de carbón se destruyen al hacer pasar dicho gas producido a partir de carbón por dicho material adsorbente de compuestos de azufre.

12. Una planta para producir hierro de reducción directa (DRI) a partir de minerales de hierro particulados en forma de trozos, pellets o mezclas de éstos, que comprende un reactor de reducción de cuba vertical que tiene una zona de reducción en su parte superior donde se hacen reaccionar las partículas de mineral con un gas reductor que se alimenta a dicha zona de reducción a una temperatura en el rango entre 750°C a 1 100°C; caracterizado por que comprende además: una pluralidad de calentadores para calentar una corriente de gas producido a partir de carbón a una temperatura entre 650°C y 800°C; por lo menos dos recipientes que contienen un lecho de partículas de un material que adsorbe los compuestos de azufre contenidos en dicho gas producido a partir de carbón y que operan alternadamente en un ciclo de adsorción y un ciclo de reposición del material adsorbente; medios para combinar el gas producido a partir de carbón libre de compuestos de azufre con una corriente de gas reductor extraído del reactor de reducción del cual se ha separado por lo menos parcialmente H20 y C02 para regenerar su potencial reductor y medios para alimentar dicha combinación de gases a la zona de reducción del reactor de reducción.

13. Una planta para producir hierro de reducción directa (DRI) de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además por que los calentadores para calentar dicho gas producido a partir de carbón son de tipo regenerativo, donde de manera alternada, un material refractario acumula calor mediante la combustión de un combustible en una primera etapa de calentamiento y luego ese calor se transfiere a dicho gas producido a través de carbón en una segunda etapa de calentamiento de gas.

14. Una planta para producir hierro de reducción directa (DRI) de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además por que los calentadores para calentar dicho gas producido a partir de carbón son de tipo de tubos y fuego directo, donde de manera alternada, se calienta dicho gas en una primera etapa de calentamiento y luego se limpia dicho calentador de depósitos de carbón en una segunda etapa de limpieza.

15. Una planta para producir hierro de reducción directa (DRI) de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque comprende además un reformador catalítico para reformar hidrocarburos presentes en dicho gas extraído de la zona de reducción de dicho reactor y en dicho gas producido a partir de carbón.

16. Una planta para producir hierro de reducción directa (DRI) de conformidad con la reivindicación ? 5, caracterizado porque comprende además un calentador para calentar una porción del gas extraído de la zona de reducción de dicho reactor a una temperatura superior a 750°C.

17. Una planta para producir hierro de reducción directa (DRI) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, caracterizado porque dicho gas producido a partir de carbón es gas de coquerías.

18. Una planta para producir hierro de reducción directa (DRI) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, caracterizado porque dicho gas producido a partir de carbón es generado por combustión parcial de carbón.

19. Una planta para producir hierro de reducción directa (DRI) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 18, caracterizado porque dicho material adsorbente de compuestos de azufre es DRI.

20. Una planta para producir hierro de reducción directa (DRI) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 18, caracterizado porque dicho material adsorbente de compuestos de azufre contiene óxidos de hierro.

21. Una planta para producir hierro de reducción directa (DRI) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 18, caracterizado porque dicho material adsorbente de compuestos de azufre contiene dolomita.

22. Una planta para producir hierro de reducción directa (DRI) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 21 , caracterizado porque dicho gas producido a partir de carbón contiene BTX, los cuales se destruyen al tratar este gas con dicho material adsorbente de compuestos de azufre.