MX2011003644A - Proceso para produccion de hierro reducido directo. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un proceso para la reducción directa de mineral de hierro realizada por medio de una planta que comprende un horno gravitacional (2) que tiene por lo menos una zona de reducción de mineral de hierro (8) en la parte superior de la misma, y por lo menos una zona de depósito de carbono (9) y una zona de enfriamiento de producto de metal reducido (10) en la parte inferior de la misma y medios para alimentar una mezcla de gas reducido en el reactor que corresponde a la zona de reducción, medios para reciclar el gas de escape o salida del rector del reactor a un gas sintético y mezclar el gas reciclado con gas natural para formar una mezcla de gas de reducción. De acuerdo con la invención en un primer paso de reformación (5) el monóxido de carbono CO sin reaccionar y vapor presente en el gas de salida del reactor se reforman a dióxido de carbono e hidrógeno siguiendo la reacción de cambio de gases CO + H2O = CO2 + H2, en un paso de reforma secundario en el que el gas de salida del reactor deshidratado que comprende principalmente dióxido de carbono e hidrógeno se procesa para remover dióxido de carbono y en una tercera separación física del paso de reformación de nitrógeno y óxido de carbono CO del gas sintético de reducción se lleva a cabo para disminuir los niveles de CO y cualesquiera otros gases existentes en el gas reciclado al nivel mas inferior posible de manera que el gas de reducción reciclado está tan cercano a hidrógeno puro H2 como sea posible.

Description

PROCESO PARA PRODUCCIÓN DE HIERRO REDUCIDO DIRECTO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere generalmente a un prpceso para la producción de hierro reducido directo de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Más específicamente, la presente invención se refiere a un proceso de limpieza y eliminación de dióxido de carbono y vapor de gas reductor gastado en un proceso para la reducción directa del hierro.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los procesos de reducción directa para la producción de hierro metalizado de pellas de óxido de hierro, minerales en trozos, o materiales similares que incluyen el óxido de hierro, son ampliamente conocidos y utilizados en la industria del acero. Los procesos de reducción directa (DR, por sus siglas en inglés) producen metales de sus minerales mediante la eliminación de oxigeno asociado de los minerales a temperaturas por debajo de la temperatura de fusión de cualquiera de los materiales involucrados en el proceso. El producto obtenido como resultado de un proceso de reducción directa se conoce como DRI o "Hierro de Reducción Directa". El proceso de reducción directa de mineral de hierro se convierte en un producto de hierro altamente metalizado. La reducción real del mineral de hierro en el reactor de reducción directa se lleva a cabo en presencia de un gas reductor por ejemplo gas natural que comprende la reducción de los agentes de hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO) , que durante el contacto reduce el mineral de hierro a hierro metálico. Por otra parte, el gas de reducción en forma de monóxido de carbono puede ser producida por un gasificador por el proceso de combustión que se produce cuando el carbono reacciona con el oxigeno cuya la reacción también tiene la ventaja de proporcionar calor para las reacciones de gasificación posterior en el horno de flecha.

Cuando las reacciones de reducción directa se llevan a cabo en hornos por debajo de 1000°C, los agentes de reducción por lo general se limitan a CO y H2. En el proceso de DRI, el hierro se reduce y el dióxido de carbono, i producido en la reacción de reducción, se remueve; cpn la reducción de gases gastados comúnmente conocido como el reactor de gas de salida. El reactor de gas de salida incluye hidrógeno H2 sin reaccionar, que no ha reaccionado de monóxido de carbono CO, dióxido de carbono C02 y agua H20 en forma de vapor. Después del enfriamiento, el gas' de salida del reactor se vuelve a procesar para eliminar el dióxido de carbono y enriquecer el contenido de hidrógeno y monóxido de carbono antes de devolver el gas de salida de enriquecimiento al reactor de reducción directa como la reducción de gases de efectiva. El producto refinado conocido como gas sintético (de gas sintético) es una mezcla de gases que contienen cantidades variables de monóxido de carbono e hidrógeno por gasificación del reactor de suministro de gas a un producto gaseoso con un valor calorífico. El gas sintético es, por definición, un producto que contiene principalmente monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrógeno. El gas de salida del reactor contiene niveles significativos de dióxido de carbono y agua que se forman durante la reacción. Algunos esquemas usan un paso de reforma para proporcionar más hidrógeno y monóxido de carbono y algunos esquemas usan una reacción de paso de cambio de gas de agua para incrementar el gas reciclado para proporcionar el gas de reducción de alta fuerza refinado conocido como gas sintético. Todos los esquemas deberán remover dióxido de carbono del gas de salida del reactor para mantener el proceso de reducción de gas1.

