ES2999154T3 - Method for handling particulate metal - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un método para manipular metal particulado, que comprende los siguientes pasos: 1a) Proporcionar metal particulado a una unidad de pretratamiento (1) en una primera ubicación, 1b) Pretratar el metal particulado en la unidad de pretratamiento (1) con un agente de pretratamiento (2) para producir metal particulado pretratado, 2a) Transferir el metal particulado pretratado desde la unidad de pretratamiento a al menos un recipiente de transporte (3), 2b) Transportar el metal particulado pretratado con el al menos un recipiente de transporte (3) a una segunda ubicación, 3a) Transferir el metal particulado pretratado en la segunda ubicación a un sistema de tratamiento (4), 3b) Procesar el metal particulado pretratado en el sistema de tratamiento (4). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Método de manipulación de partículas metálicas
La presente invención se refiere a un método de manipulación de partículas metálicas y, en particular, de transporte de energía a grandes distancias.
Se conoce el almacenamiento de energía en forma de partículas de materia que comprenden principalmente partículas metálicas, cuando hay un excedente de energía eléctrica procedente de fuentes de energía renovables. Si hay excedente, una unidad de electrólisis funciona con la energía eléctrica para producir hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno se usa para una reacción de reducción con partículas metálicas sólidas, que se materializa, por ejemplo, en granulados o bolitas que comprenden metal (óxido), por ejemplo en mineral de hierro o bolitas de mineral de hierro. Las partículas metálicas así tratadas (reducidas) pueden almacenarse como material a granel en una tolva, almacén de existencias o similares. Cuando se necesita energía, la harina de partículas reducidas puede oxidarse, en donde la energía térmica derivada de esta reacción de oxidación exotérmica puede usarse además para calentar o producir energía eléctrica. En consecuencia, se conocen sistemas, en los que las partículas metálicas funcionan en un circuito cerrado con una reacción de reducción y otra de oxidación. Por ejemplo, el documento EP 3617591 B1 sugiere disponer una cámara de reacción y una cámara de combustión cerca de una unidad de electrólisis para almacenar energía eléctrica, cuando hay un excedente de energía eléctrica. El documento WO 2021/165441 A1 sugiere incluso usar el mismo aparato de lecho fluidizado para la reacción de reducción y para la reacción de oxidación.
El documento JP 2011179773 A sugiere transportar las partículas metálicas oxidadas producidas en un reactor de oxidación a un reactor de reducción mediante un recipiente y transportar las partículas metálicas reducidas con el recipiente al reactor de oxidación.
En consecuencia, la técnica anterior sugiere un sistema de bucle cerrado, en el que las partículas metálicas se oxidan y reducen repetidamente.
El mineral de hierro suele extraerse en ubicaciones alejadas de los yacimientos, en los que se procesa el mineral de hierro. No obstante, en el emplazamiento minero, las condiciones ambientales suelen ser óptimas para proporcionar energía eléctrica a partir de fuentes de energía renovables. Por ejemplo, en Australia, donde se encuentran las minas de hierro, las plantas fotovoltaicas pueden funcionar de forma muy eficiente. No obstante, transportar la energía eléctrica desde estas ubicaciones hasta emplazamientos industriales lejanos (por ejemplo, en Europa) no es posible de forma eficiente. Los documentos US 4.236.699, US 2015/329931 A1 y EP 3045549 A2 divulgan un método con las características del preámbulo de la reivindicación 1.
Por lo tanto, un objeto de la presente invención consiste en proporcionar un método para transportar energía a grandes distancias.
El objeto se consigue con un método que comprende las etapas de la reivindicación independiente. Las realizaciones preferidas de la invención se describen en las reivindicaciones secundarias y en la descripción, en donde las características individuales de las realizaciones preferidas pueden combinarse entre sí de una manera técnicamente significativa.
El objeto se consigue en particular mediante un método de manipulación de partículas metálicas, que comprende las siguientes etapas:
la ) Proporcionar partículas metálicas a una unidad de pretratamiento en una primera ubicación,
lb ) Pretratar las partículas metálicas en la unidad de pretratamiento con un agente de pretratamiento para producir partículas metálicas pretratadas,
2a) Transferir las partículas metálicas pretratadas desde la unidad de pretratamiento a al menos un recipiente de transporte,
2b) Transportar las partículas metálicas pretratadas con el al menos un recipiente de transporte a una segunda ubicación,
3a) Transferir las partículas metálicas pretratadas en la segunda ubicación a un sistema de tratamiento, y 3b) Procesar las partículas metálicas pretratadas en el sistema de tratamiento.
