MXPA01001127A - Proceso para la preparacion de arrabio fluido - Google Patents

Abstract

Proceso para producir arrabio fluido o productos primarios de acero a partir de material granado que contiene hierro, en un gasógeno de fusión en el cual mediante la alimentación de carbón en trozos y gas que contiene oxigeno, con la formación simultanea de un gas reductor se funde el material que contiene hierro, siendo que el carbón en trozos se alimenta al gasógeno de fusión desde arriba y junto con el material que contiene hierro forma un lecho sólido en el gasógeno de fusión,desaprendiéndose con esto su fracción de hidrocarburos volátiles al espacio del domo localizado por arriba del lecho sólido, siendo que los quemadores de polvo se orientan oblicuamente desde arriba contra la superficie del lecho sólido. La operación de los quemadores de polvo se controla de manera que la combustión de la fracción de carbono del portador de carbono en forma de partículas finas tiene lugar en una proporción de al menos 40%para formar CO2. También es objeto de la invención un aparato para llevar a cabo el proceso. Mediante la invención es posible reducir la carga de polvo que se evacúa del gasógeno de combustión con el gas reductor y la tendencia a la aglomeración del polvo que todavía se evacúa.

Description

PROCESO PARA LA PRODUCCIÓN DE ARRABIO FLUIDO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un proceso para producir arrabio fluido o productos primarios de acero a partir de material granado que contiene hierro, como hierro esponja parcial y/o totalmente reducido, en un gasógeno de fusión en el cual mediante la alimentación de carbón en trozos asi como eventualmente de otro material que contiene carbono y gas que contiene oxígeno, con la formación simultánea de un gas reductor se funde el material que contiene hierro, eventualmente después de una previa reducción total, siendo que el carbón en trozos se alimenta al gasógeno de fusión desde arriba y junto con el material que contiene hierro forma un lecho sólido en el gasógeno de fusión, desprendiéndose con esto su fracción de hidrocarburos volátiles al espacio del domo localizado por arriba del lecho sólido, siendo que los quemadores de polvo que se operan con portadores de carbono en forma de partículas finas y un gas que contiene oxigeno atraviesan la camisa del gasógeno de fusión en un plano de sección transversal horizontal del espacio del domo espaciados aproximadamente equidistantes uno de otro, y se orientan oblicuamente desde arriba contra la superficie del lecho sólido, y se refiere a un aparato para llevar a cabo el proceso. REF.126790 En los procesos del tipo bajo consideración se conoce alimentar carbón en trozos directamente al gasógeno de fusión como fuente de energía. En este caso el carbón se alimenta al gasógeno de fusión desde arriba y se somete a un calentamiento repentino en el gasógeno de fusión debido a las temperaturas que reinan en este. El calentamiento del carbón en esta etapa de pirólisis provoca que su fracción de hidrocarburos volátiles sea expulsada y se desprenda como gas al espacio del domo. Puesto que es necesario transformar en el gas reductor los hidrocarburos liberados durante la pirólisis, hasta ahora se requiere una temperatura del domo de aproximadamente 1050°C para asegurar la descomposición térmica dentro de un determinado tiempo de permanencia en el gasógeno de fusión. Esta descomposición térmica tiene entonces por consecuencia que, además del hidrógeno como componente del gas reductor, se forme carbono en forma de hollín de acuerdo a T,t CnHm =====> m/2H2 + n C, lo cual representa una carga adicional de polvo de grano muy fino. Debido al tamaño del espacio del domo y a las bajas velocidades del gas ocurre una distribución irregular del gas, y consecuentemente una mezcla no homogénea del gas. Esto conduce a un calentamiento inadecuado de las partículas de carbón que se localizan en zonas criticas, consecuentemente a una desgasificación incompleta, con el resultado de que el polvo de carbón que se extrae con el gas reductor fuera del gasógeno de fusión tiende a aglomerarse. Un efecto adicional de la mezcla insuficiente del gas en el espacio del domo reside en que el tiempo de permanencia de los hidrocarburos en las zonas críticas del espacio del domo no es adecuada para asegurar su completa descomposición térmica. Esto a su vez tiene un efecto adverso sobre el potencial de reducción del gas reductor que se extrae fuera del gasógeno de fusión. También se conoce alimentar energía adicional al gasógeno de fusión a través de quemadores de polvo que se orientan oblicuamente desde arriba contra la superficie del lecho sólido. Estos quemadores se operan con portadores de carbono en forma de partículas finas, usualmente un polvo propio del proceso que contiene carbono y un gas que contiene oxigeno, por ejemplo oxigeno industrial o aire. La operación de estos quemadores de polvo usualmente tiene lugar subestequiometricamente, es decir que además de introducir energía adicional al proceso de gasificación por fusión, el propósito de los quemadores de polvo es el de generar componentes de gas reductor (CO y H2) .