La reducción directa de mineral de hierro, es decir, principalmente óxidos de hematita Fe303, se logra ver la reducción del mineral de hierro por la reacción con monóxido de carbono, hidrógeno y/o de carbono sólido a través de estados de oxidación de hierro metálico sucesivos. Típicamente, los óxidos de hierro y materiales carbonáceos, por ejemplo, carbono, se cargan en un horno. El calor se suministra al horno por la combustión de combustible ¿on el aire para generar, entre otras cosas, monóxido de carbono. A medida que el material sólido se mueve hacia abajo el reactor se encuentra con una corriente de reducción de gas que : fluye en, la dirección opuesta y el material se reduce á hierro metálico y se recupera de la caldera. Los gases de escape y del horno se retiran del horno a través de una linea o conducto del gas de salida. Las plantas de reducción directa para la producción de hierro reducido directo, conocido como DRI (hierro esponja) o briquetas de hierro en caliente (pre-reducción de materiales útiles como materia prima para el hierro y acero) , que actualmente producen dichos productos en contacto con un gas reductor, compuesta principalmente de hidrógeno y monóxido de carbono, a temperaturas de reducción de efectivos en el rango de alrededor de 750°C a cerca de 1050°C, sobre un lecho de partículas de hierro que contienen material en forma de grumos o gránulos. Las corrientes de gas utilizado en la reducción directa se han cuantificado ; sobre la' base de la relación entre los agentes reductores y agentes oxidantes define como la relación molar (H2 + CO/H20 + CO2) de una mezcla de gases. Este valor se conoce comúnmente con el término "relación de reducción" o valor "R". La relación de reducción es una medida de la eficacia de una mezcla de gases cuando se utiliza como agente reductor, mientras mayor es la proporción de la reducción mayor es la eficiencia.

Durante los años de procesamiento de diversos sistemas se han desarrollado para la generación de un gas sintético de alta resistencia de la reducción de ¡gases gastados o de los gases del reactor, que contiene una alta concentración de H2 y CO, para la reducción directa de hierro (DRI) de proceso y otros procesos. En los últimos años, la necesidad de hacer que los procesos para la producción de i " acero más eficientes, más productivos y sin desperdicio, se ha convertido cada vez más urgente, debido a los crecientes costos de producción (en particular los costos de energía) y también debido a las crecientes restricciones impuestas a las plantas de acero por razones ecológicas. Por lo tanto, el propósito de la presente invención es para lograr un proceso para la producción de hierro de reducción directa, que de una manera más simple mejora la reforma del gas de reactor para producir gas sintético de efluentes altos en el hidrógeno y monóxido de carbono. Otro propósito es lograr una reducción significativa del consumo específico de los combustibles fósiles, es decir, para reducir el consumo específico de energía primaria fósil y reducir considerablemente las emisiones específicas de C02 por tonelada producida DRI.

Por lo tanto, un objeto de la invención proporcionar un proceso para la producción de1 hierro producido particular a que la producción de DRI puede ser la mayor capacidad de proceso y que al mismo tiempo permiten reducir el consumo de combustibles fósiles. i Es otro objeto de la invención a fin de asegurar un gas de reciclaje mediante la limpieza y eliminación de dióxido de carbono y vapor de gas reductor gastado ¡en un proceso de reducción directa en donde el gas reciclado es esencialmente hidrógeno puro con el fin de mejorar aún más las propiedades de reducción del reactor.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un proceso que reduce los problemas con el metal de la planta de polvo, partículas y otros componentes no deseados en el t ¡ reactor de gas sin aumentar el uso de agua. : : Es un objeto de la presente invención proporcionar un' proceso que reduce el uso del agua en particular como medio de enfriamiento durante la reformación del reactor de suministro de gas a gas sintético de enfriamiento y recalentamiento requiere equipos costosos de intercambio de calor y las tuberías grandes de alta temperatura haqe que el proceso sea menos atractiva. También es bien conocido él uso de agua en torres de limpieza para la eliminación de polvo.

Otros objetos de la invención se han señalado en esta especificación o será evidente para los expertos en la materia .

' BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un proceso para la producción de hierro de reducción directa DRI en la cual el, dióxido de carbono CO2 y vapor de H20 del gas de reducción gastado en el proceso se extrae para producir un efluente de reformador o gas sintético alto en el hidrógeno y monóxido de carbono. El objeto de la invención se consigue generalmente llevando a cabo el proceso según lo definido, en la reivindicación 1.

En mayor detalle, el método comprende la reforma de monóxido de carbono CO sin reaccionar presente en el reactor el gas dióxido de carbono y el hidrógeno como un paso siguiente al de la reforma de gases de reacción de Cambio de agua CO + H20 = C02 + H2 en donde el vapor presente en las funciones de gas de salida como agua reactiva. Dicho primer paso de reformación precede un paso de reformación secundario en el cual el gas de escape del reactor se procesa además para remover el dióxido de carbono y enriquecer el contenido de hidrógeno y monóxido de carbono antes de regresar al gas de salida enriquecido al reactor de reducción directo. Entre un número de metal de transición bien conocido y : óxidos de metal de transición la magnetita Fe3C>4 preferiblemente se usa como catalizador para la reacción de cambio de gas de agua. Dado que la reacción de cambio es exotérmica, es decir, una reacción que libera calor el gas de salida sale a una temperatura de aproximadamente 48(K520°C que es aproximadamente 120°C superior que la temperatura de gas superior como tal. El calor sensible y energía potencial obtenida se usa en los pasos de refinación de , gases subsiguientes. Un tercer paso de reformación es para reducir el' gas de salida del reactor por remoción además del 'óxido de carbono y nitrógeno para lograr un gas reciclado que consiste esencialmente de hidrógeno puro.

En el paso de reformación secundario el gas de salida del reactor comprende principalmente dióxido de carbono e hidrógeno que se procesa para eliminar el dióxido de carbono, produciendo asi esencialmente corriente · de reciclado de horno de flecha libre de dióxido de carbono. Esta corriente de reciclado libre de dióxido de carbono esencialmente se caliente y recicla al horno de flecha como parte del gas de reducción.

Es bien conocido que con el fin de obtener un gas de reducción de alta resistencia de un reformador en el cual el 1 gas de salida del reactor se refieren a gas sintético que contiene una alta concentración de H2 y CO, es conveniente mantener bajo nivel de vapor en la corriente de entrada al reformador. La razón básica para contenido de vapor reducido del gas reductor es el efecto diluyente del vapor en la operación de reformación. Aunque, la remoción de vapor del reformador podría dar un gas reductor de alta resistencia, dicho paso se considera no económico debido a que ;sería necesario enfriar el efluente reformador para condensación de agua y remoción después de lo cual podría tener que requerir equipo de intercambio de calor Costoso y tubería 1 de alta temperatura grande asociada que podría hacer que el proceso no, sea a atractivo. Además, el paso de condensación de agua incrementa la caída de presión y, por lo tanto, requiere que la operación de reformador sea llevada a cabo a una presión bastante superior requiriendo un incremento en la temperatura de operación o la relación de vapor-carbono, o ambos, con el fin de cumplir con el requerimiento de metano residual. Los esquemas actuales para producir el gas reductor de alta resistencia necesitan mejorarse para eficiencia de energía y costo de producto reducido. Con el fin de mejorar esto la presente invención emplea un paso de proceso catalítico dispuesto después del horno de flecha en el cual el vapor en el' gas de salida del reactor camia a hidrógeno por >monóxido de carbono sin reaccionar por la reacción de gas de cambio de agua C02+H20=CO+H2. En la presente modalidad descrita, se usa un catalizador tal como magnetita o hierro café. La reacción de gas de cambio de agua es sensible a la temperatura en donde la tendencia a cambiar los reactivos se incrementa a temperaturas superiores. Por lo tanto, las temperaturas relativamente altas en el gas de salida de reactor que se han considerado en la presente como un problema se pueden usar como una ventaja. También el hecho de que el gas de salida del reactor del reactor de DRI se produce a baja presión lo cual se considera normalmente con un inconveniente que puede usarse como una ventaja.