Las partículas metálicas pueden materializarse como partículas (tales como granulados, bolitas y similares) que comprenden o consisten en un metal (tal como hierro, zinc, cobre o metal alcalino, por ejemplo, magnesio) u óxidos metálicos. Por ejemplo, las partículas metálicas pueden ser mineral de hierro o bolitas de mineral de hierro.
Las partículas metálicas se proporcionan a una unidad de pretratamiento en una primera ubicación, que, por ejemplo, se encuentra cerca de la ubicación de extracción de las partículas metálicas (es decir, el mineral de hierro). La unidad de pretratamiento puede materializarse como un reactor para tratar las partículas metálicas sólidas y puede materializarse como cualquier tipo de reactor conocido para tratar partículas sólidas de materia con un gas. Por ejemplo, la unidad de pretratamiento puede materializarse como un reactor de lecho fijo, tal como un reactor de lecho fluidizado o un reactor de lecho fluidizado circulante, en el que las partículas metálicas se proporcionan como partículas de materia y al que el agente de pretratamiento en forma gaseosa se suministra como gas de proceso. Preferentemente, la unidad de pretratamiento comprende una cámara de reacción de un reactor de lecho fluidizado.
El agente de pretratamiento se materializa preferentemente como agente reductor para la reducción de las partículas metálicas sólidas dentro de la unidad de pretratamiento. En consecuencia, el agente de pretratamiento es de tal composición, que las partículas metálicas sólidas realicen una reacción de reducción (endotérmica o incluso exotérmica) con las partículas metálicas sólidas. El agente de pretratamiento es preferentemente un gas, que se suministra a las partículas metálicas en la unidad de pretratamiento. Si la unidad de pretratamiento está materializada como un reactor de lecho fluidizado, el gas se proporciona preferentemente a un fondo de fluidización del reactor de lecho fluidizado, de tal manera que las partículas metálicas (y eventualmente otras partículas de materia presentes en el reactor de lecho fluidizado) sean fluidizadas por el gas.
El gas de pretratamiento es preferentemente hidrógeno gaseoso, que se produce en particular con energías renovables, en donde en las realizaciones preferidas una unidad de electrólisis funciona con electricidad derivada de fuentes de energía renovables. En consecuencia, en las realizaciones preferidas, una unidad de electrólisis está cerca de la unidad de pretratamiento y, preferentemente, conectada a ella, de modo que el hidrógeno gaseoso producido por la unidad de electrólisis pueda proporcionarse directamente a la unidad de pretratamiento y preferentemente a un fondo de fluidización del reactor de lecho fluidizado que incorpora la unidad de pretratamiento.
Como ya se ha indicado anteriormente, la etapa de pretratamiento 1b) comprende preferentemente una reacción de reducción de las partículas metálicas a las que se proporciona inicialmente el agente de pretratamiento materializado como un agente reductor. De este modo se mantiene el estado sólido de las partículas metálicas proporcionadas inicialmente, mientras que el metal (óxido) de las partículas metálicas sólidas ha reaccionado con el agente de pretratamiento. En consecuencia, las partículas metálicas pretratadas (reducidas) también están presentes en forma de partículas (granulados, bolitas).
Las partículas metálicas pretratadas se transfieren en la etapa 2a) del método a un recipiente de transporte, en donde el recipiente de transporte puede materializarse como un vagón para transporte por ferrocarril y/o un barco. Las partículas metálicas pretratadas pueden transportarse primero en tren hasta un puerto y desde allí en barco, en donde también se puede transportar con otros recipientes de transporte a la segunda ubicación.
En las realizaciones preferidas, las partículas metálicas pretratadas se transportan en una atmósfera inerte. En consecuencia, puede suministrarse un gas inerte (tal como N2) al recipiente de transporte, de modo que se evite una reacción no deseable de las partículas metálicas pretratadas con la atmósfera natural.
