MX2010004991A - Proceso para producir hierro de reduccion direccta (dri) con menores emisiones de co2 a la atmosfera. - Google Patents

Abstract

Proceso para producir hierro de reducción directa (Dri) con menores emisiones de CO2 a la atmósfera, en un sistema de reducción directa que comprende un reactor de reducción al que se alimentan pellets o trozos de mineral de hierro, o mezclas de ambos, los cuales hacen reaccionar con un gas reductor compuesto principalmente de hidrógeno y monóxido de carbono a alta temperatura, donde dicho gas reductor se deriva de la reformación de un gas que contiene hidrocarburos, y en el cual una primera porción del gas reductor efluente de dicho reactor de reducción que contiene H2, CO, CO2 y H2O en variadas proporciones, se limpia y deshidrata en un enfriador y al que se agrega un gas que contiene hidrocarburos y dicha mezcla se circula por un reformador catalítico antes de ser alimentado a alta temperatura a dicho reactor de reducción; donde dicho método está caracterizado por extraer CO2 de una porción de dicho gas efluente del reactor de reducción y la corriente de gas resultante se alimenta a los quemadores del reformador disminuyendo así la cantidad de CO2 emitido a la atmósfera. En otra modalidad de la invención, se hace reaccionar por lo menos una porción de dicho gas efluente del reactor de reducción con H2O para transformar por lo menos parcialmente una parte del CO a H2 y CO2, y se separa CO2 de la corriente de gas resultante produciéndose una corriente de gas combustible con alto contenido de hidrógeno, que se utiliza como combustible en dicho reformador.

Description

PROCESO PARA PRODUCIR HIERRO DE REDUCCIÓN DIRECTA (DRI) CON MENORES EMISIONES DE CO2 A LA ATMÓSFERA.

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 REDUCIR PARTÍCULAS DE ÓXIDOS DE HIERRO A HIERRO METÁLICO MEDIANTE SU REACCIÓN CON UN GAS REDUCTOR A ALTA TEMPERATURA COMPUESTO PRINCIPALMENTE DE HIDRÓGENO Y MONÓXIDO DE CARBONO, EN EL CUAL SE PUEDEN DISMINUIR CONSIDERABLEMENTE LAS EMISIONES DE DIÓXIDO DE CARBONO SUB-PRODUCTO DE LA REDUCCIÓN DE LOS ÓXIDOS DE HIERRO Y DE LA GENERACIÓN DE CALOR EN LOS EQUIPOS TÉRMICOS PARA PRODUCIR DICHO GAS REDUCTOR A ALTA TEMPERATURA.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 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 PRINCIPALMENTE DE HIDRÓGENO Y MONÓXIDO DE CARBONO, A UNA TEMPERATURA EN EL RANGO DE 750°C A 1100°C. 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 QUE SE PUEDE UTILIZAR TAMBIÉN COMO ZONA DE ENFRIAMIENTO DEL DRI.

EL GAS REDUCTOR SE OBTIENE GENERALMENTE POR REFORMACIÓN DE GAS NATURAL CON VAPOR DE AGUA Y/O C02 EN UN REFORMADOR CATALÍTICO. TAMBIÉN SE PUEDEN GENERAR GASES REDUCTORES MEDIANTE LA REFORMACIÓN O COMBUSTIÓN PARCIAL DE OTROS HIDROCARBUROS, TALES COMO DERIVADOS DE PETRÓLEO Y CARBÓN MINERAL.

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. DEBIDO A LAS RESTRICCIONES DEL EQUILIBRIO QUÍMICO Y LA CINÉTICA DE LAS REACCIONES DE REDUCCIÓN Y CARBURIZACIÓN MOSTRADAS ABAJO, ENTRE OTRAS, NO TODO EL HIDRÓGENO Y MONÓXIDO DE CARBONO REACCIONA CON LOS ÓXIDOS DE HIERRO POR LO QUE EL GAS REDUCTOR SE EXTRAE DE LA PARTE SUPERIOR DE LA ZONA DE REDUCCIÓN, SE ENFRÍA Y REGENERA SU POTENCIAL REDUCTOR MEDIANTE LA SEPARACIÓN DE AGUA Y DE DIÓXIDO DE CARBONO, Y SE RECIRCULA A DICHA ZONA DE REDUCCIÓN.

FE203 + 3H2 -> 2FE + 3H20 FE203 + 3CO - 2FE + 3C02 3FE + CH4 - FE3C +2H2 EN UNA PLANTA DE REDUCCIÓN DIRECTA DONDE EL GAS REDUCTOR SE GENERA POR REFORMACIÓN DE HIDROCARBUROS CON CO2 Y H2O PRESENTES EN LOS GASES EFLUENTES DEL REACTOR DE REDUCCIÓN Y RECIRCULADOS AL MISMO REACTOR A TRAVÉS DEL REFORMADOR, LAS PRINCIPALES FUENTES DE EMISIÓN DE CO2, SON LOS HUMOS DE LA CHIMENEA DEL REFORMADOR, PUES ALLÍ SE LLEVA A CABO LA COMBUSTIÓN DE GAS NATURAL U OTRO COMBUSTIBLE ADECUADO PARA PROVEER EL CALOR NECESARIO PARA REALIZAR LAS REACCIONES DE REFORMACIÓN Y LLEVAR EL GAS REDUCTOR A LA TEMPERATURA EN EL RANGO DE 750°C A 1 100 °C. EL GAS REDUCTOR EFLUENTE DEL REACTOR DE REDUCCIÓN COMPRENDE EN SU MAYOR PARTE H2, CO, CO2, H2O, CH4 Y PEQUEÑAS CANTIDADES DE N2 Y OTROS GASES INERTES.

