ES2978876T3

ES2978876T3 - Procedimiento para suministrar gas reductor con contenido de hidrógeno a la parte del pozo del alto horno

Info

Publication number: ES2978876T3
Application number: ES16889314T
Authority: ES
Inventors: Nobuaki Ito; Hitoshi Donomae; Kimihito Suzuki; Kenji Nakao; Toshio Isohara
Original assignee: JFE Steel Corp; Kobe Steel Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Kobe Steel Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 2016-02-05
Filing date: 2016-02-05
Publication date: 2024-09-23
Anticipated expiration: 2036-02-05
Also published as: EP3412780A4; KR20180109064A; CN108699612B; FI3412780T3; US20190032160A1; BR112018015789A2; EP3412780A1; US10961596B2; KR102135521B1; EP3412780B1; CN108699612A; BR112018015789B1; WO2017134829A1

Abstract

La presente invención proporciona un nuevo método para suministrar un gas reductor a la parte de cuba de un alto horno, y con el cual se puede suministrar una gran cantidad de gas reductor que contiene hidrógeno a una alta concentración a una posición más profunda en el alto horno (un lugar más cercano al eje central en la dirección radial del alto horno), y con el cual es posible reducir la cantidad generada de CO2 determinada como la suma de la cantidad de CO2 que se reduce al realizar la fundición de hidrógeno en el alto horno y la cantidad de CO2 que se genera durante la producción del gas reductor suministrado al alto horno. El método para suministrar un gas reductor a la parte de cuba de un alto horno según la presente invención se caracteriza por: modificar un gas de horno de coque aumentando su temperatura a 1200-1800 °C en un reactor en el que se suministra un gas que contiene oxígeno al gas de horno de coque que ha sido precalentado, para generar un gas modificado en el que se enriquece el gas hidrógeno; mezclar el gas modificado con un gas que contiene CO en el reactor de modo que la concentración de hidrógeno del gas reductor se ajuste a 15-35 % en volumen (húmedo); y suministrar el gas reductor resultante a la parte del eje del alto horno bajo una condición de que se satisfaga la relación de "caudal de gas reductor soplado en la parte del eje"/"caudal de gas reductor soplado en la tobera" > 0,42. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para suministrar gas reductor con contenido de hidrógeno a la parte del pozo del alto horno CAMPO

La presente invención se refiere a un procedimiento de suministro de un gas reductor con contenido de hidrógeno a una parte del pozo de un alto horno en una planta de fabricación de hierro destinada a reducir la cantidad de CO<2>emitido desde la planta de fabricación de hierro.

ANTECEDENTES

Como medida para hacer frente al calentamiento global, se está buscando ampliamente reducir la cantidad de CO<2>emitido junto con la producción industrial. Como parte de esta iniciativa, para reducir el CO<2>emitido en las operaciones de fabricación de hierro utilizando el procedimiento de alto horno, la técnica de fabricar gas hidrógeno y suministrarlo a la parte del pozo del alto horno para reducir así el mineral de hierro por hidrógeno y fabricar arrabio (es decir, fundición de hidrógeno del alto horno) y así reducir la cantidad de uso de coque y otros materiales carbonosos utilizados conjuntamente como material reductor y combustible en el alto horno (entrada de carbono: cantidad de carbono cargado cuando se produce 1 tonelada de arrabio) se describe en NPTL 1 y 2. Aquí, la razón por la que el gas hidrógeno no se suministra desde la tobera del alto horno, sino desde la parte del pozo es que la cantidad crítica de carbón particulado que se puede suministrar generalmente se sopla desde la tobera del alto horno. Si además de esto se suministra gas hidrógeno desde la tobera, la operación eficiente del alto horno no solo en términos de volumen espacial sino también en términos térmicos sería difícil, por lo que se considera ventajoso suministrar hidrógeno desde la parte del pozo del alto horno donde hay poco oxígeno residual y hay margen de maniobra en términos térmicos. Como otros documentos de la técnica anterior relacionados con el suministro de gas a un alto horno, se pueden mencionar PTL 1 a 4 y NPTL 3.

PTL 1 describe la técnica del gas de reformado con vapor con contenido de alquitrán y metano usando un catalizador para fabricar hidrógeno.

PTL 2 describe la técnica de soplar un gas reductor con contenido de hidrógeno en la parte del pozo de un alto horno durante el cual se ajusta la relación de las cantidades de mineral de hierro y coque cargadas en el alto horno en la dirección del diámetro del horno para obtener una reducción y aireación adecuadas dentro del alto horno.

PTL 3 describe la técnica de suministro de gas natural o gas obtenido por oxidación parcial de COG refinado (gas de horno de coque) de la parte del pozo de un alto horno.

PTL 4 describe la técnica de suministrar cualquiera de un gas no reductor obtenido al causar la combustión completa del gas de alto horno, etc., por aire, un gas reductor obtenido al calentar indirectamente el gas de alto horno, etc., o un gas reductor con una alta concentración de hidrógeno de una concentración de hidrógeno del 65% como gas precalentado a la parte del pozo del alto horno.

NPTL 3 describe el resultado de que incluso si se suministra gas desde la parte del pozo de un alto horno en un experimento que utiliza un modelo de alto horno, el gas suministrado no alcanza la parte central del alto horno. [LISTA DE MENCIONES]

[BIBLIOGRAFÍA DE PATENTES]

[PTL 1] Publicación de patente japonesa N.a 2011-212552A

[PTL 2] Publicación de patente japonesa N.a. 2013-185181A

[PTL 3] Publicación de patente japonesa N.a. 37-8804B2

[PTL 4] Publicación de patente japonesa N.a. 2009-221547A

[PTL 5] Publicación de patente europea EP 2719 778 A1

[BIBLIOGRAFÍA NO DE PATENTES]

[NPL 1] CAMPS-ISIJ, vol. 23 (2010), pág. 1025

[NPL 2] CAMPS-ISIJ, vol. 25 (2012), pág. 886

[NPL 3] CAMPS-ISIJ, vol. 23 (2010), pág. 879

RESUMEN

[PROBLEMA TÉCNICO]

Como primer problema de la técnica anterior, en el estado de la técnica relacionado con el suministro de gas hidrógeno a la parte del pozo de un alto horno, existe el problema en particular de la desigualdad de distribución de la tasa de reducción de mineral de hierro por el gas hidrógeno dentro del alto horno.

Este problema se explicará específicamente.

La principal reacción de reducción de mineral de hierro dentro de un alto horno es aquella donde principalmente el gas CO reduce el óxido de hierro (mineral de hierro) para producir hierro metálico. Esta reacción es una reacción exotérmica. Además, la cantidad de calor requerida para calentar el mineral de hierro o la reducción directa del mineral de hierro mediante carbono (reacción endotérmica) se obtiene mediante el calor latente del gas suministrado desde la tobera (gas suministrado por la tobera = aire, etc.) y el calor de combustión cuando se hace que el coque o el carbón dentro del alto horno se quemen por el gas soplado desde la tobera (oxígeno, etc.) Además, la reducción de óxido de hierro mediante gas hidrógeno es una reacción endotérmica. Por lo tanto, es imposible suministrar solo gas de hidrógeno desde la parte del pozo de un alto horno sin gas suministrado por la tobera para realizar toda la reducción del mineral de hierro dentro del alto horno. La cantidad de suministro de gas hidrógeno desde la parte del pozo se limita a un valor suficientemente menor que la cantidad de gas suministrado por la tobera. Si se suministra una cantidad tan pequeña de gas hidrógeno directamente desde la parte del pozo de un alto horno, como se describe en NPTL 3, el gas soplado desde el pozo corre solo cerca de las paredes dentro del alto horno. El mineral de hierro se reduce por el hidrógeno solo en esta región. Si la concentración de gas hidrógeno se vuelve excesiva cerca de las paredes del horno, debido a la reducción de hidrógeno del mineral de hierro, la temperatura del gas caerá rápidamente y la temperatura requerida para la reducción ya no podrá mantenerse, por lo que para mantener una concentración adecuada de gas hidrógeno cerca de las paredes del horno, la posible cantidad de suministro de gas hidrógeno solo se permite que sea un valor aún más pequeño que el límite superior anterior. Por lo tanto, existe el problema de que debido a la restricción en la cantidad de suministro de gas hidrógeno, no es posible establecer la relación de reducción de hidrógeno dentro del alto horno lo suficientemente alta.

