MX2013008145A

MX2013008145A - Procedimiento para tratar un gas de escape que contiene dioxido de carbono de un proceso de fundicion electrica.

Info

Publication number: MX2013008145A
Application number: MX2013008145A
Authority: MX
Inventors: Thomas Matschullat; Manfred Baldauf
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 2011-01-13
Filing date: 2012-01-02
Publication date: 2013-09-13
Also published as: DE102011002615A1; WO2012095329A2; EP2663661B1; US20140023577A1; MX343545B; RU2601981C2; RU2013137766A; WO2012095329A3; EP2663661A2; ES2554546T3; US9005570B2

Abstract

La invención se refiere a un procedimiento para tratar un gas de escape (2) que contiene dióxido de carbono de un proceso de fundición eléctrica, en el cual un gas que contiene hidrocarburos (4) se alimenta al gas de escape y el dióxido de carbono en el gas de escape (2) se convierte cuando menos parcialmente en monóxido de carbono e hidrógeno en una reacción y la mezcla de monóxido de carbono-hidrógeno (5) se almacena para un proceso de combustión adicional.

Description

PROCEDIMIENTO PARA TRATAR UN GAS DE ESCAPE QUE CONTIENE DIÓXIDO DE CARBONO DE UN PROCESO DE FUNDICIÓN ELÉCTRICA CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un procedimiento para tratar un gas de escape que contiene dióxido de carbono de un proceso de fundición eléctrica de conformidad con la reivindicación 1.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Durante la operación de un horno de arco eléctrico convencional (EAF = electric are furnace - horno de arco eléctrico) se desprenden gases de escape calientes con una temperatura mayor a 1000°C. Para eliminar los materiales dañinos y los residuos de componentes combustibles primero se somete al gas a una combustión posterior. A continuación ,, los gases se mezclan con el aire del ambiente del horno, también con el llamado aire del recinto, que contiene una cantidad de polvo muy elevada, Mediante un separador electrostático de polvo o mediante una instalación filtrante de manguera se elimina todo el polvo del gas de escape. Para esto el gas de escape debe enfriarse a menos de 180°C antes de que llegue a los filtros .

En el caso de un horno de arco eléctrico de pozo se utiliza la entalpia del gas de escape del horno para precalentar la chatarra. Con esto se obtiene una elevada concentración de contaminantes (por ejemplo VOC, dioxina, furanos o similares), de tal forma que es necesaria una combustión posterior para destruir esos contaminantes. A continuación los gases de escape deben enfriarse rápidamente (sofocarse) para evitar la nueva formación de contaminantes. Después como se mencionó antes, se realiza una eliminación de polvos. De acuerdo con el estado de la técnica el calor del gas de escape se extrae mediante enfriamiento con agua y/o por mezclado con aire del recinto y ya no se reutiliza. El calor de desecho se enfria y no se utiliza para otros procesos. Eventualmente en algunas plantas se utiliza un intercambiador de calor. En especial el dióxido de carbono contenido en los gases de escape no se transforma sino que se conduce al ambiente a través de una chimenea.

El documento de patente JP 2010 223573 A presenta un procedimiento para tratar un gas de escape de la producción de hierro o acero, por ejemplo de un horno de arco eléctrico. El gas que contiene dióxido de carbono se reutiliza mediante una reacción endotérmica con un gas que contiene hidrocarburos, por ejemplo metano, reformado en monóxido de carbono e hidrógeno. El gas formado se utiliza posteriormente como gas combustible.

Además el documento de patente US 3 976 472 A describe un procedimiento para la producción metálica en un horno eléctrico. El gas de escape que contiene dióxido de carbono se enfria mediante una reacción, por ejemplo con agua y/o hidrocarburos bajo la formación de monóxido de carbono e hidrógeno .

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La tarea de la invención consiste en que el calor de desecho que se presenta durante la operación de un horno de arco eléctrico puede recuperarse mejor en comparación con el estado de la técnica y simultáneamente se reduce la descarga de CO2 que se presenta durante el proceso. . - La solución de la tarea consiste > en un procedimiento con las características de la reivindicación 1. De acuerdo con el procedimiento de conformidad > con la invención para tratar un gas de escape que contiene dióxido de carbono de un proceso de fundición de chatarra de hierro al gas de escape se le alimenta un gas que contiene hidrocarburos. Este gas que contiene hidrocarburos reacciona con el dióxido de carbono, que está presente en el gas de escape, formando al menos parcialmente en una reacción monóxido de carbono e hidrógeno. Esta mezcla de monóxido de carbono-hidrógeno preferentemente sin separación posterior se utiliza conjuntamente con los otros componentes del gas de escape para un siguiente proceso de combustión, pudiéndose eventualmente almacenar antes de su uso. Este proceso de combustión adicional puede, pero esto no es forzoso, ser componente del procedimiento en el cual se formó el gas de escape .