EN MUCHOS PAÍSES DEL MUNDO LAS REGULACIONES AMBIENTALES SOBRE LAS EMISIONES DE CO2 ESTÁN SIENDO MÁS ESTRICTAS POR LA PREOCUPACIÓN ACTUAL SOBRE EL EFECTO INVERNADERO DEL CO2, POR LO QUE SE ESTÁN DESARROLLANDO MEDIDAS QUE PERMITAN LA SEPARACIÓN SELECTIVA DE CO2 PARA EVITAR SU ACUMULACIÓN EN LA ATMÓSFERA.

LA PRESENTE INVENCIÓN PERMITE LA SEPARACIÓN SELECTIVA DE CO2 DE LA CORRIENTE DE GAS EFLUENTE DEL REACTOR DE REDUCCIÓN ANTES DE SER UTILIZADA COMO COMBUSTIBLE EN EL REFORMADOR, POR LO QUE LA CANTIDAD DE CARBÓN QUE SALE POR LA CHIMENEA DEL REFORMADOR SE DISMINUYE CONSIDERABLEMENTE PORQUE DICHA CORRIENTE CONTIENE PRINCIPALMENTE HIDRÓGENO, EL CUAL AL QUEMARSE PRODUCE H2O QUE NO ES NOCIVA PARA EL AMBIENTE Y LOS COMPUESTOS DE CARBONO EN FORMA DE CO2 SE PUEDEN UTILIZAR EN OTROS PROCESOS O SECUESTRARSE EN LUGARES DE ALMACENAMIENTO PARA EVITAR SU EMISIÓN A LA ATMÓSFERA.

LOS OBJETOS DE LA INVENCIÓN SE LOGRAN PROPORCIONANDO UN MÉTODO PARA LA REDUCCIÓN DIRECTA DE MINERALES DE HIERRO QUE COMPRENDE UN REACTOR DE REDUCCIÓN UN REFORMADOR PARA LA REFORMACIÓN CATALÍTICA DE HIDROCARBUROS, POR EJEMPLO GAS NATURAL, CON CO2 Y H2O PRESENTES EN LA CORRIENTE DE GAS REDUCTOR QUE SE RECICLA A DICHO REACTOR, UN ENFRIADOR DEL GAS REDUCTOR EFLUENTE DEL REACTOR DE REDUCCIÓN, Y UN COMPRESOR PARA RECIRCULAR UNA PORCIÓN DEL GAS REDUCTOR EFLUENTE DEL REACTOR A DICHO REACTOR. ALGUNOS DIAGRAMAS DE PROCESO PARA PRODUCIR DRI DE ESTE TIPO SE ILUSTRAN POR EJEMPLO EN LAS PATENTES DE ESTADOS UNIDOS NOS. 3,749,386 Y 4,046,557.

DESPUÉS DE SER ENFRIADO Y LIMPIADO, UNA PARTE DEL GAS REDUCTOR EFLUENTE SE UTILIZA COMO COMBUSTIBLE EN LOS QUEMADORES DEL REFORMADOR, POR LO CUAL EL CO2 QUE CONTIENE COMO PRODUCTO DE LAS REACCIONES DE REDUCCIÓN Y EL CO2 PRODUCIDO POR LA COMBUSTIÓN DEL CO Y DEL CH4, SALE DE LA CHIMENEA DEL REFORMADOR A LA ATMÓSFERA. ESTA PORCIÓN DE GAS REDUCTOR QUE SE EXTRAE DEL SISTEMA COMO COMBUSTIBLE SIRVE TAMBIÉN PARA EVITAR LA ACUMULACIÓN DE GASES INERTES EN EL CIRCUITO DE GAS REDUCTOR.