La invención también comprende un tercer paso de reformación de separación física de nitrógeno y óxido de carbono CO del gas sintético reductor del paso mencionado antes uno y dos. El propósito del tercer aso de reformación es bajar los niveles de CO y cualesquiera otros gases existentes en el gas reciclado a un nivel tan bajo como es posible de manera que el gas reductor reciclado está tan cerca del hidrógeno puro H2 como sea posible.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los aspectos, objetivos y ventajas de la presente invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción de las modalidades preferidas con referencia a los dibujos en los cuales los caracteres de diferencia se designan similarmente o las partes correspondientes a través de varias vistas y en los cuales: La Figura 1 muestra esquemáticamente una primera modalidad de la presente invención, ilustrando un diagrama del proceso aparato para producir DRI de acuerdo con la presente invención; La Figura 2 muestra esquemáticamente una segunda modalidad de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Dos esquemas del proceso alternativos se describen más adelante, uno con y uno sin un calentador complementario para calentar el alto efluente reformador primario en hidrógeno H2. Estos esquemas se muestran en las figuras 1 y 2, respectivamente.

Con referencia a la figura 1, se ilustra un primer diseño de una planta de reducción designada por el número de referencia 1 adecuado para llevar a cabo el proceso de acuerdo con la presente invención. En el diseño el número 2 generalmente representa una flecha de reducción directa para la producción de DRI, 3 representa un gas de síntesis de suministro de generador de gases, de alguna manera conocido como gas sintético que usa gas recuperado del reactor y refinado para usarse como el gas reductor en la flecha de reducción, 4 representa un sistema de limpieza de partículas para separar polvo de metal del gas de escape del reactor extraído del rector, 5, 6 y 7 representa un sistema de reformación que comprende tres pasos de reformación en 1 donde 5 representa un primer paso de reformación para monoxido de carbono de reformación de vapor presente en el gas de salida del rector a dióxido de carbono e hidrógeno y 6 representa un segundo paso de reformación para la remoción de dióxido de carbono del gas de salida del reactor reformado por vapor y 7 representa un tercer paso de reformación para remoción de nitrógeno y óxido de carbono del gas de salida del reactor.

La flecha de reducción directa 2 comprende de la parte superior a la inferior una zona de alimentación de mineral de hierro, una zona de reactor 8 para la reducción directa de los minerales, una zona de carburación 9 y un recipiente de enfriamiento 10. El rector o flecha 8 produce hierro metálico caliente o DRI de los óxidos en forma de pellas y/o grupos que desciende debido a los efectos de gravedad en una zona de carburación. El recipiente de enfriamiento 10 corriente abajo a su vez se conecta directamente a un dispositivo de descarga. Por lo tanto es un solo flujo de material de la parte superior a la parte inferior o base de la flecha o columna. A medida que el material sólido fluye hacia abajo a través del reactor 8 se encuentra una corriente para reducir gas que fluye en una dirección opuesta que se alimenta en la zona de reacción del reactor, la zona teniendo forma sustancialmente cilindrica en la> cual una corriente del gas reductor se alimenta desde el generador de gas 3 por los conductos 12, 13.

El gas de escape o "gas de salida" se extrae desde la parte superior del reactor 8 después de haber reaccionado con óxidos de hierro y fluye a. lo largo de una línea o conducto de gas de escape 14 al sistema de limpieza de partículas 4. La temperatura del gas de escape depende del mineral de hierro que se carga al reactor pero generalmente sale del reactor a aproximadamente 340 a 380 °C. Dado qüe hay polvo en el gas de escape extraído del reactor 8 del gas de escape enviado al sistema de limpieza de partículas pasa a través de un ciclón múltiple 15 en el cual la parte principal de polvo en el gas de salida se separa y después un filtro 16 en; donde una gran cantidad del polvo restante y partículas i1 finas se separen del gas de salida. La mayoría del ¡polvo metálico y partículas en el gas de salida del react'or se pueden resolver con los mismos. Después de un proceso i I ¡ adecuado que comprende compactar el polvo metálico del sistema de limpieza de partículas 4 a los tabiques o grumos i de i tamaño adecuado y forma el material se pueden cargar : en el 1 '. i horno de flecha.