Por consiguiente, el objeto de la presente invención es el de proporcionar un proceso en el cual las condiciones de reacción en el espacio del domo del gasógeno de fusión se ajustan de manera que se impide en gran medida la formación de hollín durante la descomposición de los hidrocarburos expulsados del carbón. En total se pretende reducir la carga de polvo que es arrastrada por el gas reductor fuera del gasógeno de fusión y también la tendencia a la aglomeración del polvo que todavía se sigue evacuando. De acuerdo a la invención, este objeto se logra controlando la operación de los quemadores de polvo con portador de carbono en forma de partículas finas y gas que contiene oxigeno de manera que - conforme al ajuste estequiométrico - la combustión de la fracción de carbono del portador de carbono en forma de partículas finas tiene lugar en una proporción de al menos 40% para formar C02, con lo que los hidrocarburos volátiles que se desprenden del carbón se transforman de manera oxidante. Mediante el C02 que fluye de los quemadores al sitio en que se liberan los hidrocarburos, estos últimos ya no son transformados en forma térmica (ver lo precedente) sino en forma oxidante de acuerdo a CnHm + nC02 =====> 2nCO + m 2H2 , Por la técnica anterior se sabe que esta reacción procede con una rapidez adecuada incluso a temperaturas relativamente bajas en la presencia de un catalizador, por ejemplo polvo de Fe, el cual de cualquier manera se ' encuentra presente en cantidad suficiente en el espacio del domo del gasógeno de fusión. El proceso de acuerdo a la invención permite por primera vez impedir en gran medida que la descomposición térmica de los hidrocarburos expulsados del . carbón forme hidrógeno y hollín, y permite al mismo tiempo obtener componentes adicionales de gas reductor. De acuerdo a una modalidad preferida del proceso de acuerdo a la invención, la operación de los quemadores de polvo se controla de manera que la combustión de la fracción de carbono del portador de carbono en forma de partículas finas tiene lugar en una proporción de al menos 70% para formar C02. Puesto que la descomposición térmica y la conversión oxidante de los hidrocarburos son reacciones que compiten entre si, es conveniente que se favorezca la conversión oxidante proporcionando mas o un exceso de oxidantes en el espacio del domo - en relación a los hidrocarburos . De acuerdo a otra modalidad del proceso de acuerdo a la invención, los quemadores de polvo se orientanean de manera que las llamas generan en el espacio del domo un flujo turbulento mezclador del gas. La generación de un flujo turbulento mezclador del gas por una parte produce el efecto de asegurar una mezcla mas uniforme y consecuentemente el calentamiento de todos los gases y partículas sólidas que se localizan en el espacio del domo, y por otra parte, en consecuencia, de volver también mas uniformes los tiempos de permanencia de los gases y los sólidos en el espacio del domo, de manera que consecuentemente resulta posible una conversión oxidante mas completa, idealmente total de los hidrocarburos . Para generar este flujo turbulento mezclador del gas es conveniente que los quemadores de polvo se orienten a lo largo de líneas que se extienden oblicuas en el mismo sentido con relación al eje central vertical del gasógeno de fusión. Por consiguiente, los quemadores de polvo se orientan oblicuamente hacia abajo a partir de la camisa del gasógeno de fusión, pero no se orientan en forma convergente, es decir no hacia el eje central vertical de gasógeno de fusión, sino que "apuntan" en cierta medida mas allá del eje central. Esta forma de realización tiene la ventaja de que los quemadores de polvo generan un flujo turbulento en forma de espiral que es particularmente adecuado para mezclar uniformemente los componentes del espacio del domo y hacer mas uniforme su tiempo de permanencia. Una ventaja adicional es que las llamas del quemador no se orientan directamente al punto de carga del carbón, es decir a la zona central de la superficie del lecho sólido, con lo que se impide una excesiva desintegración térmica del