EN UNA MODALIDAD DE LA PRESENTE INVENCIÓN PERMITE DISMINUIR CONSIDERABLEMENTE LA EMISIÓN DE CO2 A LA ATMÓSFERA MEDIANTE LA CONVERSIÓN DEL CO A CO2, EL CUAL SE PUEDE SEPARAR DE LA CORRIENTE DE GAS, Y COMO PRODUCTO DE ESTA REACCIÓN SE TIENE H2 QUE SE UTILIZA COMO COMBUSTIBLE EN LOS QUEMADORES DEL REFORMADOR, DE ACUERDO CON LA SIGUIENTE REACCIÓN QUÍMICA: CO + H2O - CO2 + H2 DE CONFORMIDAD CON ESTA MODALIDAD DE LA PRESENTE INVENCIÓN, LA CORRIENTE DE GAS REDUCTOR SEPARADO DEL CIRCUITO DE GAS REDUCTOR Y QUE SE VA A UTILIZAR COMO COMBUSTIBLE, SE PASA PRIMERAMENTE POR UN REACTOR DE CONVERSIÓN DE CO ("SHIFTER") Y LUEGO POR UNA UNIDAD SEPARADORA DE CO2, CON LO CUAL SE FORMA UNA CORRIENTE DE GAS COMBUSTIBLE CUYO COMPONENTE PRINCIPAL ES HIDRÓGENO, OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN ES POR LO TANTO UN OBJETIVO DE LA PRESENTE INVENCIÓN PROPORCIONAR UN MÉTODO Y APARATO PARA LA PRODUCCIÓN DE DRI QUE SE ADAPTA CON MAYOR FACILIDAD PARA CUMPLIR CON LAS LEYES AMBIENTALES QUE REGULAN LA CANTIDAD Y TIPO DE EMISIONES INDUSTRIALES A LA ATMÓSFERA.

ES OTRO OBJETIVO DE LA INVENCIÓN PROPORCIONAR UN MÉTODO Y APARATO QUE COMPRENDE UN REACTOR DE REDUCCIÓN Y UN REFORMADOR CATALÍTICO DE HIDROCARBUROS CON CO2 Y H2O A TRAVÉS DEL CUAL SÉ RECIRCULA UNA PORCIÓN DEL GAS REDUCTOR EFLUENTE DE DICHO REACTOR, CON UNA MENOR EMISIÓN DE CO2 A LA ATMÓSFERA.

ES OTRO OBJETIVO DE LA PRESENTE INVENCIÓN PROPORCIONAR UN MÉTODO Y APARATO PARA LA PRODUCCIÓN DE DRI EN EL QUE UNA PORCIÓN DEL GAS COMBUSTIBLE A DICHO REFORMADOR ES TRATADO PARA SEPARAR EL CO2 DEL GAS COMBUSTIBLE UTILIZADO EN EL REFORMADOR.

ES ADEMÁS OTRO OBJETIVO DE LA INVENCIÓN PROPORCIONAR UN MÉTODO Y APARATO PARA LA PRODUCCIÓN DE DRI EN EL CUAL EL CO2 ES SEPARADO DEL SISTEMA DE REDUCCIÓN Y PUEDE SER UTILIZADO EN OTROS PROCESOS, PRODUCIENDO UNA VENTAJA ECONÓMICA.

ES TAMBIÉN OTRO OBJETIVO DE LA INVENCIÓN PROPORCIONAR UN MÉTODO Y APARATO PARA LA PRODUCCIÓN DE DRI EN EL CUAL, EL CO2 PRODUCIDO EN EL SISTEMA DE REDUCCIÓN DE ÓXIDOS DE HIERRO PUEDE SER DEPARADO Y SECUESTRADO EVITANDO SU EMISIÓN A LA ATMÓSFERA. .

LOS OBJETIVOS DE LA PRESENTE INVENCIÓN SE REALIZAN PROPORCIONANDO UN MÉTODO PARA PRODUCIR HIERRO DE REDUCCIÓN DIRECTA (DRI) EN UN SISTEMA DE REDUCCIÓN DIRECTA QUE COMPRENDE UN REACTOR DE REDUCCIÓN AL QUE SE ALIMENTAN PELLETS O TROZOS DE MINERAL DE HIERRO, O MEZCLAS DE AMBOS, LOS CUALES HACEN REACCIONAR CON UN GAS REDUCTOR COMPUESTO PRINCIPALMENTE DE HIDRÓGENO Y MONÓXIDO DE CARBONO A ALTA TEMPERATURA, DONDE DICHO GAS REDUCTOR SE DERIVA DE LA REFORMACIÓN DE UN GAS QUE CONTIENE HIDROCARBUROS, Y EN EL CUAL UNA PRIMERA PORCIÓN DEL GAS REDUCTOR EFLUENTE DE DICHO REACTOR DE REDUCCIÓN QUE CONTIENE H2, CO, CO2 Y H2O EN VARIADAS PROPORCIONES, SE LIMPIA Y DESHIDRATA EN UN ENFRIADOR Y AL QUE SE AGREGA UN GAS QUE CONTIENE HIDROCARBUROS Y DICHA MEZCLA SE CIRCULA POR UN REFORMADOR CATALÍTICO ANTES DE SER ALIMENTADO A ALTA TEMPERATURA A DICHO REACTOR DE REDUCCIÓN, DONDE DICHO MÉTODO ESTÁ CARACTERIZADO POR HACER REACCIONAR UNA SEGUNDA PORCIÓN DE DICHO GAS EFLUENTE DEL REACTOR DE REDUCCIÓN CON H2O PARA TRANSFORMAR POR LO MENOS PARCIALMENTE UNA PARTE DEL CO A H2 Y CO2> SEPARAR CO2 DE DICHA SEGUNDA PORCIÓN DE GAS Y ALIMENTAR DICHO GAS RESULTANTE A LOS QUEMADORES DEL REFORMADOR POR LO QUE SE DISMINUYE LA CANTIDAD DE CO2 EMITIDO A LA ATMÓSFERA.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS LA FIGURA 1 ES UN DIAGRAMA DE PROCESO ESQUEMÁTICO MOSTRANDO UNA FORMA DE REDUCIR EL CONTENIDO DE CARBONO EN EL GAS UTILIZADO COMO COMBUSTIBLE EN EL REFORMADOR CATALÍTICO DEL PROCESO DE REDUCCIÓN DIRECTA, A PARTIR DEL GAS EFLUENTE DEL REACTOR DE REDUCCIÓN.