Mediante el procedimiento de acuerdo¦ con la invención el dióxido de carbono (CO2) formado se reduce y en forma guímicamente transformada se conduce otra vez a un proceso de combustión.

Este proceso es especialmente ventajoso cuando el dióxido de carbono en el gas de escape participa en una reacción endotérmica con el gas que contiene hidrocarburos y el gas de escape se enfria mediante esta reacción. La mezcla de monóxido de carbono-hidrógeno (a continuación llamado gas de combustión simplificado) en una modalidad preferida presenta un mayor valor energético que el gas que contiene hidrocarburos utilizado (a continuación llamado .'.gas de reformación) . Esto conduce a la ventajosa reacción endotérmica ya mencionada.

Asi mediante la invención se extrae una fracción esencial del dióxido de carbono contaminante y puede en forma transformada conducirse como gas combustible a otro proceso de combustión. Con esto la energía calorífica del gas de escape se transforma en energía química del gas de combustión producido .

Se ha demostrado ser ventajoso, utilizar metano como gas de reformación que contiene hidrocarburo, en especial en forma de gas natural. Aquí para la recuperación del dióxido de carbono se presenta una reacción fuertemente endotérmica, que conduce a la formación de monóxido de carbono e hidrógeno.

En otra modalidad ventajosa de la invención se utiliza el procedimiento descrito para tratar el gas de escape de un horno de arco eléctrico.

En otra modalidad detallada del procedimiento, este comprende las siguientes etapas: preferentemente se alimenta aire al gas de escape del proceso de fundición eléctrica (por ejemplo en el caso de una fundición eléctrica de chatarra) , a continuación se realiza un proceso de postcalcinación utilizando un gas de combustión, subsecuentemente se alimenta al gas de escape el gas que contiene hidrocarburo, o sea el gas de reformación, y se realiza: una reacción para transformar el gas de reformación en una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno (a continuación "llamada reformación seca). Además se realiza un enfriamiento del gas de escape en un proceso de intercambio de calor así como el subsecuente filtrado el gas de escape frió.

En otra modalidad de la invención el gas combustible se almacena en un contendor de gas intermedio provisto para ello. Asi puede usarse para varios procesos de combustión diferentes por ejemplo para el proceso de post-combustión y utilizarse solo en caso de necesidad.

En una modalidad de la invención al gas de escape además del gas de reformación se le puede agregar también agua en forma de vapor. Mediante la introducción de agua adicional se modifica la proporción de monóxido de carbono a hidrógeno, lo que es ventajoso para diferentes usos como gas combustible.

En otra modalidad ventajosa se vigila el gas de escape con un sensor de gases, para regular la alimentación del gas de reformación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Otras modalidades preferidas y ; otras características de la invención se describen detalladamente con los siguientes dibujos. En los cuales . «¦ La figura 1 muestra una representación esquemática de un proceso de fundición de chatarra y su tratamiento del gas de escape con una reformación seca incorporada; '. ' La figura 2 muestra un diagrama a bloques para representar el proceso de tratamiento de gases de escape durante la fundición de chatarra de hierro de acuerdó con el estado de la técnica; y La figura 3 muestra un diagrama de bloques del proceso de tratamiento de gases de escape con reformación seca en comparación con el de la figura 2.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION A continuación debe describirse detalladamente con la ayuda de la figura 1 el curso del tratamiento al gas de escape, en el cual se utiliza la fundición de chatarra de hierro. A partir del horno de arco eléctrico 6 se conduce el gas de escape que contiene CO2 a un canal para gas de escape. Un sensor de gas de escape 14 vigila los componentes químicos individuales del gas de escape, en especial la fracción de C02 del gas de escape. Aquí no se muestra que el gas de escape 2 todavía se usa para calentar chatarra adicional que se alimenta al horno de arco eléctrico 6. Las sustancias venenosas conducidas al gas de escape como por ejemplo las dioxinas se transforman químicamente en un proceso de post-combustión 8 y así se vuelven inocuas. Siguiendo un. proceso de transformación seca 16 en el cual el gas de reformación 4 se conduce al gas de escape, en donde el dióxido de ' carbono se reduce a monóxido de carbono. Este proceso se tratara posteriormente. Después del proceso de reformación 16 (también llamado reformación seca) se realiza un pr&ceso de intercambio de calor 10, en el cual se enfria el gas de escape 2. El gas combustible 4, por lo regular sin separación previa, de los otros componentes del gas de escape, se almacena conjuntamente con el gas de escapa en un contenedor de gas intermedio 12 y puede ser conducido como gas combustible 4 al proceso de post-combustión 8. Igualmente el gas de combustión 12 puede utilizarse para otros procedimientos térmicos, en especial aquellos procedimientos que entran en el campo de la producción de acero.