Cuando las partículas metálicas pretratadas hayan llegado a la segunda ubicación, que está lejos (por ejemplo, a más de 1.000 km, preferentemente más de 5.000 km, o incluso más de 10.000 km) de la primera ubicación, las partículas metálicas pretratadas (en particular reducidas) se transfieren a un sistema de tratamiento. Es posible que el sistema de tratamiento se materialice como una sola unidad, en la que se procesan las partículas metálicas pretratadas. Por ejemplo, en este caso, el sistema de tratamiento puede materializarse como un alto horno o similar, en el que se funden las partículas metálicas pretratadas. Dado que las partículas metálicas se han pretratado (reducido) previamente, el proceso de fundición es mucho más eficaz, ya que es necesario suministrar menos agente reductor al proceso de fundición.
El sistema de tratamiento comprende una unidad de tratamiento intermedio y una unidad de tratamiento final, en cuyo caso, las partículas metálicas pretratadas se tratan en la unidad de tratamiento intermedio con un agente de tratamiento intermedio para producir partículas metálicas tratadas de forma intermedia, en donde se extrae energía térmica o un gas de esta reacción de tratamiento intermedio.
De acuerdo con la invención se proporciona vapor de agua como agente de tratamiento intermedio a las partículas metálicas pretratadas, de modo que se produzcan partículas metálicas oxidadas e hidrógeno, en donde el hidrógeno se extrae para un proceso posterior.
En cada caso, se prefiere que el agente de tratamiento intermedio se suministre a un reactor, en el que puede producirse la reacción intermedia (oxidación). Un reactor de este tipo puede materializarse como un reactor de lecho fijo, como reactor de lecho fluidizado o como un reactor de lecho fluidizado circulante, en el que las partículas de materia (que comprenden las partículas metálicas pretratadas) son fluidizadas por el agente de tratamiento intermedio proporcionado como gas al fondo de fluidización. Por ejemplo, puede suministrarse oxígeno que comprende gas o vapor de agua al fondo de fluidización del reactor de lecho fluidizado. Al usar reactores de lecho fluidizado para el pretratamiento y el tratamiento intermedio, se puede mejorar enormemente la eficacia de la reacción de pretratamiento (reducción) y de la reacción intermedia (oxidación).
Las partículas metálicas tratadas de forma intermedia son partículas metálicas oxidadas, que a continuación se proporcionan a una unidad de tratamiento final en la que se procesan las partículas metálicas tratadas de forma intermedia. En particular, la unidad de tratamiento final es un alto horno o similar, en el que el partículas metálicas tratadas de forma intermedia se procesan (es decir, se funden) de una materia conocida.
En consecuencia, la presente invención aprovecha el hecho de que el material extraído a granel (tal como el mineral de hierro) se transporta a grandes distancias, en donde la logística de transporte se usa adicionalmente para transportar energía, que se produce en la ubicación minera o cerca de ella. Las partículas metálicas tratadas pueden procesarse para producir energía en una segunda ubicación alejada o para mejorar la eficiencia de un proceso ya conocido en la segunda ubicación. La presente invención y los antecedentes técnicos se describirán a continuación con respecto a la figura a modo de ejemplo.
De acuerdo con la invención partículas metálicas, tales como bolitas de mineral de hierro, se proporcionan a una unidad de pretratamiento 1. La unidad de pretratamiento 1 se materializa como un reactor de lecho fluidizado, a cuyo fondo se proporciona un agente de pretratamiento 2. El agente de pretratamiento 2 es en particular hidrógeno gaseoso, que es producido por una unidad de electrólisis (no mostrada) que funciona con energías renovables. El hidrógeno gaseoso fluidifica las partículas metálicas dentro de la unidad de pretratamiento 1, de modo que se produzca una reacción de reducción eficaz de las partículas metálicas con el hidrógeno.
Las partículas metálicas pretratadas (reducidas) se transfieren a un recipiente de transporte 3, tal como un barco o un vagón de tren. Las partículas metálicas pretratadas, que aún se encuentran en forma sólida tal como partículas (granulados o bolitas), se transportan con el recipiente de transporte 3 a una segunda ubicación, que está lejos de la primera ubicación.