Además, como segundo problema de la técnica anterior, existe el problema del CO<2>emitido en el momento de la fabricación del hidrógeno. Para suministrar un gas reductor que contenga el hidrógeno necesario para la fundición de hidrógeno en un alto horno de forma económica y en gran cantidad, es necesario utilizar hidrocarburos como materia prima para su fabricación. En el procedimiento convencional para producir un gas reductor (hidrógeno), existe el problema de que el CO<2>permanece en el gas reductor y se emiten grandes cantidades de CO<2>junto con la combustión del combustible para el suministro de calor, por lo que si se suma la cantidad de CO<2>reducido por la fusión de hidrógeno en el alto horno y la cantidad de CO<2>emitido en el momento de la fabricación del gas reductor suministrado al alto horno, a la inversa, la cantidad de emisión de CO<2>aumenta y la fusión de hidrógeno realizada para reducir el CO<2>no funciona. Tales problemas en la fundición de hidrógeno convencionalmente no se reconocieron y no se tomaron contramedidas.

Además, como tercer problema de la técnica anterior, existe el problema de los constituyentes del gas reductor. Con respecto al suministro del gas reductor a la parte del pozo de un alto horno, en la técnica anterior, se creía que era suficiente simplemente contener hidrógeno en una alta concentración, pero como resultado de las investigaciones de los inventores, se descubrió que para suministrar realmente gas a un pozo de un alto horno para continuar sin problemas la fusión de hidrógeno dentro del alto horno y reducir el CO<2>emitido por el alto horno, existen severas restricciones sobre los constituyentes del gas reductor. En muchas técnicas anteriores, se ha propuesto suministrar un gas reductor con contenido de una gran cantidad de un tipo de gas inadecuado explicado más adelante a la parte del pozo de un alto horno. Con dicho procedimiento, la operación se vuelve imposible durante un corto período de tiempo o el CO<2>emitido en el alto horno no se puede reducir.

La presente invención, en consideración de la situación anterior, tiene como objeto proporcionar un nuevo procedimiento para suministrar un gas reductor a una parte del pozo de un alto horno con el que es posible suministrar una gran cantidad de gas reductor con contenido de una alta concentración de hidrógeno a una posición más profunda dentro del alto horno (ubicación del alto horno más cerca del pozo central en dirección radial) y con el que es posible reducir la cantidad total de emisión de CO<2>de la cantidad de CO<2>reducido por la fusión de hidrógeno en el alto horno y la cantidad de CO<2>emitido en el momento de la fabricación del gas reductor y suministrado al alto horno.

[SOLUCIÓN AL PROBLEMA]

La esencia del procedimiento para suministrar gas reductor a una parte del pozo de un alto horno según la presente invención es como se expone en las reivindicaciones adjuntas.

A continuación, se explicarán las características de la presente invención.

Característica 1 de la invención

Como se describe en NPTL 1, en la técnica anterior, incluso si se suministra COG reformado u otro gas reductor con contenido de hidrógeno en una alta concentración a la parte del pozo de un alto horno, el gas reductor suministrado termina funcionando solo cerca de las paredes interiores del alto horno. Por esta razón, el gas reductor suministrado solo puede reducir el mineral de hierro cerca de las paredes interiores del alto horno. En este estado, incluso si se aumenta la cantidad de suministro del gas reductor (caudal de suministro de gas hidrógeno), debido al efecto del aumento de la absorción de calor en el momento de reducir el mineral de hierro, no es posible mantener la temperatura requerida para la reacción de reducción dentro del alto horno y existe el problema de que el aumento del gas hidrógeno suministrado termina siendo expulsado desde la parte superior de la superficie de la voladura sin ser utilizado para la fusión de hidrógeno. Es decir, el límite superior del caudal de suministro de gas hidrógeno permitido en la técnica anterior era bajo.

Por lo tanto, la presente invención oxida parcialmente el COG con una alta concentración de gas hidrógeno, mezcla el gas parcialmente oxidado a alta temperatura con gas de alto horno u otro gas con contenido de CO que no contiene casi nada de gas hidrógeno y no tiene una temperatura alta (por ejemplo, 300 °C o menos) para reducir adecuadamente la concentración de gas hidrógeno, luego aumenta la relación del caudal de gas suministrado a la parte del pozo al caudal de gas suministrado desde la tobera (relación del caudal en el soplado de gas reductor/caudal en el soplado de un gas a la tobera) o reduce así la cantidad de absorción de calor debido a la reducción de mineral de hierro cerca de las paredes interiores del alto horno y hace que la capacidad térmica del gas reductor suministrado aumente para permitir que el hidrógeno alcance una parte más profunda del alto horno cerca de la parte central. En particular, los inventores descubrieron que al hacer que la relación de la velocidad de flujo en el soplado en el gas reductor/velocidad de flujo en el soplado: un gas a la tobera>0,42 y establecer la concentración de gas de hidrógeno en el gas reductor de 15 a 35% en volumen (húmedo), es posible aumentar la velocidad de flujo del gas de hidrógeno contenido en el gas reductor suministrado a la parte del pozo de un alto horno en comparación con la técnica anterior. Como resultado, en la presente invención, al aumentar la relación de fundición de hidrógeno en la reducción de mineral de hierro en el alto horno, es posible reducir el CO<2>expulsado del alto horno.

Característica 2 de la presente invención

Los inventores aprendieron, como resultado de sus investigaciones, que existen las siguientes restricciones en los constituyentes buscados a partir del gas reductor suministrado a la parte del pozo de un alto horno para uso de fundición de hidrógeno.

Una primera restricción es que el metano y otros hidrocarburos tienen que ser del 2,5% en volumen o menos. Esto se debe a que, a la temperatura en la parte del pozo de un alto horno, parte de dichos hidrocarburos se descompondrán por el calor y producirán carbono sólido (coque). Si la concentración del suministro de hidrocarburos es excesiva, el coque se depositará en los espacios entre el material cargado en el alto horno y obstruirá los canales, lo que dará lugar al problema de la difícil continuación de la operación del alto horno.

Una segunda restricción es que casi no se debe contener CO<2>. Esto se debe a que la mayor parte del CO<2>suministrado a la parte del pozo de un alto horno se expulsa desde la parte superior del alto horno sin ser utilizado para una reacción dentro del alto horno, por lo que la cantidad de CO<2>expulsada del alto horno aumenta directamente.

Una tercera restricción es que es necesario que la concentración de vapor sea lo suficientemente pequeña (por ejemplo, 10% en volumen o menos). Esto se debe a que, en la parte del pozo de un alto horno, el vapor es una sustancia que puede oxidar el CO dentro del alto horno y emitir CO<2>y la mayoría no se utiliza para ninguna reacción dentro del alto horno, por lo que, si se suministra en una concentración excesivamente alta, la concentración de la sustancia reductora en el gas reductor (H<2>o CO) disminuye y la velocidad de la reacción de reducción del mineral de hierro en el alto horno disminuye.

Del mismo modo, desde el punto de vista de no causar una caída en la concentración de la sustancia reductora en el gas reductor, también se debe evitar que la concentración de gas nitrógeno u otras sustancias no reaccionen mucho en la parte del pozo de un alto horno se vuelva excesivamente alta (por ejemplo, 20% o más).

En la técnica anterior, por ejemplo, se ha propuesto suministrar directamente COG a la parte del pozo de un alto horno, pero el COG generalmente contiene aproximadamente 30% de gas metano, por lo que, debido a la primera restricción anterior, dicho gas no es un constituyente adecuado como gas reductor para ser suministrado a la parte del pozo de un alto horno.