En el caso de que no se produzca ni almacene gas de combustión, el gas de escape 2 sé mezcla con el aire del recinto 20 que contiene polvo en una cámara de mezclado 18 y a continuación se extrae el polvo del gas de escape 2 mediante un filtro 22. En el caso de diferentes instalaciones filtrantes la temperatura del gas no debe ser mayor ' a ' 180 °C . Un ventilador 28 conduce el gas de escape 2 hacia una chimenea 2 .

El contenido de dióxido de carbono del", gas de escape 2 después de salir del horno de arco eléctrico 6 presenta diferentes contenidos de dióxido de 'Carbono, dependiendo de las condiciones operativas. Por lo .tanto a través del sensor 14 se mide el contenido de dióxido de carbono del gas de escape 2 y con esto se controla la adición del gas de reformación 4 al gas de escape 2. El gas de reformación 4, para el cual puede utilizarse por ejemplo el gas natural con un alto contenido de metano, reacciona cuando menos parcialmente con el dióxido de carbono del gas de escape 2 de acuerdo con la siguiente ecuación de reacción (reformación seca 16) .

CH4 + C02 ? 2CO + 2H2 ?? = +250 kJ/mol Esta reacción es endotérmica, por mol se extraen 250 kJ de energía calorífica del ambiente, o sea del gas de escape 2. De esta manera mediante la reacción se transforma la energía calorífica, que está almacenada en el gas combustible 5 formado (C0+H2 también llamado gas de síntesis) en forma de energía química. Por lo tanto se transforma la energía térmica en energía química, ya que el gas combustible 5 formado de acuerdo con la ecuación 1 presenta un valor energético mayor que el gas de reformación utilizado originalmente (metano) .

Los valores energéticos individuales de los eductos y los productos son: CH4: 55.5 MJ/kg = 888 MJ/kmol CO: 10.1 MJ/kg = 283 MJ/kmol · ; ' H2: 143 MJ/kg =.286 MJ/kmol El valor energético de una mezcla de 2 mol de monóxido de carbono y 2 mol de H2 es mayor por la entalpia de reacción antes mencionada de 250 kJ/mol que el valor energético de un mol de CH4 (metano) . El aumento del valor energético es por lo tanto 28% del valor energético inicial del metano (255 kJ/mol: 888 kJ/mol) .

Dependiendo del uso del gas combustible 5 puede ser adecuado modificar la proporción CO:H2 para favorecer al hidrógeno. En este caso eventualmente también se incluye agua (preferentemente en forma de vapor) en la alimentación de gas de reformación 7. Con esto se facilita una reacción de desplazamiento de CO exotérmica, con lo cual H20 + CO ? C02 + H2 Ah = H-42 kJ/mol , „ se modifica proporción de H2 a CO. Con esto ciertamente se almacena menor calor de desecho, ya que se trata de una reacción exotérmica, pero se obtiene un mayor contenido de H2 en el gas combustible 5, lo que en algunos procesos de combustión es ventajoso. Esto es especialmente el caso cuando en estos procesos de combustión se realiza el transporte de calor mediante radiación y no mediante convección. De la combustión de ¾ se obtiene en el gas de escape 2 urij mayor contenido de agua, que por su amplio espectro de radiación favorece el transporte de calor.

En las figuras 2 y 3 se compara el proceso recién descrito para el tratamiento del gas de escape con la,: ayuda de dos diagramas de bloques. La figura 2 ' representa el tratamiento del gas de escape de acuerdo con el estado de la técnica, la figura 3 muestra la introducción de la reformación seca y las mejoras resultantes de ella.

Desde el horno eléctrico de fundición 6 el gas de escape 2 se conduce a una post-combustión 8, en donde se mezcla con aire 3. En un posterior proceso de intercambio de calor 10 se entrega la energía Ql a un medio de intercambio de calor. En una cámara de mezclado 18 Se realiza un mezclado con el aire que contiene polvo 20, posteriormente todo el gas de escape se filtra en una instalación de filtrado 22 y la chimenea los expulsa al ambiente con el contenido de dióxido acumulado.