Un primer paso de reformación 5 comprende un cambiador 17 de reformación de vapor de hidrocarburos! y en los cuales el gas de salida del reactor particularmente limpio puede deshidratarse por la reformación al dióxido de carbono e hidrógeno. En mayor detalle, el intercambiador 17 se¡ diseña para convertir el monóxido de carbono ,C0 sin i reaccionar presente en el gas de salida del reactor a dióxido de¦ carbono siguiendo la reacción de cambio de gas ; de. agua bien conocía CO + H20 = CO + H2 en donde el vapor presente en la ^materia será adecuado para la reacción de gas del agua tal como magnetita o cualesquiera metales de transición u óxidos de metales de transición. En la presente modalidad el hierro café en forma de piedras se usan como catalizador. La reacción de cambio de gases de agua es muy sensible, a la temperatura con tendencia a cambiar hacia los reactivos con temperatura creciente en donde la alta temperatura del gas de salida se usa como una desventaja. Como la reacción en el primer paso de reformación 5 es exotérmica, el gas de salida deshidratado sale a una temperatura superior a la que tenia cuando se introduce primero en el paso del sistema. Por lo I i tanto, la temperatura del gas deshidratado que salé del intercambiador 17 a lo largo de un conducto o linea designado como 16 normalmente es de aproximadamente 480-520°C. En un intercambiador de calor 18, instalado después de que el intercambiador 17 del gas de salida deshidratado, comprendido principalmente de dióxido de carbono e hidrógeno, se enfria a aproximadamente 300-340 °C por intercambio de calor [ con una parte de gas reciclado que pasa a lo largo de la linea 19. En mayor detalle, el calor del intercambiador 17 del primer paso de reformación 5 se usa para calentar el gas reciclado que contiene una alta concentración de CO y H2 que proviene del segundo paso de reformación 6 antes del gas reciclado en la linea 20 se mezcla con una corriente de gas sintético suministrado por una fuente externa, en este caso el generador de gas 3 y que tiene una temperatura de aproximadamente 1200 °C. La preparación de gas reciclado asi como el gas sintético del generador de gas 3 será tratado en mayor detalle más adelante.

El segundo paso del sistema de reformación 6 para la remoción de dióxido de carbono CO2 del gas de salla deshidratado comprende un absorbedor de C02 21 y un separador de CO2 22 que como tal son bien conocidos en la materia. Del intercambiador de calo 18 el gas deshidratado pasa a lo largo de la linea 23 a una caldera 24 a la cual se emite el 1 calor del gas sensible. El vapor producido por un lado por la caldera 24 mediante la influencia del calor sensible recibido del gas deshidratado pasado a través de la caldera y ; calor sensible recibido del generador de vapor 25 via el intercambiador de calor 26 por el otro lado se utiliza en el separador de CO2 para desorber dióxido de carbono del gas deshidratado en una manera como se conoce bien en la materia. El dióxido de carbono con alta pureza C02 removido del separador preferiblemente se puede recopilar y vender a otros usuarios. Antes de alcanzar una compresora o medio de bombeo 27, también forma parte del segundo sistema de reformación 6, el gas deshidratado que fluye a lo largo de la linea 28 se enfria pasando un extinguidor de agua 29. El agua deshidratada enviada en la linea 28 a la compresora o medio de bombeo 27 pasa a través del absorbedor de C02 21 incrementando asi su potencial de reducción. Después de haberse tratado en el absorbedor de C02 21 el gas en linea 31 tiene una composición comprendida principalmente de óxido de carbono, dióxido de carbono e hidrógeno.

La corriente de gas reciclado 14 en la linea 131 se divide en dos trayectorias de flujo 32 y 33 de la cual la trayectoria 32 que por un lado se usa como gas residual de combustible en el generador de vapor 25 y por el otro lado también puede colectarse y distribuirse a otros usuarios. Dado que la cantidad de gas residual deberá ser baja con el fin de poder usarse como un medio de reducción N2 comprendido en el gas tiene que ser removido. Por lo tanto, el gas del flujo en la segunda trayectoria de flujo 33 se pasa a través de. un separador N2 de nitrógeno comprendido de un medio de separación física tal como un tamiz molecular 34 o en un tamiz molar corto diseñado para adsorber el nitrógeno en el gas. El medio de separación física puede estar comprendido de cualesquiera medios de separación para usarse como membranas, tamices moleculares o sistema de absorción química. El tamiz molecular 34 preferiblemente está diseñado para adsorber no solo el nitrógeno sino también óxido de carbono CO presente en el gas que se remueve quemado y se mezcla con el CO2 del separador de C02 22. El tamiz molecular 34 puede comprender cualquier material adecuado que tiene una estructura abierta con aspectos moleculares absorbibles como un ejemplo no limitante tal como silicato de aluminio, carbón activo de arcilla o carbón sintético, etc. La corriente 35 indica la liberación de N2 removido del gas residual y la corriente 36 remueve el dióxido de carbono. La corriente 33 del tamiz molecular 34 se divide en dos trayectorias de flujo o corrientes 19 y 37 de las cuales una trayectoria 19 como ya se> mencionó antes se dirige para pasar a trávés del intercambiador de calor 18 para recibir el calor liberado del primer sistema de reformación 5 que comprende el intercambiador 17 mientras que la otra trayectoria ;37 se envía al recipiente de enfriamiento DRI 10 de la flecha de reducción 2. Deberá observase que la ayuda de la etapa de proceso en el tamiz molecular 34 baja los niveles de CO y cualesquiera otros gases existentes en los otros gases en el gas reciclado al nivel más bajo que sea posible de manera que el gas reciclado en las dos líneas 19 y 37 está tan cerca el hidrógeno puro H2 como es posible. Refinando el nivel de hidrógeno en el gas de reciclado no solo para lograr un gas sintético con mayor relación de reducción o "R" y eficiencia sino también procesa condiciones que también garantiza buena reducción con minerales de hierro de mala calidad.