Además, si se usa gas obtenido mediante el reformado con vapor de gas natural o COG como gas reductor, la adición de una gran cantidad de vapor sería inevitable (o en un horno de coque habitual, el COG crudo contiene inherentemente una gran cantidad de 10% o más de vapor), por lo que el gas reformado contendría, por ejemplo, una gran cantidad de 20% o más de CO<2>y 50% o más de vapor. Dicho gas no es adecuado en vista de la segunda y tercera restricciones anteriores.

Además, en la técnica anterior de añadir oxígeno a una materia prima de nafta o gas natural u otros hidrocarburos a temperatura ordinaria o precalentada a una temperatura relativamente baja (por ejemplo, 300 °C) y suministrar también el gas parcialmente oxidado a la parte del pozo de un alto horno, la práctica general es añadir simultáneamente vapor para promover el reformado de los hidrocarburos, por lo que esto no es adecuado debido a la tercera restricción anterior. Incluso si no se utiliza vapor, es necesario añadir una gran cantidad de gas oxígeno (por ejemplo, O<2>/C=0,7) para elevar la temperatura del gas materia prima a una temperatura suficiente para la oxidación. En este sentido, en tal reacción de oxidación parcial de hidrocarburos, no incluyendo hidrocarburos sino incluyendo solo CO como un óxido es la condición de operación ideal desde el punto de vista de las condiciones restrictivas anteriores en los constituyentes. La condición específica es O<2>/C=0,5. En la técnica anterior, la reacción de oxidación parcial se convierte en una bajo la condición de exceso de oxígeno (es decir, O<2>/C>0.5), por lo que, en el momento de la oxidación parcial, se generan varios % a 10% o más de CO<2>, por lo que esto no es adecuado a partir de la segunda o tercera restricción anterior. En la técnica anterior, para reducir el CO<2>emitido en la oxidación parcial, se pretende establecer la temperatura de reacción más alta y operar en una región de temperatura donde no se puede emitir CO<2>en un estado de equilibrio. Sin embargo, para ello, en el pasado, se empleó el procedimiento de aumentar la cantidad de suministro de O<2>para aumentar la cantidad de aumento de temperatura, por lo que la cantidad de suministro de O<2>se volvió aún más excesiva. Como resultado, el exceso de oxígeno no formó CO<2>, sino que formó H<2>O, lo que dio como resultado la emisión de una gran cantidad de H<2>O, por lo que O<2>no es un constituyente adecuado de la tercera restricción anterior.

En la presente invención, el COG se oxida parcialmente para reducir los hidrocarburos en el COG. En ese momento, para suprimir la emisión de CO<2>y H<2>O<,>O<2>/C se reduce más que en la técnica anterior. En particular, al realizar la oxidación parcial en condiciones de oxígeno inferior a la relación O<2>/C ideal anterior (0,5), es posible evitar la emisión de CO<2>. En tales condiciones de oxidación parcial, la cantidad de O<2>añadido es relativamente pequeña, por lo que la cantidad de aumento de temperatura debido al calor de la reacción de oxidación parcial es menor que la técnica anterior, la temperatura que se puede alcanzar después de la oxidación parcial se vuelve menor que la técnica anterior, y los hidrocarburos en el COG no se pueden descomponer por completo. Sin embargo, en la presente invención, los inventores descubrieron que las restricciones primera a tercera anteriores pueden satisfacerse mediante el funcionamiento en condiciones que combinan las condiciones de hacer que el O<2>/C tenga una relación de 0,4 a menos de 0,5, haciendo que la temperatura de precalentamiento del COG sea mucho más alta que la técnica anterior de 800 a 1000 °C, no añadiendo vapor en el momento de la oxidación parcial, mezclando el gas a alta temperatura obtenido mediante la oxidación parcial de COG con gas con contenido de CO que no es de alta temperatura, y más preferentemente usando COG reformado obtenido mediante la descomposición y el reformado mediante un horno de carbonización del COG bruto de alta temperatura agotado como COG de un horno de coque provisto de medios para reducir la humedad.

A la temperatura de reacción de oxidación parcial o más, al hacer que la relación O<2>/C en la oxidación parcial sea de 0,4 a menos de 0,5, es posible descomponer aproximadamente el 80% o más de los hidrocarburos contenidos inicialmente en el COG. Además, mediante el uso del COG reformado anterior, la concentración de hidrocarburos en el COG inicial se diluye mediante el gas H<2>o CO emitido por la operación de descomposición y reformado y es posible reducir en gran medida la concentración de hidrocarburos en el gas de materia prima de la oxidación parcial. Además, al no añadir vapor en el momento de la oxidación parcial, es posible evitar la inclusión de exceso de H<2>O en el gas reductor. Al mezclar el gas de alta temperatura obtenido por oxidación parcial del COG así obtenido con el gas con contenido de CO de temperatura no alta, es posible reducir en gran medida la concentración de hidrocarburos que quedan en el gas parcialmente oxidado. Con respecto al punto de cantidad insuficiente de aumento de temperatura debido al calor de la reacción de oxidación parcial, el grado mínimo de precalentamiento se realiza para obtener la temperatura límite inferior en condiciones dónde la temperatura de la reacción de reformado se puede mantener durante la reacción de reformado con vapor (reacción endotérmica) donde la temperatura máxima en el momento de la oxidación parcial puede continuar después de la oxidación parcial. Los inventores descubrieron, como resultado de sus investigaciones, que el precalentamiento a 800 a 1000 °C en la condición de O<2>/C anterior es adecuado.

Según la presente invención, al minimizar el CO<2>y el H<2>O utilizados como gases reductores suministrados a la parte del pozo de un alto horno al hacer que la relación O<2>/C sea una región donde el oxígeno es estequiométricamente insuficiente (es decir, O<2>/C<0,5) o al realizar la reacción de reformado después de la oxidación parcial en la región de temperatura de reacción de no equilibrio (es decir, por una temperatura promedio durante la reacción de reformado más baja que en el pasado), primero se hizo posible fabricar los constituyentes requeridos mediante un solo proceso. En contraposición a esto, en la técnica anterior, la orientación es hacia la descomposición completa de los hidrocarburos por oxidación parcial. Hubiera sido difícil para un experto en la materia haber concebido un procedimiento para fabricar un gas reductor como en la presente invención.

Además, el H<2>O y el CO<2>en principio se pueden eliminar después de la oxidación parcial, pero son necesarias etapas adicionales que consuman inevitablemente grandes cantidades de energía (es decir, que emitan grandes cantidades de CO<2>). Esto no es preferible desde el punto de vista de la disminución de las emisiones de CO<2>.

Característica 3 de la presente invención

En la presente invención, el gas reductor de condiciones de constituyentes, temperatura y presión adecuadas como el gas reductor anterior para el suministro a la parte del pozo de un alto horno se puede producir en condiciones que permitan reducir la cantidad total de CO<2>de la cantidad de CO<2>reducido por fundición de hidrógeno en el alto horno y la cantidad de CO<2>emitido en el momento de la fabricación del gas reductor.

En la técnica anterior, no se consideró la cantidad total de CO<2>de la cantidad de CO<2>reducido por fundición de hidrógeno en el alto horno y la cantidad de CO<2>emitido en el momento de la fabricación del gas reductor. No se conocía en absoluto qué tipo de proceso utilizar para permitir que se reduzca la cantidad total de CO<2>emitido anterior. Por esta razón, la técnica de la fusión de hidrógeno en altos hornos convencionales que suministran gas reductor a la parte del pozo de un alto horno no fue capaz de reducir la cantidad total de CO<2>emitida en absoluto.