grano ocasionada por una desgasificación abrupta. Otro objeto de la invención se refiere a un aparato para producir arrabio o productos primarios de acero a partir de material granado que contiene hierro, como hierro esponja parcial y/o totalmente reducido, con un gasógeno de fusión que comprende un dispositivo de carga para carbón en trozos, una línea de evacuación de gas reductor con un separador de sólidos para extraer gas reductor generado, una línea de gas para gas que contiene oxigeno, un dispositivo de alimentación para el material que contiene hierro, una sangradera para escoria fluida y arrabio fluido, y quemadores de polvo, siendo que para cada quemador de polvo se proporciona una línea de polvo para portadores de carbono en forma de partículas finas y una línea de suministro para gas que contiene oxigeno, y siendo que en el gasógeno de fusión se proporciona una porción inferior para recibir arrabio fluido o material primario de acero y escoria fluida, una porción central para recibir un lecho sólido de carbón en trozos y material granado que contiene hierro, así como una región superior como espacio del domo, y siendo que los quemadores de polvo atraviesan la camisa del gasógeno de fusión en una región de cierta altura del espacio del domo y están dispuestos sustancialmente uniformemente espaciados uno de otro y oblicuamente orientados desde arriba contra la superficie del lecho sólido. De acuerdo a la invención este aparato se caracteriza en que el dispositivo de carga para el carbón en trozos se dispone de manera que la dirección de alimentación del carbón en trozos se configura de manera que sustancialmente está alineada con el eje central vertical del gasógeno de fusión y en que los quemadores de polvo se orientan a lo largo de líneas que se extienden oblicuas en el mismo sentido con respecto al eje central vertical del gasógeno de fusión, siendo que los quemadores de polvo con la línea de polvo y la línea de suministro se diseñan para una conversión a C02 de al menos 40% de la fracción de carbono del portador de carbono en forma de partículas finas. De acuerdo con una característica ventajosa del aparato de acuerdo a la invención, las líneas a lo largo de las cuales se orientan los quemadores de polvo tienen en cada caso la misma distancia normal del eje central vertical del gasógeno de fusión. Por distancia normal se entiende aquí la distancia entre dos líneas rectas medida a lo largo de una tercera línea recta, la cual con las otras dos líneas rectas, es decir la línea a lo largo de la cual se orienta un quemador de polvo y el eje central vertical del gasógeno de fusión, encierra en cada caso un ángulo recto. De esta manera es posible lograr un flujo turbulento que aprovecha de manera particularmente ventajosa la geometría del gasógeno de fusión o del espacio del domo, en particular un flujo turbulento en forma de espiral. De acuerdo a otra característica del aparato de acuerdo a la invención se proporcionan de dos a seis, preferiblemente cuatro quemadores de polvo uniformemente espaciados uno de otro, que atraviesan la camisa del gasógeno de fusión. La invención se explica con mas detalle a continuación en la Fig. 1 y la Fig. 2 del dibujo. La Fig. 1 muestra esquemáticamente una sección vertical a través de un gasógeno de fusión 1. El gasógeno de fusión 1 se alimenta con carbón en trozos por vía de un dispositivo 2 de carga, por ejemplo un sistema tornillos transportadores. Mediante un dispositivo 3 alimentador el gasógeno 1 de fusión se alimenta también con material granado que contiene hierro, por ejemplo hierro esponja. El gasógeno 1 de fusión se alimenta también con un gas que contiene oxigeno por la vía de líneas 4 de gas, en particular oxigeno industrial como se obtiene de una planta desintegradora de aire. El carbón en trozos y el hierro esponja forman en una porción 5 central del gasógeno 1 de fusión un lecho 6 sólido en el cual el carbón en trozos se gasifica mediante un gas que contiene oxigeno para formar un gas reductor que contiene CO y H2, y el hierro esponja con esto eventualmente se termina de reducir y se funde