El gas sintético usado como medio de reducción en el proceso de reducción directo presente es una mezcla precalentada de hidrógeno H2 esencialmente limpio que proviene de la línea 37 y gas natural por ejemplo CH4. La planta se provee ventajosamente con medios de ajuste, no ilustrados en el dibujo, para controlar la cantidad dé gas natural que se alimenta para ser mezclado con el gas reciclado en la línea 37 de manera que optimiza las reacciones de reducción y reformación. El gas natural frío suministrado al proceso mediante la línea 38 y mezclado con gas reciclado que proviene de la línea 36 en donde el gas mezclado se lleva en el recipiente de enfriamiento 10 mezclando con la línea 39 y después que pasa a través de DRI caliente en el recipiente de enfriamiento 10.

Consecuentemente DRI en el recipiente de enfriamiento se i enfría mientras que al mismo tiempo la mezcla ' dé gas reciclado y gas natural se calienta antes de que se suministre al generador de gas 3 del sistema de proceso actual. El precalentamiento del gas mezclado hasta 520°C puede hacerse preferiblemente por intercambio de calor del DRI caliente en el recipiente de enfriamiento 10. Controlando el contenido de gas natural en el gas reducto que entra al reactor 2 es posible controlar directamente el proceso de reducción en la zona de reacción 8 del reactor ajustando apropiadamente la temperatura de la carga en la zona de reacción preferiblemente entre 800 y 900°C y la cinética de reacción. La mezcla de gases se extrae del recipiente de enfriamiento DRI 10 por medios de extracción y fluye a lo largo de una línea de escape 40 al generador de gases 3 y se oxida parcialmente con oxígeno o aire que entra al generador de gases vía la línea 41. Un proceso complementario de calentar el gas de reducción se provee en el punto en el cual la mezcla de gases entra al generador de gases 3 vía la linea 40, inyectando una cantidad predeterminada de oxigeno puro o aire enriquecido con oxigeno en el conducto 40 inyectando una cantidad predeterminada de oxigeno puro o aire enriquecido con oxigeno en el conducto 40 de manera que produzca una combustión parcial de CO y H2 y calor al gas reductor que será introducido a una temperatura entre 850°C a 1200°C. Después de someterse al proceso de calentamiento adicional, la1 corriente de gas reductor se alimenta en la primera linea 12 para reducción y reformación via la segunda linea 13. Antes de entrar al reactor el gas caliente resultante del generador de gases 3 se mezcla con una corriente de gases precalentada baja de aproximadamente 400 °C conducida por el conducto 20 principalmente conteniendo hidrógeno H2. Esta mezcla que puede controlarse a temperaturas entre 80' y 950°C con medios de ajuste, no ilustrados en el dibujo, se alimenta al reactor DRI en el cual toma lugar la reducción. Deberá observarse que el componente reductor principal en; el gas será el hidrógeno.