Como el procedimiento de evaluación de la cantidad total anterior de CO<2>emitido, se puede utilizar CO<2>. CO<2>es la relación entre el caudal volumétrico de CO<2>y el caudal volumétrico de H<2>. En la fundición de hidrógeno de un alto horno, el caudal volumétrico de CO<2>es la cantidad de CO<2>emitido reducido por la fundición de hidrógeno (signo negativo), mientras que el caudal volumétrico de H<2>es el caudal de H<2>en el gas reductor suministrado (signo positivo). En la fabricación del gas reductor, el caudal volumétrico de CO<2>es el total del caudal de hidrógeno restante en el gas reductor y el caudal de CO<2>emitido como constituyente del gas de combustión en el caso de convertir la energía térmica requerida en el momento de la fabricación del gas reductor en el calor de combustión del gas natural (el gas natural se considera el más bajo en cantidad de CO<2>emitido por cantidad de calor emitido en los combustibles de hidrocarburos industriales) (signo positivo), mientras que el caudal volumétrico de H<2>es el caudal de H<2>en el gas reductor suministrado (signo positivo). A partir de los resultados de las pruebas en la fundición de hidrógeno, se sabe que el ACO<2>en un alto horno es de aproximadamente -0,16. Además, a menos que se indique lo contrario, el "caudal volumétrico" en esta descripción es la velocidad convertida al estado estándar del gas.

En la presente invención, el H<2>O de la fuente de emisión de CO<2>se elimina tanto como sea posible en el momento de reformar el COG, por lo que al usar el COG crudo emitido usando un horno de coque provisto de medios para reducir la humedad y descomponer principalmente el alquitrán en este COG crudo en un horno de carbonización sin agregar vapor, es posible fabricar COG reformado con pequeñas concentraciones de CO<2>y H<2>O. Junto con esto, dado que el<c>O<g>crudo se descompone por el calor mientras tiene una temperatura alta, el calor para elevar la temperatura de la materia prima gaseosa es innecesario y no se necesita una gran cantidad de calor de reacción, como en una reacción de reformado con vapor, por lo que la cantidad de CO<2>emitida en el momento de la fabricación del COG reformado es una pequeña cantidad de menos de una fracción del reformado con vapor u otros procedimientos anteriores. Además, con respecto al gas oxígeno de las otras fuentes de emisión de CO<2>, al hacer que el caudal de suministro en el momento de la oxidación parcial sea el más pequeño, es posible minimizar la concentración de CO<2>en el gas después de la oxidación parcial, por lo que la energía requerida en el momento de la fabricación del O<2>suministrado también es pequeña y el gas reductor fabricado puede suministrarse al alto horno en el estado de alta temperatura, por lo que la energía para el recalentamiento tampoco es necesaria. Por lo tanto, incluso si se considera el aumento de CO<2>emitido debido al precalentamiento de la materia prima gaseosa hasta una temperatura algo alta en el momento de la oxidación parcial, la cantidad de CO<2>emitida debido a la fabricación del gas reductor utilizando este COG reformado como materia prima es mucho más pequeña que un procedimiento convencional. Por ejemplo, el ACO<2>típico en la presente invención es 0,1 o menos. Por lo tanto, es posible reducir la cantidad de CO<2>emitido en total con la cantidad de CO<2>reducido por fusión de hidrógeno en el alto horno.

Por otro lado, por ejemplo, si se usa gas natural o vapor de COG reformado como gas reductor, no solo los constituyentes no son inherentemente adecuados, sino que también la cantidad de CO<2>emitido se vuelve excesiva, por lo que el resultado no se puede usar como gas reductor. En un ejemplo típico calculado por los inventores, el ACO<2>fue un 0,7 extremadamente grande aproximadamente y el CO<2>emitido en el momento de la fabricación del gas reductor excedió el valor absoluto del efecto de la reducción del CO<2>debido a la fusión de hidrógeno en el alto horno (ACO<2>=0,16), por lo que incluso si se usa dicho gas reductor, no es posible reducir la cantidad total de CO<2>emitido.

[EFECTOS VENTAJOSOS DE LA INVENCIÓN]

Según la presente invención, es posible suministrar gas de hidrógeno para uso de reducción a una posición más profunda dentro de un alto horno (ubicación del alto horno más cerca del pozo central en dirección radial) y, por lo tanto, es posible resolver el problema de la distribución desigual de la tasa de reducción del mineral de hierro en un alto horno que utiliza gas de hidrógeno, por lo que es posible suministrar una mayor cantidad de gas de hidrógeno al alto horno como materia prima para el uso de fundición de hidrógeno y, como resultado, es posible reducir el CO<2>emitido en el alto horno. Además, es posible fabricar el gas reductor mediante los constituyentes, la temperatura y la presión adecuados como gas reductor para el uso en la fusión de hidrógeno suministrado a la parte del pozo de un alto horno. Además, es posible reducir el CO<2>emitido en la fabricación de gas reductor con contenido de gas hidrógeno. Como resultado, es posible reducir la cantidad total de CO<2>de la cantidad de CO<2>emitido para ser reducido en el alto horno y la cantidad de CO<2>emitido al fabricar el gas reductor.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La FIG. 1 es un gráfico para explicar la relación entre una relación de un caudal de gas de soplado a la parte del pozo de un alto horno y un límite superior de una concentración de H<2>que fluye hacia la parte del pozo de un alto horno.

La FIG. 2 es un gráfico para explicar un intervalo de la relación de un caudal de gas de soplado a la parte del pozo de un alto horno adecuado para el funcionamiento del alto horno.

La FIG. 3 es una vista para explicar las condiciones restrictivas de la concentración de H<2>que fluye hacia la parte del pozo de un alto horno.

La FIG. 4 es una vista esquemática que explica una primera realización de fabricación de gas reductor usada en la presente invención.

La FIG. 5 es una vista esquemática que explica una segunda realización de fabricación de gas reductor utilizado en la presente invención.

La FIG. 6 es una vista esquemática que explica una tercera realización de fabricación de gas reductor utilizada en la presente invención.

DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIONES

En la presente invención, el gas reductor ajustado a una concentración de hidrógeno del 15 a 35% en volumen (húmedo) se suministra a la parte del pozo de un alto horno bajo la condición de una relación de un caudal en el soplado de gas reductor a la parte del pozo/caudal en el soplado de un gas a la tobera >0,42. Como el gas reductor suministrado a la parte del pozo, es preferible usar el gas obtenido mediante el tratamiento térmico del gas del horno de coque para reformarlo y fabricar gas de baja concentración de CO y alta concentración de H<2>y diluirlo para ajustar la concentración de hidrógeno.

En este documento, se explicará brevemente el proceso realizado por los inventores para perfeccionar la presente invención.

El gas reductor con contenido de hidrógeno ajustado a una temperatura adecuada como gas reductor que se suministrará a la parte del pozo de un alto horno (en la siguiente explicación, a veces denominado simplemente "gas reductor") se suministra a la parte del pozo de un alto horno (parte configurada proporcionando una pluralidad de orificios pasantes alrededor del pozo del alto horno y suministrando gas reductor allí). Para la estructura y los materiales de la parte del pozo de un alto horno, se pueden aplicar los de la técnica anterior.

1) Componentes del gas reductor y procedimiento de cálculo de la temperatura

Reacción de reformado

La reacción de reformado donde se basa la obtención del gas reductor utilizado en la presente invención es la siguiente si se toma el ejemplo del metano como los hidrocarburos de la materia prima: Reacción de reformado con vapor: CH4 (hidrocarburo)+ H<2>O — > 3 H<2>+CO (fórmula 1)

Reacción de reformado por descomposición térmica: CH4 (hidrocarburo) — > C (carbono sólido)+2 H<2>(fórmula 2)

Reacción de reformado de oxidación parcial: CH4 (hidrocarburo)+0,5 O<2>— > 2 H<2>+CO (fórmula 3)

Además, si se usa gas de horno de coque como materia prima, la reacción de oxidación parcial de la fórmula 3 generalmente se realiza una reacción general donde la reacción de la fórmula 1 continúa después de la siguiente reacción:

Combustión del gas hidrógeno: H<2>+0,5 O<2>-» H<2>O (fórmula 4)

Además de esto, como reacción principal donde se incrementa y disminuye el gas hidrógeno, se tiene lo siguiente:

Reacción de desplazamiento acuoso: CO+H<2>O -> H<2>+CO<2>(fórmula 5)

El carbono sólido generado en la reacción de reformado por descomposición térmica es principalmente coque. Esto contiene algo de hidrógeno además del carbono, por lo que el lado derecho de la reacción de reformado por descomposición térmica estrictamente hablando es "C<n>H<m>(carbono sólido)", pero en general, n>m, por lo que, para simplificar la explicación, se utiliza la expresión de la fórmula 2.