LA FIGURA 2 ES UN DIAGRAMA DE PROCESO ESQUEMÁTICO DE LA FIGURA 1 , EN EL CUAL SE SUBSTITUYE EL SEPARADOR DE ABSORCIÓN QUÍMICA DE CO2 POR UN SEPARADOR DE CO2 DE ADSORCIÓN FÍSICA. LA FIGURA 3 ES UN DIAGRAMA DE PROCESO ESQUEMÁTICO MOSTRANDO OTRA MODALIDAD DE LA INVENCIÓN EN LA CUAL EL GAS EFLUENTE DEL REACTOR CONTENIENDO CO2 Y CO SE HACE REACCIONAR CON VAPOR DE AGUA PARA TRANSFORMAR EL CO A H2 Y LUEGO SEPARANDO EL CO2 PRESENTE EN DICHO GAS, PRODUCIÉNDOSE UN GAS COMBUSTIBLE COMPUESTO PRINCIPALMENTE DE H2, REDUCIENDO CASI TOTALMENTE LA EMISIÓN DE CO2 A LA ATMÓSFERA. LA FIGURA 4 ES UN DIAGRAMA DE PROCESO ESQUEMÁTICO DE LA FIGURA 3, EN EL CUAL SE SUBSTITUYE EL SEPARADOR DE ABSORCIÓN QUÍMICA DE CO2 POR UN SEPARADOR DE CO2 DE ADSORCIÓN FÍSICA.

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.

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 14 ALIMENTADAS POR LA PARTE SUPERIOR DE DICHA ZONA DE REDUCCIÓN 12 EN FORMA DE TROZOS, 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 1 100°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 PRODUCTO CONOCIDO COMO HIERRO DE REDUCCIÓN DIRECTA O DRI 18.

DEBIDO AL EQUILIBRIO DE LAS REACCIONES DE REDUCCIÓN DEL HIDRÓGENO Y MONÓXIDO DE CARBONO, ASÍ COMO DE LAS REACCIONES ENTRE LOS DIFERENTES GASES, EL GAS REDUCTOR EFLUENTE DE LA ZONA DE REDUCCIÓN 12 POR EL DUCTO DE SALIDA 20 CONTIENE AÚN HIDRÓGENO Y MONÓXIDO DE CARBONO, ASÍ COMO AGUA Y BIÓXIDO 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 RECIRCULANDO EL GAS CON MAYOR CONCENTRACIÓN DE HIDRÓGENO Y MONÓXIDO DE CARBONO A DICHA ZONA DE REDUCCIÓN.

EL GAS EFLUENTE DEL REACTOR 10 TIENE UNA TEMPERATURA EN EL RANGO ENTRE 400°C Y 450°C DEPENDIENDO DE LAS CONDICIONES DE TEMPERATURA Y PRESIÓN DE LA ZONA DE REDUCCIÓN, ASÍ COMO DEL GRADO DE REDUC BILIDAD DE LOS MINERALES DE HIERRO PROCESADOS.

EN UNA MODALIDAD DE LA INVENCIÓN, OPCIONALMENTE EL GAS EFLUENTE DEL REACTOR 10 PASA A TRAVÉS DEL TUBO 20 POR DENTRO DE LOS TUBOS DEL CAMBIADOR DE CALOR 22 DONDE EL CALOR SENSIBLE DEL GAS ES TRANSFERIDO AL AGUA QUE SE ALIMENTA POR EL TUBO 24. EL AGUA SE CALIENTA POR EL CALOR DEL GAS Y SE TRANSFORMA EN VAPOR QUE SALE DEL CAMBIADOR 22 POR LA SALIDA 26 PARA UTILIZARSE EN LA REGENERACIÓN DEL SOLVENTE DE LA PLANTA ABSORBEDORA DE CO2 O EN OTROS PROCESOS INDUSTRIALES.

ALTERNATIVAMENTE, EL CALOR SENSIBLE DEL GAS 20 PUEDE SER USADO PARA PRECALENTAR EL GAS RECIRCULADO ANTES DE ALIMENTARSE AL REFORMADOR 72 O PARA PRECALENTAR OTROS GASES.

EL GAS REDUCTOR EFLUENTE DEL REACTOR 10 SALE DEL CAMBIADOR 22 POR LA SALIDA POR EL TUBO 28 Y SE ENFRÍA POR CONTACTO DIRECTO CON AGUA 30 EN EL ENFRIADOR 32 DONDE SE CONDENSA EL AGUA 34, SUBPRODUCTO DE LAS REACCIONES DE REDUCCIÓN, SEPARÁNDOSE DEL GAS REDUCTOR QUE SALE DEL ENFRIADOR POR EL TUBO 36.