Con referencia a la figura 2, se describe un esquema de proceso alternativo que tiene un calentador complementario para calentar el efluente reformador primario alto en hidrógeno H2. Los números de referencia en la Figura 2 corresponden a la Figura 1 para demostrar el hecho de que se refieren a los mismos medios o similares. El gas ¡ residual en la linea se divide en dos trayectorias de flujo 32 y 42 de las cuales la trayectoria 32, como se mencionó antes, se usa como el gas residual en el generador de vapor 25, y la otra parte 42 se usa como gas residual en un calentador de gas de reciclado complementaria 43 para calentar el gas reciclado en la línea 37 antes de que se mezcle con gas natural y pasa a través del refrigerante de DRI 10. Él gas reciclado calentado en el calentador de gas reciclado ; 43 se lleva a cabo por la linea 44. El gas natural frió suministrado al proceso por la linea 38 y mezclado con gas reciclado proveniente de la linea 44 en donde el gas mezclado se conduce en el recipiente de enfriamiento 10 por la ; linea de1 mezclado 39 y se pasa a través de DRI caliente en el recipiente de enfriamiento 10. Consecuentemente, el DRI en el recipiente de enfriamiento se enfria mientras que al mismo tiempo la mezcla de gas reciclado y gas natural se calienta antes de que se suministre al generador de gases 3 del sistema de procesamiento.

El gas de reducción alimentado al reactor 18 se calienta a una temperatura por arriba de 910°C antes de entrar al reactor 8 vía la linea 13. La temperatura es una buena cifra promedio que no se "adhiere" en el reactor. La alta cantidad de hidrógeno ¾ en el gas por un lado y el bajo peso molecular por el otro lado, permite que el reactor tenga un tamaño menor.

La presente invención no se limita a la descripción anterior y como se ilustra en los dibujos puede cambiarse y modificarse de diferentes maneras dentro del contexto de la idea de la invención especificado en las siguientes reivindicaciones .

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1.- Un proceso para la reducción directa de mineral de hierro llevada a cabo por medio de una planta que comprende un horno gravitacional (2) que tiene por lo menos una zona de reducción de mineral de hierro (8) en la parte superior del mismos, y por lo menos una zona de depósito de carbono (9) y una zona de enfriamiento de producto de metal reducido 810) en la parte inferior del mismo, y medios para alimentar una mezcla de gas reductor en un reactor en correspondencia con la zona de reducción, medios ' para reciclar el gas de salida del escape o reactor del reactor al gas sintético y mezclar el gas reciclado con gas natural para formar una mezcla de gas reductor caracterizado porque comprende los siguientes pasos: a) extracción del gas de salida del reactor del reactor (8) para reciclado; b) limpiar el gas de salida del reactor de partículas y polvo en un sistema de limpieza (4); c) obtener un gas de salida deshidratado cambiando el óxido de carbono CO y vapor H20 presente en el gas de salida el reactor a CO2 y H2 en un primer paso de reformación (5) usando reacción de gas de cambio de agua; d) procesar el gas de salida del reactor en una compresora o medio de bombeo (27), I e) mover el CO2 del gas de salida del reactor en un segundo paso de reformación (6) usando un medio de absorción de dióxido de carbono C02 (21) y un medio de separación (22) para formar un gas sintético comprendido esencialmente de hidrógeno CO y H2; f) remover nitrógeno N2 y óxido de carbono CO del gas de salida del reactor en un tercer paso de reformación (7.) usando un medio de absorción de N2 y CO para formar ün gas sintético puro comprendido esencialmente de hidrógeno H2|; g) dividir la corriente del gas sintético en primera (37) y segunda (19) trayectorias de flujo; h) mezclar el gas sintético en la primera corriente (37) con gas natural suministrado por una fuente externa (38) ; i) calentar el gas sintético en la ; segunda trayectoria de flujo (19) del paso f) en la segunda corriente (19) intercambiando calor sensible obtenido del prpce:so de desgasificación del paso c) ; j) calentar la mezcla del gas sintético de la primera trayectoria de flujo (37) del paso f) y gas natural en el paso h) por intercambio de calor sensible¦ dé los productos metálicos reducidos en la zona de enfriamiento (10) ; '. k) extracción de la mezcla de gas sintético ' y gas natural del paso j ) de la zona de enfriamiento del producto metálico (10) al generador de gas (3); 1) calentar la mezcla de gas del paso k) inyectando oxigeno 02 en una linea (41) a la mezcla de gas sintético y gas natural conduciendo la mezcla al generador de gas (3) ; m) procesar la mezcla de gas inyectado de oxigeno O2 en el paso 1) en el generador de gas para obtener una mezcla de gas reductor y conduciendo la mezcla de gases del generador de gases (3) al reactor (8); n) mezclar el gas sintético del paso i) de la segunda corriente (19) a la corriente de la mezcla de gas de reducción en el paso m) para reducir la mezcla de gases;, o) alimentar la mezcla de gas reductor formada en el paso n) a la zona de reducción (8) del reactor. "

2. - El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los medios de intercambio de calor (24) se usan para intercambiar calor sensible del gas de salida deshidratado formado en el paso c) a los medios de separación de C02 (22) del segundo paso de reformación (6).