Composición del gas reformado en el momento de la reacción de reformado de oxidación parcial

El gas se puede muestrear en un lado de salida del aparato de oxidación parcial y su composición se encuentra usando cromatografía de gases, etc. En este caso, la velocidad de descomposición de hidrocarburos (por ejemplo, metano) se define como la relación entre el caudal volumétrico de los hidrocarburos contenidos en el gas después de la oxidación parcial (convertidos al estado estándar) y el caudal volumétrico de los hidrocarburos contenidos en la materia prima gaseosa (convertidos al estado estándar). Por ejemplo, "tasa de descomposición de metano del 70%" significa que el 30% del metano presente en la materia prima gaseosa permanece en el gas reformado.

Se sabe que los constituyentes del gas obtenido mediante una reacción de reformado de oxidación parcial o una reacción de reformado de vapor (sin catalizador) de hidrocarburos en condiciones que exceden en gran medida los 1000 °C están cerca de la composición de equilibrio de la temperatura final de la reacción (sustancialmente la temperatura del lado de salida del reactor) si se proporciona un tiempo de residencia suficiente del gas en el reactor.

Por lo tanto, mediante el cálculo de los constituyentes de equilibrio, es posible evaluar el rendimiento de reformado de la reacción de oxidación parcial y la reacción de reformado con vapor (sin catalizador) en condiciones que exceden en gran medida 1000 °C. Además, se proporciona un termopar u otro termómetro dentro del aparato de oxidación parcial para medir la temperatura máxima.

2) Procedimiento de evaluación del efecto del soplado de gas reductor en el pozo del alto horno Se realizó una prueba soplando gas hidrógeno en el pozo del alto horno de un alto horno de prueba. Para reproducir los resultados, se realizó una simulación numérica del flujo de gas dentro del alto horno. Esta simulación se usó para calcular y evaluar el flujo de gas dentro del alto horno en varias condiciones de soplado.

Procedimiento de simulación

La simulación numérica se realizó simulando las dimensiones y la forma de un alto horno de prueba. Esta es una técnica de solución directa mediante el establecimiento de ecuaciones discretas de movimiento y ecuación de energía de un fluido. Con esta técnica, es posible establecer individualmente las condiciones para el suministro de gas a la tobera de alto horno y las condiciones para el suministro de gas a la parte del pozo de un alto horno. En el alto horno de prueba, como se describe en PTL 2, se confirmó el fenómeno del gas soplado en la parte del pozo que se eleva solo cerca de las paredes del horno. Para reproducir este flujo, se ajustaron varios parámetros para asegurar la precisión de la simulación numérica.

El caudal de gas hidrógeno para el suministro a la parte del pozo/caudal de gas para el suministro a la tobera se simuló en diversas condiciones y se encontró la profundidad en el alto horno alcanzada por el gas hidrógeno suministrado a la parte del pozo y la distribución de la concentración del gas hidrógeno suministrado a la parte del pozo en un alto horno.

3) Comportamiento del gas reductor dentro del alto horno

El límite superior del caudal de gas con contenido de H<2>(COG reformado, etc.) soplado en la parte del pozo en el alto horno de prueba se define por la cantidad de caída de temperatura local que acompaña a la reducción (reacción endotérmica) en un determinado lugar dentro del alto horno (cerca de las paredes del horno) debido a la reducción de H<2>. Si se sopla gas por encima del límite superior del caudal de entrada (caudal de gas soplado en el pozo), la concentración de H<2>en un determinado lugar se volverá excesiva y ya no se podrá mantener una reducción de la temperatura que permita allí, por lo que la reducción de H<2>se detendrá y el efecto de la reducción de la entrada de carbono (efecto de la reducción de la cantidad de entrada de carbono cuando se produce 1 tonelada de arrabio, que es un factor importante en las medidas contra el calentamiento global) ya no se mejorará. Además, en este momento, la mayoría del H<2>suministrado a la parte del pozo se descarga de forma innecesaria desde la parte superior del alto horno sin participar en ninguna reacción. En las pruebas en el alto horno de prueba, en las pruebas donde se pudo observar suficientemente el efecto de reducción de la entrada de carbono debido al efecto de la reducción de hidrógeno dentro del alto horno, es concebible que la concentración de H<2>en una determinada ubicación no fuera excesiva, por lo que la concentración de H<2>en una determinada ubicación en condiciones que dan como resultado el caudal máximo de gas soplado en el pozo de un alto horno entre dichas condiciones de prueba se puede definir como el límite superior de la concentración de H<2>en la parte del pozo en una determinada ubicación. La medición dentro del alto horno es difícil, por lo que el límite superior de concentración de H<2>no se puede medir directamente, por lo que la concentración promedio de H<2>en una región predeterminada cerca de las paredes del horno de una región donde pasa el gas H<2>en el gas reductor suministrado desde la parte del pozo cuando se suministra gas reductor para el suministro a la parte del pozo a la parte del pozo de un alto horno se calcula a partir de los resultados de una simulación numérica del flujo dentro del alto horno que reproduce la prueba bajo la condición máxima del caudal de entrada. El valor de esta concentración media de H<2>se puede hacer el límite superior de la concentración de H<2>en la parte del pozo. Como la región predeterminada para obtener un promedio de la concentración de H<2>cerca de las paredes del horno, por ejemplo, es posible el exterior en un 95% del diámetro interior del alto horno. Como resultado de ejecutar la simulación anterior basada en los resultados de la prueba en el alto horno de prueba, se descubrió que el límite superior de la concentración de H<2>en la parte del pozo es del 35%. La concentración de H<2>en el gas entrante (concentración de H<2>entrante) puede cambiar de varias maneras debido a las diferencias en el gas materia prima, etc., pero como indicador n para mantener una buena reacción de reducción de H<2>en un alto horno, como se explicó anteriormente, se aprendió que es suficiente establecer las condiciones de funcionamiento para que la concentración límite superior de H<2>en la parte del pozo sea del 35% o menos. Es decir, si el límite superior de la concentración de H<2>en la parte del pozo o menos dentro del alto horno, se puede juzgar que la reacción endotérmica en el momento de la reducción de hidrógeno no es excesiva y que la reducción de hidrógeno está avanzando bien en esa ubicación.

La concentración de gas reductor dentro del alto horno al aumentar el caudal de gas hidrógeno (gas reductor) para el suministro a la parte del pozo del alto horno se puede encontrar mediante una simulación numérica similar. Si se utiliza el valor calculado de la concentración de gas reductor en esta región cerca de las paredes del horno para establecer la concentración de H<2>en el gas reductor de modo que la concentración promedio de H<2>en la región anterior cerca de las paredes del horno (en el momento correspondiente al caudal de gas reductor suministrado en el alto horno de prueba) se convierte en no más que el límite superior de la concentración de H<2>en la parte del pozo, la reducción de hidrógeno en el alto horno se hace posible (esto se debe a que en la parte más profunda del alto horno, la concentración de H<2>cae desde la región cerca de las paredes del horno, por lo que el efecto de la reacción endotérmica en el momento de la reducción de hidrógeno se vuelve más pequeño). En este momento, el límite superior del caudal de suministro de H<2>en el gas reductor a la parte del pozo del alto horno se puede encontrar

[Límite superior de la concentración de H<2>en el gas reductor (valor límite superior de la concentración de H<2>entrante)]<X>[F1 baja tasa de suministro de gas reductor (gas entrante)].