para formar arrabio fluido. En una porción 7 inferior del gasógeno 1 de fusión se acumulan la escoria 8 fluida y el arrabio 9 fluido, los que son sangrados mediante una sangradera 10. El gas reductor que se forma durante la gasificación del carbón se extrae por la porción 12 superior - formada por un espacio 11 del domo - del gasógeno 1 de fusión por la vía de una línea 13 de evacuación de gas reductor, y se desempolva en un separador 14 de sólidos, por ejemplo un ciclón caliente. Los quemadores 15 de polvo atraviesan la camisa del gasógeno 1 de fusión por arriba del lecho 6 sólido, de manera que durante la operación de los quemadores 15 de polvo las llamas 16 de los quemadores se orientan oblicuamente desde arriba contra la superficie del lecho 6 sólido. Cada uno de los quemadores 15 de polvo tiene una línea 17 de suministro de polvo para portadores de carbono en forma de partículas finas, por ejemplo el polvo que se precipita en el separador 14 de sólidos, así como una línea 18 de suministro para gas que contiene oxigeno. La Fig. 2 representa una sección horizontal a • través del gasógeno 1 de fusión, por ejemplo al nivel de los quemadores 15 de polvo. Los quemadores 15 de polvo se disponen de manera que se orientan oblicuamente desde arriba contra la superficie del lecho sólido (Fig. 1) y apuntan mas allá del centro del gasógeno 1 de fusión, es decir que se extienden oblicuos con respecto al eje central vertical del gasógeno 1 de fusión (Fig. 2) . Este arreglo de los quemadores 15 de polvo tiene por efecto que los gases y las partículas sólidas que se elevan fuera del lecho 6 sólido y que se localizan en el espacio 11 del domo entran en una rotación de flujo turbulento 20, con el resultado global de que se torna más uniforme el tiempo de permanencia de todos los componentes gaseosos y sólidos en el espacio 11 del domo, mejorándose consecuentemente la mezcla. El , dispositivo 2 de carga para el carbón en trozos desemboca en el gasógeno 1 de fusión esencialmente alineado con el eje 19 central vertical. Los trozos individuales de carbón de esta manera no quedan expuestos directamente a la acción del calor de las llamas 16 de los quemadores, con lo que se evita que los trozos de carbón exploten debido al calentamiento o la desgasificación repentinos . Cuando el carbón choca contra el lecho sólido se desprenden del carbón sus constituyentes volátiles (hidrocarburos, componentes de chapopote) en una fase de pirólisis. La operación de los quemadores de polvo se controla de manera que la fracción de carbono de los portadores de carbono en forma de partículas finas alimentados a través de las líneas 17 de polvo se quema en una proporción de al menos 40% para formar C02. Los componentes volátiles que se desprenden del carbón o bien son transformados en forma oxidante inmediatamente después de la liberación de acuerdo a la ecuación (II) por las "corrientes de C02" dirigidas al sitio de su liberación, o se mezclan entre si mediante el flujo turbulento que prevalece en el espacio 11 del domo, convirtiéndose a continuación en su mayoría al actuar en una forma catalítica el polvo de hierro evacuado del lecho 6 sólido al espacio 11 del domo con los gases reductores y otros gases.

El proceso de acuerdo a la invención y el aparato de acuerdo a la invención permiten una conversión oxidante en gran medida completa de los hidrocarburos que se desprenden con los componentes volátiles del carbón, mediante lo cual se reduce enormemente la fracción de los componentes volátiles que se descompone térmicamente para formar hollín de acuerdo a la ecuación (I), y la carga de polvo que todavía se acarrea fuera del gasógeno 1 de fusión con el gas reductor no ocasiona incrustaciones o solo en mucho menor escala, en los aparatos que se encuentran corriente abajo. La invención no se restringe a la modalidad ejemplar representada en las Fig. 1 y 2 del dibujo, sino que también cubre todos los medios conocidos por una persona experta en la técnica que se pueden usar para realizar la invención. DECLARACIÓN QUE INCLUYE PROCESO Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes.