El proceso para el tratamiento del gas de escape con reformación seca de acuerdo con la figura 3 se diferencia del de la figura 2 en que entre el proceso de post-combustión 8 y el proceso de intercambio de calor 10 se introduce un proceso de reformación seca 16, en el cual el ¦ gas de reformación 4 se introduce al gas de escape 2 y se produce una reacción endotérmica bajo la reducción del dióxido de carbono acumulado. La primera diferencia con respecto a la figura 2 consiste en que el calor Q2 transferido en el proceso de intercambio de calor 10 es menor que la cantidad de calor Ql de conformidad con el estado de la técnica. Esto da como resultado que mediante la reformación seca endotérmica 16 se extrae más energía calorífica del gas de escape 2, que en el caso del estado de la técnica.

Además el gas de escape 2 con el gas de combustión 5 se almacena en un contenedor intermedio para gas 12 ¿ El gas de combustión 5 puede utilizarse para el proceso de postcombustión 8 y así sustituiría al menos parcialmente el gas natural utilizado de acuerdo con el estado de la técnica. La cantidad total del dióxido de carbono expulsado por la chimenea 24 en este procedimiento es claramente menor que en el caso del estado de la técnica.

Los gases de escape del horno eléctrico de fundición 6 durante la operación en fases largas (>50%) contienen muy bajas concentraciones de monóxido de carbono (CO -5%) y CH2 (<10%). En estos tiempos de operación el uso de la reformación seca de gas natral antes mencionada, tiene un efecto limitado, ya que no puede producirse una suficiente fracción de componentes combustibles en el gas de escape. La razón de esto es que el horno eléctrico de fundición 6 habitualmente succiona aire indeseado (por ejemplo a través de la puerta para chatarra o a través de los orificios de los electrodos) y el gas de escape contiene una concentración relativamente elevada de oxígeno y nitrógeno. En otras "fases operativas puede el gas de escape antes de la post-combustión continuar de 20 a 50% de monóxido de carbono y 10 :a" 15%.

Después de la post-combustión existe suficiente dióxido de carbono para mediante el. proceso de reformación seco 16 descrito producir un gas de escape con fracciones de gas de síntesis suficientemente elevadas que sean adecuadas para el uso térmico en las acereras, tal como se describe. El uso del procedimiento de acuerdo con la invención es ventajoso especialmente en la última fase operativa.

El contenido de energía del gas de combustión (gas de síntesis) formado puede utilizarse en partes adecuadas de la planta acerera. Esto puede por ejemplo por ejemplo para la producción de corriente en una planta de energía, para producir vapor de proceso eventualmente en combinación con la producción de corriente o como gas combustible ' para el precalentamiento de lingotes, llantones o pre-bloques en los hornos de balancín o de descarga o en quemadores (EAF, secadores y calentadores de lingotes, estaciones de calentamiento, distribuidores, instalaciones de: colada continua) .

Claims

NOVEDAD DE IA INVENCIÓN Habiéndose descrito la presente invención como antecede, se considera como una novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para tratar un gas de escape (2) que contiene dióxido de carbono de un proceso de fundición eléctrica, en el cual se alimenta un gas que contiene hidrocarburo (4) al gas de escape y el dióxido de carbono del gas de escape (2) se transforma por , lo menos parcialmente en una reacción en monóxido de carbono e hidrógeno y la mezcla monóxido de carbono-hidrógeno (5) se utiliza para un proceso . de combustión posterior, caracterizado porque abarca los siguientes pasos: - un proceso de post-combustión (8) utilizando un gas combustible; - agregar el gas que contiene hidrocarburos (4) y hacer reaccionar el mismo con el dióxido de carbono presente en el gas de escape (2) , - enfriamiento adicional del gas de escape: (-2) en un proceso de intercambio de calor (10), - aprovechamiento térmico del gas enfriado junto con el monóxido de carbono formado el hidrógeno (5) .

2. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dióxido de carbono en el gas de escape (2) produce una reacción endotérmica con el gas que contiene hidrocarburos (4) y el gas de escape (2) se enfria mediante esta reacción.

3. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el gas que contiene hidrocarburos (4) contiene metano.

4. El procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el gas de escape (2) se produce en un horno de -arco eléctrico (6) .

5. El procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el gas de escape con la mezcla de monóxido de carbono-agua (5) se almacena en un contenedor intermedio (12).

6. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 4 o 5, caracterizado porque la mezcla de monóxido de carbono-agua (5) se utiliza como gas combustible en un proceso de post-combustión . , ,,

7. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 4 o 5, caracterizado porque la mezcla de monóxido de carbono-agua (5) se utiliza como gas combustible en otros procesos de combustión de una acerera.

8. El procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al gas de escape se le agrega agua adicionalmente al gas que contiene hidrocarburos (4).

9. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el agua sirve para transformar Co en C02 y H2.

10. El procedimiento de conformidad, con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el contenido de dióxido de carbono del gas de escape (2) se vigila con un sensor de gases, para regular la alimentación del gas de reformación.