LA MAYOR PARTE DEL GAS EFLUENTE DEL ENFRIADOR 32 FLUYE POR EL TUBO 38 AL COMPRESOR 40 Y LUEGO SE PASA POR MEDIO DEL TUBO 42 AL QUE SE LE AGREGA UNA CORRIENTE DE GAS DE REPUESTO 46 CONTENIENDO HIDROCARBUROS, POR EJEMPLO GAS NATURAL, AL REFORMADOR 44 DONDE LOS HIDROCARBUROS DEL GAS NATURAL SE REFORMAN A HIDRÓGENO Y MONÓXIDO DE CARBONO MEDIANTE LAS REACCIONES: CH4 + H2O -> CO + 3H2 CO + H2O -> CO2 + H2 EL GAS REDUCTOR A UNA TEMPERATURA ENTRE 750°C Y 1 100 °C SE ALIMENTA AL REACTOR 10 A TRAVÉS DEL TUBO 48 DONDE SE PONE EN CONTACTO CON LAS PARTÍCULAS QUE CONTIENEN ÓXIDOS DE HIERRO EN LA ZONA DE REDUCCIÓN 12 Y SE EXTRAE DE DICHA ZONA DE REDUCCIÓN POR EL TUBO 20, CERRANDO ASÍ EL CIRCUITO DE GAS DE REDUCCIÓN.

OPCIONALMENTE, SE PUEDE INTRODUCIR UNA CORRIENTE DE UN GAS CONTENIENDO OXÍGENO MOLECULAR 72 AL GAS REDUCTOR ANTES DE SER ALIMENTADO AL REACTOR 10 PARA ELEVAR SU TEMPERATURA SI SE CONSIDERA NECESARIO PARA AUMENTAR LA PRODUCTIVIDAD DEL MISMO. ESTO PUEDE SER ÚTIL SOBRE TODO SI ADEMÁS SE AGREGA ALGÚN HIDROCARBURO, POR EJEMPLO GAS NATURAL, ANTES DE INTRODUCIR EL GAS AL REACTOR PARA INCREMENTAR LA CANTIDAD DE AGENTES REDUCTORES.

DE CONFORMIDAD CON LA PRESENTE INVENCIÓN, LA CANTIDAD DE DIÓXIDO DE CARBONO QUE SE PRODUCE POR LOS QUEMADORES DEL REFORMADOR 44 Y QUE SE EMITE A LA ATMÓSFERA POR LA CHIMENEA 50 SE DISMINUYE CONSIDERABLEMENTE SEPARANDO EL CO2 QUE ESTÁ PRESENTE EN EL GAS COMO SUBPRODUCTO DE LAS REACCIONES DE REDUCCIÓN Y TRANSFORMANDO CO A CO2 UTILIZANDO ASÍ COMO COMBUSTIBLE UN GAS CON ALTO CONTENIDO DE HIDRÓGENO. UNA SEGUNDA PORCIÓN DEL GAS REDUCTOR FRÍO Y CON BAJO CONTENIDO DE AGUA 52 SE ALIMENTA MEDIANTE EL COMPRESOR 54 A TRAVÉS DEL TUBO 56 A UNA TORRE DE ABSORCIÓN QUÍMICA 58 Y SALE DE DICHA TORRE 58 CON UN CONTENIDO DE CO2 MUY BAJO A TRAVÉS DEL TUBO 60 Y SE UTILIZA DE FORMA REGULADA POR LA VÁLVULA 62 EN EL REFORMADOR 44.

SI LA CANTIDAD DE COMBUSTIBLE NECESARIA PARA OPERAR EL REFORMADOR 44 ES MAYOR QUE LA CANTIDAD DE GAS CON ALTO CONTENIDO DE HIDRÓGENO 64, SE COMPLEMENTA DICHO COMBUSTIBLE CON UNA CORRIENTE DE 70, POR EJEMPLO DE GAS NATURAL O DE OTRO COMBUSTIBLE ADECUADO. SE TIENE TAMBIÉN LA POSIBILIDAD DE TRANSFERIR PARTE DEL GAS CONCENTRADO EN HIDRÓGENO POR EL TUBO 66 REGULADO POR LA VÁLVULA 68 PARA AJUSTAR LA COMPOSICIÓN DEL GAS REDUCTOR QUE SER RECIRCULA AL REACTOR 10, EL CUAL PUEDE INYECTARSE ANTES O DESPUÉS DEL REFORMADOR 44.

EN LA TORRE DE ABSORCIÓN QUÍMICA 58, SE ALIMENTA UN SOLVENTE ADECUADO 74 CONTENIENDO ETANOLAMINAS, EL CUAL SE REGENERA EN LA TORRE 76 POR MEDIO DEL TUBO 78 Y SE RECIRCULA A LA TORRE 58 POR EL TUBO 80, EXTRAYÉNDOSE EL CO2 82, DE MANERA CONOCIDA EN EL ARTE/ PARA SU VENTA, USO EN OTROS PROCESOS, O SU CONFINAMIENTO, EVITANDO ASÍ SU EMISIÓN A LA ATMÓSFERA. TAMBIÉN PUEDE UTILIZARSE PARA ESTE FIN UN PROCESO DE ABSORCIÓN QUÍMICA QUE USA CARBONATO DE POTASIO COMO SOLVENTE.