Incluso si la concentración permitida de H<2>en la parte del pozo es constante, el límite superior de la concentración de H<2>entrante cambiará dependiendo del caudal del gas reductor. La relación del valor límite superior de la concentración de H<2>entrante (valor límite superior de la concentración de H<2>en el gas reductor) con la relación de los caudales de las operaciones de soplado (= [caudal de gas que fluye en (soplado en el pozo)]/[caudal de gas soplado en la tobera]) se explicará utilizando la FIG. 1. En la figura, el punto negro es el punto de prueba, en la prueba de suministro de COG reformado independientemente a la parte del pozo en el alto horno de prueba, que muestra la concentración de H<2>entrante del límite superior posible bajo la condición del caudal máximo de gas de soplado al pozo (en la figura, el "LÍMITE SUPERIOR DE LA RELACIÓN DE VELOCIDADES DE FLUJO DE LAS OPERACIONES DE SOPLADO CON COG REFORMADO SOLO"). En la figura, la curva del valor límite superior de la concentración de H<2>entrante pasa por este punto de prueba. El gas de hidrógeno suministrado (gas reductor) soplado en el alto horno desde la parte del pozo se mezcla rápidamente con el flujo ascendente derivado del gas soplado desde la tobera en la región cerca de las paredes del alto horno, lo que resulta en una disminución de la concentración de H<2>en comparación con la del gas entrante. En general, si aumenta el caudal de gas reductor con contenido de H<2>soplado desde la parte del pozo (caudal de gas entrante), este efecto de mezcla se reduce y aumenta la concentración de H<2>cerca de las superficies de las paredes. Por esta razón, para obtener la concentración permitida de H<2>en la parte del pozo o menos, es necesario disminuir aún más la concentración de H<2>en el gas entrante. El valor límite superior de la concentración de H<2>entrante cae. Por esta razón, si se suministra a la parte del pozo gas solo parcialmente oxidado o reformado de otro modo de COG reformado o COG refinado, donde el valor de la concentración de H<2>es sustancialmente fijo, no es posible hacer que la velocidad de flujo del gas entrante aumente hasta al menos la condición en el alto horno de prueba. Para hacer que el caudal de gas entrante aumente más que esto, es necesario diluir el gas reformado para reducir la concentración de H<2>en el gas entrante. En la FIG. 1, el límite superior de la concentración de H<2>entrante cae junto con el aumento en el caudal de gas soplado en la parte del pozo (aumento en la relación de los caudales de las operaciones de soplado) y se acerca gradualmente al valor límite superior de la concentración de H<2>en la parte del pozo (35%). Este valor aproximado gradualmente (35%) del valor límite superior de la concentración de H<2>entrante se denominará "valor límite superior crítico de la concentración de H<2>entrante". Si la relación de los caudales de las operaciones de soplado es particularmente grande, el gas reductor cerca de las paredes del horno del alto horno no se diluirá mucho en absoluto por el gas soplado en la tobera, por lo que el límite superior de la concentración de H<2>en la parte del pozo se convertirá en el límite superior de la concentración de H<2>entrante tal como está (valor límite superior crítico de la concentración de H<2>entrante). Además, si hay circunstancias especiales como la conveniencia en el trabajo, la concentración de H<2>en el gas entrante puede hacerse una concentración inferior al límite superior.

Como se muestra en la FIG. 2, se hace que la relación de los caudales de las operaciones de soplado aumente para hacer que el área de paso de la sección transversal en el alto horno del gas entrante suministrado desde el pozo aumente más. Es decir, es posible hacer que el gas reductor alcance una ubicación más profunda dentro del alto horno (más cerca del pozo central del alto horno). Sin embargo, existen restricciones en las operaciones de alto horno sobre la relación de los caudales de las operaciones de soplado. Si se sopla gas reductor desde la parte del pozo, desde el punto de vista de la uniformidad de la reacción de reducción de hidrógeno dentro del alto horno, el área de sección transversal de paso del gas reductor (plano horizontal) es preferentemente al menos el 50% del área de sección transversal del alto horno (plano horizontal) (véase la FIG. 2, "LÍMITE INFERIOR DE LA RELACIÓN DE LOS CAUDALES DE LAS OPERACIONES DE SOPLADO PREFERIBLES EN LAS OPERACIONES DE ALTO HORNO"). De hecho, incluso con una relación de caudales de las operaciones de soplado por debajo de esto, como en un alto horno de prueba, el funcionamiento del alto horno no es imposible, pero si la región de reducción de hidrógeno permanece en una cierta ubicación cerca de las paredes del horno, la diferencia en la distribución de temperatura en el horno aumentará. Esto no es preferible desde el punto de vista de la estabilidad de las operaciones. El área de paso de la sección transversal del gas entrante se encuentra a partir de los resultados de la simulación numérica mencionada anteriormente y se definió como la región de concentración de gas entrante del 10% o más en el extremo superior del material cargado en el alto horno. Por otro lado, desde el punto de vista de la estabilidad de la operación, la relación del caudal de gas entrante desde la parte del pozo y el caudal de gas soplado en la tobera (relación de los caudales de las operaciones de soplado) tiene que ser 1 o menos (ver "LÍMITE SUPERIOR DE LA RELACIÓN DE LOS CAUDALES DE LAS OPERACIONES DE SOPLADO DEBIDO A LAS RESTRICCIONES EN EL FUNCIONAMIENTO DEL ALTO HORNO" en la FIG. 2). Esto se debe a que, si una relación de caudales de las operaciones de soplado es mayor que esta, la cantidad de calor suministrada debido al gas suministrado desde la tobera se vuelve insuficiente y la operación del alto horno se vuelve inestable. Por lo tanto, la región en la FIG. 2 entre el "LÍMITE INFERIOR DE LA RELACIÓN DE LOS CAUDALES DE LAS OPERACIONES DE SOPLADO PREFERIBLES EN LAS OPERACIONES DE ALTO HORNO" y el "LÍMITE SUPERIOR DE LA RELACIÓN DE LOS CAUDALES DE LAS OPERACIONES DE SOPLADO DEBIDO A LAS RESTRICCIONES EN EL FUNCIONAMIENTO DEL ALTO HORNO" es el intervalo de la relación de los caudales de las operaciones de soplado adecuadas en la operación del alto horno. Además, el "LÍMITE SUPERIOR DE LA RELACIÓN DE CAUDALES DE LAS OPERACIONES DE SOPLADO CON COG REFORMADO SOLO" en la FIG. 2 muestra el límite superior del caudal de gas entrante en la técnica anterior (resultados de la prueba de soplado de COG reformado en la parte del pozo del alto horno de prueba, correspondiente al punto de prueba en la FIG. 1) y no es necesariamente una condición adecuada en el funcionamiento del alto horno.