Claims (7)

1. REIVINDICACIONES 1. Proceso para la producción de arrabio fluido o productos primarios de acero a partir de material granado que contiene hierro, como hierro esponja parcial y/o totalmente reducido, en un gasógeno de fusión en el cual mediante la alimentación de carbón en trozos así como eventualmente de otro material que contiene carbono y gas que contiene oxígeno, con la formación simultánea de un gas reductor se funde el material que contiene hierro, eventualmente después de una previa reducción total, siendo que el carbón en trozos se alimenta al gasógeno de fusión desde arriba, y junto con el material que contiene hierro forma un lecho sólido en el gasógeno de fusión, desprendiéndose con esto su fracción de hidrocarburos volátiles al espacio del domo localizado por arriba del lecho sólido, y siendo que los quemadores de polvo que se operan con portadores de carbono en forma de partículas finas y un gas que contiene oxigeno atraviesan la camisa del gasógeno de fusión en un plano de sección transversal horizontal del espacio del domo espaciados aproximadamente equidistantes uno de otro, y se orientan oblicuamente desde arriba contra la superficie del lecho sólido, caracterizado porque la operación de los quemadores de polvo con portador de carbono en forma de partículas finas y gas que contiene oxigeno se controla de manera que - conforme al ajuste estequiométrico - la combustión de la fracción de carbono del portador de carbono en forma de partículas finas tiene lugar en una proporción de al menos 40% para formar C02, con lo que los hidrocarburos volátiles que se desprenden del carbón se transforman de manera oxidante.
2. 2. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque la combustión de la fracción de carbono del portador de carbono en forma de partículas finas tiene lugar en una proporción de al menos 50% para formar C02.
3. 3. Proceso según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la combustión de la fracción de carbono del portador de carbono en forma de partículas finas tiene lugar en una proporción de al menos 70% para formar C02.
4. 4. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los quemadores de polvo se orientan de manera que mediante las llamas de los quemadores se produce en el espacio del domo una corriente turbulenta mezcladora del gas.
5. 5. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque para la generación de una corriente turbulenta mezcladora del gas los quemadores de polvo se orientan a lo largo de líneas oblicuas en el mismo sentido con respecto al eje vertical central del gasógeno de fusión.
6. 6. Aparato para la producción de arrabio fluido o materiales primarios de acero a partir de material granado que contiene hierro, como hierro esponja parcial y/o totalmente reducido, con un gasógeno de fusión que comprende un dispositivo de carga para carbón en trozos, una línea de evacuación de gas reductor con un separador de sólidos para extraer gas reductor generado, una línea de gas para gas que contiene oxigeno, un dispositivo de alimentación para el material que contiene hierro, una sangradera para escoria fluida y arrabio fluido, y quemadores de polvo, siendo que para cada quemador de polvo se proporciona una línea de polvo para portadores de carbono en forma de partículas finas y una línea de suministro para gas que contiene oxigeno, y siendo que en el gasógeno de fusión se proporciona una porción inferior para recibir arrabio fluido o material primario de acero y escoria fluida, una porción central para recibir un lecho sólido de carbón en trozos y material granado que contiene hierro, así como una región superior como espacio del domo, y siendo que los quemadores de polvo atraviesan la camisa del gasógeno de fusión en un plano horizontal de la sección transversal del domo y están dispuestos sustancialmente uniformemente espaciados uno de otro y oblicuamente orientados desde arriba contra la superficie del lecho sólido, caracterizado porque el dispositivo de carga para el carbón en trozos se dispone de manera que la dirección de alimentación del carbón en trozos se configura sustancialmente alineada con el eje vertical central del gasógeno de fusión, y porque los quemadores de polvo se orientan a lo largo de líneas oblicuas en el mismo sentido con respecto al eje central vertical, siendo que los quemadores de polvo con la línea de polvo y la línea de suministro se diseñan para una conversión a C02 de al menos 40% de la fracción de carbono del portador de carbono en forma de partículas finas.
7. 7. Aparato según la reivindicación 6, caracterizado porque las líneas a lo largo de las que se orientan los quemadores de polvo en cada caso están a la misma distancia normal del eje central vertical del gasógeno de fusión. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado porque son de dos a seis, preferiblemente cuatro los quemadores de polvo que espaciados uniformemente uno de otro atraviesan la camisa del gasógeno de fusión.