EL DRI 18 PRODUCIDO EN EL REACTOR 10 PUEDE DESCARGARSE DEL MISMO A ALTA TEMPERATURA, SUPERIOR A 500°C, PARA SER CARGADO A UN HORNO ELÉCTRICO PARA FABRICAR ACERO O PARA SER BRIQUETEADO EN CALIENTE, O A UNA TEMPERATURA MENOR A 100°C PARA SER DESCARGADO EN CONTACTO CON EL AIRE ATMOSFÉRICO EVITANDO SU REOXIDACIÓN. EL DRI PUEDE SER ENFRIADO EN LA PARTE INFERIOR DEL REACTOR 10 POR MEDIO DE UNA CORRIENTE DE GAS DE ENFRIAMIENTO 84 QUE CIRCULA A CONTRACORRIENTE CON EL DRI Y SE EXTRAE POR LA PARTE SUPERIOR DE LA ZONA DE ENFRIAMIENTO 13 POR EL TUBO 86 PARA SER ENFRIADO Y LIMPIADO EN EL ENFRIADOR 88 POR CONTACTO CON AGUA -90 Y LUEGO SER RECIRCULADO POR MEDIO DEL COMPRESOR 92. POR SU CARÁCTER OPCIONAL, SE HA ILUSTRADO CON LÍNEAS PUNTEADAS ESTE CIRCUITO DE GAS DE ENFRIAMIENTO. CON REFERENCIA A LA FIGURA 2, EN LA CUAL, LOS NUMERALES DESIGNAN ELEMENTOS SIMILARES A LOS DE LA FIGURA 1 , EL SISTEMA DE SEPARACIÓN DE CO2 100 ES DEL TIPO DE ADSORCIÓN FÍSICA, YA SEA DEL TIPO DE ADSORCIÓN Y DESERCIÓN POR CAMBIOS DE PRESIÓN O DEL TIPO DE MEMBRANA, POR LO QUE SE FORMA UNA CORRIENTE 60 CON ALTO CONTENIDO DE HIDRÓGENO Y OTRA CORRIENTE 102 CON ALTO CONTENIDO DE CO2 Y CO QUE SE RECIRCULA AL CIRCUITO DE GAS DE REDUCCIÓN/ LA CORRIENTE DE GAS 60 CON ALTO CONTENIDO DE HIDRÓGENO SE UTILIZA COMO COMBUSTIBLE EN EL REFORMADOR COMO SE EXPLICÓ CON REFERENCIA A LA FIGURA 1 , DISMINUYENDO ASÍ LA CANTIDAD DE CO2 50 EMITIDA A LA ATMÓSFERA.

LA FIGURA 3 MUESTRA OTRA MODALIDAD DE LA INVENCIÓN EN LA CUAL SE DISMINUYE TODA VÍA MÁS LA CANTIDAD DE CO2 50 PRODUCIDA EN EL REFORMADOR 44 PASANDO UNA PORCIÓN DE LA CORRIENTE DE GAS 36 QUE SE VA A UTILIZAR COMO COMBUSTIBLE, AGREGANDO VAPOR DE AGUA 104, A TRAVÉS DE UN REACTOR 106 CONOCIDO TAMBIÉN COMO "SHIFTER" PARA CONVERTIR CO A H2 Y CO2 DE ACUERDO CON LA REACCIÓN: CO + H2O -> CO2 + H2 DE ESTA MANERA, DESPUÉS DE SEPARAR EL CO2 EN LA TORRE DE ABSORCIÓN 58, LA CORRIENTE 60 TIENE UNA CANTIDAD MÍNIMA DE COMPUESTOS DE CARBONO Y ESTÁ COMPUESTA CASI TOTALMENTE POR HIDRÓGENO.

EL DIAGRAMA DE PROCESO DE LA MODALIDAD ILUSTRADA EN LA FIGURA 4 ES EL MISMO QUE SE HA MOSTRADO EN LA FIGURA 3, QUE COMPRENDE EL REACTOR "SHIFTER" PARA CONVERTIR CO A H2 CON LA DIFERENCIA DE QUE EL SISTEMA DE SEPARACIÓN DE CO2 ES DEL TIPO DE ADSORCIÓN FÍSICA EN LUGAR DE ABSORCIÓN QUÍMICA. LOS NUMERALES UTILIZADOS DESIGNAN ELEMENTOS SIMILARES A LOS DE LA FIGURA 3.

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.