Además, en términos del objeto de la presente invención, es ventajoso aumentar el caudal de H<2>suministrado a la parte del pozo de un alto horno. Desde este punto de vista, existe una condición restrictiva adicional sobre la concentración de H<2>entrante. Esta condición restrictiva se explicará usando la FIG. 3. Junto con el aumento de la relación de las velocidades de flujo de las operaciones de soplado (relación de la velocidad de flujo del gas que fluye desde la parte del pozo y la velocidad de flujo del gas soplado desde la tobera), aumenta la velocidad de flujo de H<2>que se puede suministrar desde la parte del pozo al interior del alto horno junto con el gas entrante (valor del límite superior de la velocidad de flujo de entrada de H<2>) (véase la curva de "TIEMPO DEL LÍMITE SUPERIOR DE LA CONCENTRACIÓN de H<2>ENTRANTE" en la FIG. 3). Sin embargo, al aumentar el caudal de gas entrante desde las condiciones de gas entrante del gas reformado con contenido de una alta concentración de H<2>(COG reformado o gas reformado por oxidación parcial de COG, etc.) solo, como se muestra en la FIG. 1, cerca del "LÍMITE SUPERIOR DE LA RELACIÓN DE CAUDALES DE LAS OPERACIONES DE SOPLADO CON COG REFORMADO SOLO", el límite superior permitido de la concentración del H<2>entrante cae rápidamente cancelando la mayor parte del efecto del aumento del límite superior del caudal del H<2>entrante debido al aumento del caudal del gas entrante, por lo que cerca del "LÍMITE SUPERIOR DE LA RELACIÓN DE CAUDALES DE LAS OPERACIONES DE SOPLADO CON COG REFORMADO SOLO", incluso si aumenta la relación de los caudales de las operaciones de soplado, el aumento del límite superior del caudal del H<2>entrante se mantiene en un ligero efecto. Además, el área cerca del "LÍMITE SUPERIOR DE LA RELACIÓN DE CAUDALES DE LAS OPERACIONES DE SOPLADO CON COG REFORMADO SOLO" es menor que el "LÍMITE INFERIOR DE LA RELACIÓN DE LOS CAUDALES DE LAS OPERACIONES DE SOPLADO PREFERIBLES EN LAS OPERACIONES DE ALTO HORNO" que se muestra en la FIG. 2 y no es un intervalo adecuado de condiciones de funcionamiento. De esta manera, cerca del "LÍMITE SUPERIOR DE LA RELACIÓN DE CAUDALES DE LAS OPERACIONES DE SOPLADO CON COG REFORMADO SOLO", es posible una concentración de H<2>entrante de una alta concentración de H<2>(valor que excede con creces el límite superior crítico de concentración de H<2>entrante (35%)), pero la operación en esta región no es preferible. Por otro lado, como se explicó anteriormente, si una concentración de H<2>entrante de no más del 35% del valor límite superior crítico de concentración de H<2>entrante, esto se puede aplicar sin impedir el funcionamiento del alto horno en el "INTERVALO DE RELACIÓN DE CAUDALES DE LAS OPERACIONES DE SOPLADO ADECUADAS PARA EL FUNCIONAMIENTO DEL ALTO HORNO" anterior. Al hacer que el límite superior crítico de la concentración de H<2>entrante (35%) sea la concentración de H<2>entrante ("TIEMPO DE 35% DE CONCENTRACIÓN DE H<2>ENTRANTE" en la figura), el caudal de H<2>entrante en la mayoría de la región del "INTERVALO DE RELACIÓN DE CAUDALES DE OPERACIONES DE SOPLADO ADECUADAS EN EL FUNCIONAMIENTO DEL ALTO HORNO" en la figura coincide con el caudal de H<2>entrante en el "TIEMPO DE LÍMITE SUPERIOR DE CONCENTRACIÓN DE H<2>ENTRANTE" en la figura y se convierte en el caudal máximo de H<2>entrante. Se puede realizar un caudal de entrada de H<2>mayor que el de la técnica anterior. Por ejemplo, en el caso de una concentración de H<2>entrante del 35% y una relación de caudales de las operaciones de soplado de 1,0, es posible un caudal de H<2>entrante de 2 veces o más la técnica anterior. En una región donde la relación de caudales de las operaciones de soplado cae muy por debajo de 0,5, el caudal de entrada de H<2>a una concentración de entrada de H<2>del 35% se convierte en un valor menor que el de la técnica anterior, pero la operación bajo la condición de una relación tan pequeña de caudales de operaciones de soplado no es preferible en la operación de alto horno, por lo que básicamente esto no se puede emplear. Por lo tanto, como el límite superior de la concentración de H<2>entrante, es preferible aproximadamente el 35%.

También se puede emplear una concentración de H<2>entrante de menos del 35%, pero para aumentar el caudal de H<2>entrante, la concentración de H<2>entrante debe ser una donde el caudal de H<2>entrante pueda ser mayor que en el pasado. De la FIG. 3, cuando la concentración de H<2>entrante es del 15%, se puede realizar un caudal de H<2>entrante igual al valor límite superior del caudal de H<2>entrante en la técnica anterior en el límite superior (1,0) de la relación de caudales de las operaciones de soplado. Por esta razón, si una concentración de H<2>entrante inferior al 15%, no se puede realizar un caudal de H<2>entrante que exceda el límite superior de la técnica anterior, por lo que esto no es adecuado. Por lo tanto, como el límite inferior de la concentración de H<2>entrante, es preferible EL 15%.

Si se considera el objeto de la presente invención de obtener una velocidad de flujo de entrada de H<2>por encima del límite superior de la velocidad de flujo de entrada de H<2>en la técnica anterior además de la condición restrictiva anterior sobre la concentración de entrada de H<2>, como una condición de funcionamiento más preferible, el "INTERVALO DE FUNCIONAMIENTO ADECUADO" mostrado por el sombreado en la FIG. 3 se puede configurar. El límite superior de la concentración de H<2>entrante que satisface este "INTERVALO DE FUNCIONAMIENTO ADECUADO", como se explicó anteriormente, es el límite superior de la concentración de H<2>entrante o un valor cercano a este, es decir, el 35%.

Este "INTERVALO DE FUNCIONAMIENTO ADECUADO" corresponde al intervalo donde se puede aumentar la concentración de H<2>que se puede soplar en la parte del pozo. Se aprende que, para realizar este intervalo, la relación del caudal de soplado del pozo/caudal de soplado de la tobera debe hacerse al menos el valor en el punto de cruce de la línea del caudal de entrada de H<2>/valor límite superior del caudal de entrada de H<2>= 1,0 y la curva de una concentración de entrada de H<2>del 35% en la FIG. 3. La relación del caudal de soplado del pozo/caudal de soplado de la tobera en este punto de cruce es de aproximadamente 0,42. Es decir, la presente invención capaz de suministrar H<2>en una cantidad mayor a más profunda en el alto horno puede realizarse bajo esta condición de la relación del caudal de soplado del pozo/caudal de soplado de la tobera.

Además, el límite inferior de la concentración de H<2>entrante que satisface el "INTERVALO DE FUNCIONAMIENTO ADECUADO" se puede expresar mediante la siguiente fórmula:

[Límite inferior de concentración de H<2>entrante] = [Límite superior del caudal de H<2>entrante en la técnica anterior (soplando solo COG en el pozo)]/[Caudal de gas entrante]

Además, el aumento de la relación de caudales de las operaciones de soplado también tiene el efecto de mejorar la uniformidad espacial de la reacción de reducción de H<2>en el alto horno, como se muestra en la FIG. 2, por lo que desde el punto de vista de la tensión en dicha uniformidad de reacción, también es posible emplear condiciones de operación que den como resultado un caudal de entrada de H<2>algo más bajo que el límite superior del caudal de entrada de H<2>en la técnica anterior, siempre que esté dentro del "INTERVALO D<e>RELACIÓN DE CAUDALES DE OPERACIONES DE SOPLADO ADECUADAS EN EL FUNCIONAMIENTO DEL ALTO HORNO".

Además, en la presente invención, el gas obtenido diluyendo mediante el gas de alto horno el gas de baja concentración de CO y alta concentración de H<2>fabricado a partir del gas de horno de coque se utiliza como gas reductor, por lo que el gas entrante contiene inevitablemente vapor. El vapor en el gas reductor actúa para reducir la concentración de H<2>y actúa para permitir que el gas reductor llegue a una parte más profunda del alto horno. En este sentido, tiene un efecto similar al del gas de alto horno para uso de dilución en la presente invención, por lo que la concentración de H<2>entrante debe definirse por el % húmedo que incluye vapor.

A continuación, se explicará el gas reductor para el suministro a la parte del pozo. Como se explicó anteriormente, el gas reductor para el suministro a la parte del pozo debe tener una concentración de hidrógeno del 15 al 35% en volumen (húmedo). El gas reductor debe suministrarse a la parte del pozo a una temperatura de 800 a 1000 °C para que no se impida aún más el funcionamiento del alto horno.

Como el gas reductor satisface tal condición, no es posible utilizar directamente el gas de horno de coque o el gas de alto horno generalmente emitido en una planta de fabricación de hierro. Por lo tanto, en la presente invención, el gas de baja concentración de CO y concentración de H<2>fabricado a partir de gas de horno de coque se diluye con gas de alto horno para ajustar la concentración de hidrógeno para el uso del gas.