En la segunda ubicación, las partículas metálicas pretratadas (reducidas) se suministran a un sistema de tratamiento final 4 tal como un alto horno. Como las partículas metálicas se han pretratado, son de mayor calidad, de manera que el proceso de fundición en el alto horno es más eficaz. En particular, es necesario suministrar menos agente reductor al alto horno en comparación con un proceso, en el que las partículas metálicas no están pretratadas.
En un método alternativo (no mostrado) las partículas metálicas pretratadas pueden transferirse del recipiente de transporte 3 a una unidad de tratamiento intermedio (por ejemplo, materializada como un reactor de lecho fluidizado), en el que se suministra oxígeno o vapor de agua como agente de tratamiento intermedio a las partículas metálicas pretratadas. La energía térmica y/o el hidrógeno pueden extraerse de esta etapa de tratamiento intermedio. Las partículas metálicas tratadas de forma intermedia (oxidadas), que aún está en forma granular sólida, pueden suministrarse a una unidad de tratamiento final, tal como un alto horno.
Símbolos de referencia
1 unidad de pretratamiento
2 agente de pretratamiento
3 recipiente de transporte
4 sistema de tratamiento final
Claims (12)
1. Método de manipulación de partículas metálicas y, en particular, de transporte de energía a grandes distancias, que comprende las siguientes etapas:
la ) Suministrar partículas metálicas a una unidad de pretratamiento (1) en una primera ubicación,
lb ) Pretratar las partículas metálicas en la unidad de pretratamiento (1) con un agente de pretratamiento (2) para producir partículas metálicas pretratadas,
2a) Transferir las partículas metálicas pretratadas desde la unidad de pretratamiento a al menos un recipiente de transporte (3),
2b) Transportar las partículas metálicas pretratadas con el al menos un recipiente de transporte (3) a una segunda ubicación,
3a) Transferir las partículas metálicas pretratadas en la segunda ubicación a un sistema de tratamiento (4), 3b) Procesar las partículas metálicas pretratadas en el sistema de tratamiento (4), en donde la etapa 3b) comprende las etapas de:
3b. 1) Tratar las partículas metálicas pretratadas en una unidad de tratamiento intermedio con un agente de tratamiento intermedio para producir partículas metálicas tratadas de forma intermedia y extraer energía térmica y/o un gas, en donde las partículas metálicas tratadas de forma intermedia son partículas metálicas oxidadas 3b.2) Transferir las partículas metálicas tratadas de forma intermedia a una unidad de tratamiento final (4), en la que se procesan las partículas metálicas tratadas de forma intermedia,
caracterizado por que
se proporciona vapor de agua como agente de tratamiento intermedio a las partículas metálicas pretratadas, de modo que se produzcan partículas metálicas oxidadas e hidrógeno, en donde el hidrógeno se extrae para un proceso posterior.
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el agente de tratamiento intermedio se suministra a las partículas metálicas pretratadas en la unidad de tratamiento intermedio, preferentemente a un fondo de fluidización del reactor de lecho fluidizado de tal manera que las partículas metálicas pretratadas se fluidifican.
3. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el sistema de tratamiento comprende un alto horno para procesar las partículas metálicas tratadas.
4. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde la unidad de pretratamiento (1) comprende una cámara de reacción de un reactor de lecho fluidizado.
5. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el agente de pretratamiento (2) es un gas y se suministra a las partículas metálicas en la unidad de pretratamiento (1), preferentemente a un fondo de fluidización del reactor de lecho fluidizado de tal manera que las partículas metálicas se fluidifican.
6. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde las partículas metálicas son mineral de hierro o preferentemente bolitas de mineral de hierro.
7. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el agente de pretratamiento (2) es un agente reductor y en particular hidrógeno gaseoso.
8. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el hidrógeno gaseoso se produce con energía renovable, en particular en una unidad de electrólisis que funciona con electricidad que se deriva de fuentes de energía renovables.
9. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde las partículas metálicas pretratadas son partículas metálicas reducidas.
10. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el al menos un recipiente de transporte (3) comprende un vagón y/o un barco.
11. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde las partículas metálicas pretratadas se transportan en una atmósfera inerte.
12. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde las partículas metálicas comprenden un metal del siguiente grupo:
- Hierro (Fe),
- Zinc (Zn),
- Cobre (Cu),
- Metal alcalino, en particular magnesio (Mg).
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2022
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