Claims (14)

HABIENDO DESCRITO LA INVENCIÓN, SE CONSIDERA UNA NOVEDAD Y SE RECLAMA COMO PROPIEDAD LO CONTENIDO EN LAS SIGUIENTES: REIVINDICACIONES

1. UN PROCESO PARA PRODUCIR HIERRO DE REDUCCIÓN DIRECTA (DRI) MEDIANTE LA REDUCCIÓN DIRECTA DE MINERALES DE HIERRO A HIERRO METÁLICO DEL TIPO EN EL QUE UN GAS REDUCTOR A ALTA TEMPERATURA SE HACE REACCIONAR CON ÓXIDOS DE HIERRO EN FORMA DE PELLETS, TROZOS O MEZCLAS DE AMBOS EN UN REACTOR DE REDUCCIÓN Y DONDE DICHO GAS REDUCTOR ES PRODUCIDO POR REFORMACIÓN CATALÍTICA DE UN GAS QUE CONTIENE HIDROCARBUROS CON OXIDANTES PRESENTES EN UNA CORRIENTE DE GAS EFLUENTE DE DICHO REACTOR DE REDUCCIÓN; CARACTERIZADO POR EXTRAER UNA PRIMERA CORRIENTE DE GAS REDUCTOR DEL REACTOR DE REDUCCIÓN, ENFRIAR DICHA PRIMERA CORRIENTE DE GAS REDUCTOR Y SEPARAR AGUA DE DICHA PRIMERA CORRIENTE DE GAS PARA FORMAR UNA SEGUNDA CORRIENTE DE GAS REDUCTOR-ALIMENTAR UNA PRIMERA PORCIÓN DE DICHA SEGUNDA CORRIENTE DE GAS A UN REFORMADOR CATALÍTICO PARA TRANSFORMAR HIDROCARBUROS PRESENTES A HIDRÓGENO Y MONÓXIDO DE CARBONO FORMANDO ASÍ DICHA PRIMERA CORRIENTE DE GAS REDUCTOR; ALIMENTAR UNA SEGUNDA PORCIÓN DE DICHA SEGUNDA CORRIENTE GASEOSA A UNA UNIDAD SEPARADORA DE DIÓXIDO DE CARBONO Y OBTENER UNA TERCERA CORRIENTE DE GAS CON MAYOR CONCENTRACIÓN DE HIDRÓGENO Y MENOR CONCENTRACIÓN DE DIÓXIDO DE CARBONO Y UTILIZAR DICHA TERCERA CORRIENTE DE GAS COMO COMBUSTIBLE EN DICHO REFORMADOR.

2. UN PROCESO PARA PRODUCIR HIERRO DE REDUCCIÓN DIRECTA (DRI) DE CONFORMIDAD CON LA REIVINDICACIÓN 1 , EN EL CUAL DICHA UNIDAD SEPARADORA DE DIÓXIDO DE CARBONO ES DE ABSORCIÓN QUÍMICA.

3. UN PROCESO PARA PRODUCIR HIERRO DE REDUCCIÓN DIRECTA (DRI) DE CONFORMIDAD CON LA REIVINDICACIÓN 1 , EN EL CUAL DICHA UNIDAD SEPARADORA DE DIÓXIDO DE CARBONO ES DE ADSORCIÓN FÍSICA.

4. UN PROCESO PARA PRODUCIR HIERRO DE REDUCCIÓN DIRECTA (DRI) DE CONFORMIDAD CON LA REIVINDICACIÓN 2, EN EL CUAL SE UTILIZA UNA SOLUCIÓN DE ETANOLAMINAS PARA EFECTUAR DICHA ABSORCIÓN QUÍMICA.

5. UN PROCESO PARA PRODUCIR HIERRO DE REDUCCIÓN DIRECTA (DRI) DE CONFORMIDAD CON LA REIVINDICACIÓN 2, EN EL CUAL SE UTILIZA UNA SOLUCIÓN DE CARBONATO DE POTASIO PARA EFECTUAR DICHA ABSORCIÓN QUÍMICA.

6. UN PROCESO PARA PRODUCIR HIERRO DE REDUCCIÓN DIRECTA (DRI) DE CONFORMIDAD CON LA REIVINDICACIÓN 3, EN EL CUAL SE UTILIZA UN SISTEMA DE CAMBIO DE PRESIÓN (PSA O VPSA) PARA EFECTUAR LA ADSORCIÓN FÍSICA.

7. UN PROCESO PARA PRODUCIR HIERRO DE REDUCCIÓN DIRECTA (DRI) DE CONFORMIDAD CON LA REIVINDICACIÓN 3, EN EL CUAL SE UTILIZA UN SISTEMA DE MEMBRANA MOLECULAR PARA EFECTUAR LA ADSORCIÓN FÍSICA.

8. UN PROCESO PARA PRODUCIR HIERRO DE REDUCCIÓN DIRECTA (DRI) DE CONFORMIDAD CON LA REIVINDICACIÓN 1 , EN EL CUAL POR LO MENOS UNA PARTE DEL MONÓXIDO DE CARBONO PRESENTE EN DICHA SEGUNDA CORRIENTE DE GAS REDUCTOR ES TRANSFORMADO EN UN REACTOR "SHIFTER" A HIDRÓGENO Y DIÓXIDO DE CARBONO Y POSTERIORMENTE SE SEPARA EL DIÓXIDO DE CARBONO PARA PRODUCIR DICHA TERCERA CORRIENTE E GAS QUE SE UTILIZA COMO COMBUSTIBLE EN EL REFORMADOR.