3. - El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el gas reductor sale del generador de gases calentado a una temperatura entre 800 y 1400°C, preferiblemente a 1200°C. 25

4. - El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el gas reductor entra a la zona de reducción (8) del reactor que tiene una temperatura de 910 °C o más. ¡ '

5. - El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la corriente de gas del segundo paso de reformación (6) se divide en primera (32) y segunda (33) trayectorias de flujo de las cuales el gas en una trayectoria (32) se usa como gas residual de combustible en un generador de vapor (25) que genera calor para el segundo paso de reformación (6) y el gas en la otra parte (33) se alimenta al tercer' paso de reformación (7) .

6. - El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el resultado de los primero, segundo y tercer paso de reformación (5, 6, 7) es una corriente de hidrógeno esencialmente puro ¾ .

7. - El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en ; donde el calentamiento en el paso m) se logra inyectando una cantidad predeterminada de oxigeno O2 y/o en la mezcla de gas sintético y gas natural que proviene de la zona de enfriamiento (10).

8. - El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el nitrógeno 2 y óxido de carbono NO removido por el ; tercer paso de reformación (7) se queman juntos con dióxido de carbono removido por el segundo pasó de reformación ( 6) .

9. - El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema de limpieza de polvo (4) está comprendiendo de un ciclón múltiple (15) y un filtro subsiguiente (16) a través del cual pasa el gas de salida del reactor.

10. - El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el primer paso de refinamiento (5) usa cualquier catalizador conocido en la materia por ser adecuado para la reacción de cambio de gas de agua tal como magnetita, cualquier metal de transición u óxidos de metal de transición, usándose preferiblemente hierro café en forma de piedras .

\ 11.- El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el tercer sistema de reformación (7) usa cualquier medio de reparación física, tal como membranas o tamices de moléculas, o cualquier sistema de absorción químico adecuado.

12. - El proceso de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el tercer sistema de reformación (7) está comprendido de un tamiz molecular (34) que comprende cualquier material adecuado que tiene una estructura abierta tal como cualquier silicato de aluminio, arcilla, carbón activo o carbón sintético.

13. - El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el gas de salida deshidratado del paso c) se enfría por un medio de enfriamiento (29) antes de entrar, a la compresora o medio de bombeo (27).

14. - El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde un calentador complementario (43) está dispuesto para calentar el gas sintético obtenido después de;l tercer paso de refinamiento (7) y antes del punto en el paso h) en el cual el gas sintético se mezcla con gas natural.

15. - El proceso de acuerdo con la reivindicación 14, en donde una corriente de gas residual del segundo paso de reformación (6) se usa como gas de combustible en el calentador complementario (43) . RESUMEN La presente invención se refiere a un proceso para la reducción directa de mineral de hierro realizada por medio de una planta que comprende un horno gravitacional (2) que tiene por lo menos una zona de reducción de mineral de hierro (8) en la parte superior de la misma, y por lo menos una zona de depósito de carbono (9) y una zona de enfriamiento de producto de metal reducido (10) en la parte inferior de la misma y medios para alimentar una mezcla de gas reducido en el reactor que corresponde a la zona de reducción, medios para reciclar el gas de escape o salida del rector del reactor a un gas sintético y mezclar el gas reciclado con gas natural para formar una mezcla de gas de reducción. De acuerdo con la invención en un primer paso de reformación (5) el monóxido de carbono CO sin reaccionar y vapor presente en el, gas de salida del reactor se reforman a dióxido de carbono e hidrógeno siguiendo la reacción de cambio de gases CO + ¾0 = CO2 + H2, en un paso de reforma secundario en el que el gas de salida del reactor deshidratado que comprende principalmente dióxido de carbono e hidrógeno se procesa para remover dióxido de carbono y en una tercera separación física del paso de reformación de nitrógeno y óxido de carbono CO del gas sintético de reducción se lleva a cabo para disminuir los niveles de CO y cualesquiera otros gases existentes en el gas reciclado al nivel mas inferior posible de manera que el gas de reducción reciclado está tan cercano a hidrógeno puro H2 como sea posible.