9. UN PROCESO PARA PRODUCIR HIERRO DE REDUCCIÓN DIRECTA (DRI) DE CONFORMIDAD CON LA REIVINDICACIÓN 8, EN EL CUAL DICHA UNIDAD SEPARADORA DE DIÓXIDO DE CARBONO ES DE ABSORCIÓN QUÍMICA.

10. UN PROCESO PARA PRODUCIR HIERRO DE REDUCCIÓN DIRECTA (DRI) DE CONFORMIDAD CON LA REIVINDICACIÓN 8, EN EL CUAL DICHA UNIDAD SEPARADORA DE DIÓXIDO DE CARBONO ES DE ADSORCIÓN FÍSICA.

1 1. UN PROCESO PARA PRODUCIR HIERRO DE REDUCCIÓN DIRECTA (DRI) DE CONFORMIDAD CON LA REIVINDICACIÓN 9, EN EL CUAL SE UTILIZA UNA SOLUCIÓN DE ETANOLAMINAS PARA EFECTUAR DICHA ABSORCIÓN QUÍMICA.

12. UN PROCESO PARA PRODUCIR HIERRO DE REDUCCIÓN DIRECTA (DRI) DE CONFORMIDAD CON LA REIVINDICACIÓN 9, EN EL CUAL SE UTILIZA UNA SOLUCIÓN DE CARBONATO DE POTASIO PARA EFECTUAR DICHA ABSORCIÓN QUÍMICA.

13. UN PROCESO PARA PRODUCIR HIERRO DE REDUCCIÓN DIRECTA (DRI) DE CONFORMIDAD CON LA REIVINDICACIÓN 10, EN EL CUAL SE UTILIZA UN SISTEMA DE CAMBIO DE PRESIÓN (PSA O VPSA) PARA EFECTUAR LA ADSORCIÓN FÍSICA.

14. UN PROCESO PARA PRODUCIR HIERRO DE REDUCCIÓN DIRECTA (DRI) DE CONFORMIDAD CON LA REIVINDICACIÓN 10, EN EL CUAL SE UTILIZA UN SISTEMA DE MEMBRANA MOLECULAR PARA EFECTUAR LA ADSORCIÓN FÍSICA. RESUMEN DE LA INVENCIÓN PROCESO PARA PRODUCIR HIERRO DE REDUCCIÓN DIRECTA (DRI) CO M MENORES EMISIONES DE CO2 A LA ATMÓSFERA, EN UN SISTEMA DE REDUCCIÓN DIRECTA QUE COMPRENDE UN REACTOR DE REDUCCIÓN AL QUE SE ALIMENTAN PELLETS O TROZOS DE MINERAL DE HIERRO, O MEZCLAS DE AMBOS, LOS CUALES HACEN REACCIONAR CON UN GAS REDUCTOR COMPUESTO PRINCIPALMENTE DE HIDRÓGENO Y MONÓXIDO DE CARBONO A ALTA TEMPERATURA, DONDE DICHO GAS REDUCTOR SE DERIVA DE LA REFORMACIÓN DE UN GAS QUE CONTIENE HIDROCARBUROS, Y EN EL CUAL UNA PRIMERA PORCIÓN DEL GAS REDUCTOR EFLUENTE DE DICHO REACTOR DE REDUCCIÓN QUE CONTIENE H2, CO, CO2 Y H2O EN VARIADAS PROPORCIONES, SE LIMPIA Y DESHIDRATA EN UN ENFRIADOR Y AL QUE SE AGREGA UN GAS QUE CONTIENE HIDROCARBUROS Y DICHA MEZCLA SE CIRCULA POR UN REFORMADOR CATALÍTICO ANTES DE SER ALIMENTADO A ALTA TEMPERATURA A DICHO REACTOR DE REDUCCIÓN; DONDE DICHO MÉTODO ESTÁ CARACTERIZADO POR EXTRAER CO2 DE UNA PORCIÓN DE DICHO GAS EFLUENTE DEL REACTOR DE REDUCCIÓN Y LA CORRIENTE DE GAS RESULTANTE SE ALIMENTA A LOS QUEMADORES DEL REFORMADOR DISMINUYENDO ASÍ LA CANTIDAD DE CO2 EMITIDO A LA ATMÓSFERA. EN OTRA MODALIDAD DE LA INVENCIÓN, SE HACE REACCIONAR POR LO MENOS UNA PORCIÓN DE DICHO GAS EFLUENTE DEL REACTOR DE REDUCCIÓN CON H2O PARA TRANSFORMAR POR LO MENOS PARCIALMENTE UNA PARTE DEL CO A H2 Y CO2, Y SE SEPARA CO2 DE LA CORRIENTE DE GAS RESULTANTE PRODUCIÉNDOSE UNA CORRIENTE DE GAS COMBUSTIBLE CON ALTO CONTENIDO DE HIDRÓGENO, QUE SE UTILIZA COMO COMBUSTIBLE EN DICHO REFORMADOR.