Por ejemplo, el gas reductor usado en la presente invención se puede preparar reformando gas de horno de coque mediante tratamiento térmico y mezclando con el gas reformado enriquecido en gas hidrógeno uno de los gases seleccionados de (i) un gas con contenido de CO, (ii) gas de combustión obtenido mediante combustión de gas inflamable y oxígeno, y (iii) oxígeno.

En primer lugar, se explicará una realización de reformar gas de horno de coque mediante tratamiento térmico y mezclar con el gas reformado enriquecido en gas de hidrógeno un gas inflamable con contenido de CO y oxígeno con referencia a la FIG. 4. En esta realización, como el reformado mediante tratamiento térmico, se utiliza oxidación parcial.

Materia prima gas de horno de coque (COG)

En la presente invención, el COG reformado obtenido por descomposición térmica del gas del horno de coque (COG) emitido en un horno de coque, es decir, el COG crudo, en un horno de carbonización para aumentar el hidrógeno y ajustar de otro modo los constituyentes se usa más preferiblemente como el COG de materia prima desde el punto de vista de reducir la emisión de CO<2>. Alternativamente, el COG refinado obtenido refinando el COG bruto emitido en un horno de coque y generalmente utilizado como combustible en una planta de fabricación de hierro se puede utilizar como el COG de materia prima. El gas de COG de materia prima puede suministrarse desde la fuente de suministro de COG 1 que se muestra en la FIG. 4. Como fuente de suministro de COG 1, se puede usar una botella de gas de COG, etc.

El COG bruto emitido en el momento de la destilación en seco del carbón en el horno de coque (no se muestra) contiene metano, etano y otros gases orgánicos alifáticos, benceno, tolueno y otros gases de petróleo ligero de hidrocarburos aromáticos, gas de alquitrán compuesto principalmente de hidrocarburos pesados aromáticos, etc. Además, la humedad depositada o contenida en el carbón utilizado se evapora dentro del horno de coque, por lo que el COG generalmente contiene vapor.

En una realización que utiliza COG refinado obtenido tratando el COG bruto en un horno de carbonización, como sustancia principal descompuesta por calor en la reacción de generación de hidrógeno en el horno de carbonización, es adecuado el alquitrán. Esto se debe a que al descomponer por calor los hidrocarburos aromáticos del ingrediente principal del alquitrán, los hidrocarburos restantes después de la liberación de hidrógeno crecen fácilmente en macromoléculas compuestas por estructuras policíclicas aromáticas bidimensionales, por lo que se obtienen fácilmente gránulos de carbono sólido de diámetros de varias pm a varios mm y por lo que el carbono sólido se mantiene fácilmente en el horno de carbonización. Al mantener el carbono sólido producido en el horno de carbonización durante un cierto período de tiempo, el hidrógeno que permaneció en el carbono sólido también se disocia gradualmente como gas hidrógeno, por lo que la descomposición térmica se promueve mucho más. Por otro lado, las sustancias orgánicas alifáticas también pueden descomponerse por calor, pero el carbono sólido generado en ese momento generalmente se convierte en una estructura de estado amorfo con estructuras cristalinas similares a diamantes dispersas aleatoriamente. El carbono sólido se genera como partículas ultrafinas con diámetros de tamaño nanométrico a submicrométrico. Por lo tanto, tiende a ser difícil mantener el carbono sólido generado en el horno de carbonización o separarlo y descargarlo todo junto del horno de carbonización. Además, en el caso de que el COG contenga inevitablemente una alta concentración de gas de sulfuro de hidrógeno, en la reacción de generación de hidrógeno usando un catalizador, la reacción del alquitrán generalmente avanza a una velocidad de reacción más rápida que la reacción de los hidrocarburos alifáticos. También en este punto, la descomposición térmica del alquitrán es ventajosa.

Elevación del COG en la presión

Según la presente invención, el alto horno 10 con la parte del pozo a la que se suministra el gas reductor generalmente funciona a una presión de varios miles de kPa a 1 MPa, por lo que para suministrar gas desde la parte del pozo 11 del alto horno al interior del alto horno 10, el COG de presión ordinario en la botella de gas 1 debe elevarse en presión hasta al menos la presión interior en la parte del pozo del alto horno. Este aumento de presión se puede realizar utilizando un compresor 2. Para el compresor 2, se puede aplicar uno disponible en el mercado. Por ejemplo, se puede usar un compresor de flujo axial de múltiples etapas o un compresor de tipo centrífugo. Por lo general, no se dispone de un compresor que funcione a la temperatura del suministro de gas en la parte del pozo del alto horno (aproximadamente 900 °C), por lo que el c Og también se puede comprimir a una temperatura normal.

Ajuste del caudal de COG

El caudal del gas hidrógeno suministrado a la parte del pozo 11 de un alto horno se ajusta para que coincida con el estado de funcionamiento del alto horno 10 ajustando el caudal del COG de materia prima. El caudal del COG puede ajustarse mediante un aparato de ajuste de caudal 3 configurado adecuadamente mediante la combinación de un caudalímetro, un regulador de caudal, un ordenador y otros dispositivos de control disponibles en el mercado. Un regulador de caudal de especificación de alta temperatura no está generalmente disponible, por lo que el COG también se puede ajustar en el caudal en una parte de temperatura ordinaria. En la realización de la FIG. 4, el caudal se ajusta después de elevar la presión, pero el orden del mismo se puede cambiar adecuadamente.

Reacción de reformado de oxidación parcial del COG

El COG de materia prima se mezcla con oxígeno gaseoso en el reactor de reformado por oxidación parcial 5 y parte del COG se quema (oxidación parcial) para elevar el COG a una temperatura de más de 1200 °C y, por lo tanto, aumentar la velocidad de reacción. El metano y otros hidrocarburos en el COG se descomponen y reforman sin usar un catalizador para fabricar gas hidrógeno. Como se explica más adelante, en la presente invención, no es necesario descomponer todos los hidrocarburos en el COG de la materia prima, por lo que se puede permitir que la temperatura del gas caiga debido a la absorción de calor debido a la reacción de reformado con vapor que se produce después de la oxidación parcial y se vuelva menor que la temperatura de reacción de reformado con vapor antes de que todos los hidrocarburos se descompongan. Si se eleva la temperatura a una temperatura suficientemente alta por encima de 1200 °C en el momento de la oxidación parcial, la reacción de reformado con vapor posterior permitirá que la mayoría de los hidrocarburos, aunque no todos, se descompongan, por lo que no hay problema.

El gas oxígeno se suministra preferentemente en forma de oxígeno puro desde el punto de vista de la calidad del gas hidrógeno fabricado. También se puede suministrar aire enriquecido con oxígeno u otro gas que contenga oxígeno como gas de oxígeno. El caudal de suministro del gas oxígeno (caudal molar) es preferentemente de 0,4 a menos de 0,5 del valor total del caudal molar de átomos de carbono contenidos en los hidrocarburos (metano, etc.) en el COG (es decir, O<2>/C=0,4 a menos de 0,5) desde el punto de vista de la calidad del gas. Si la relación O<2>/C es inferior a 0,4, el hidrógeno no está suficientemente enriquecido en el momento de la oxidación parcial, por lo que no es posible fabricar suficientemente el gas hidrógeno requerido para la fusión de hidrógeno en el alto horno y la tasa de descomposición de hidrocarburos se vuelve excesivamente baja y las restricciones sobre los constituyentes del gas reductor suministrado a la parte del pozo del alto horno no se cumplen. Además, si la relación O<2>/C es 0,5 o más, con una operación de oxidación parcial basada en una reacción de no equilibrio como en la presente invención, una gran cantidad de vapor generado debido a la combustión del hidrógeno permanece en el gas después de la oxidación parcial, por lo que esto no es preferible.

Precalentamiento del COG

En la presente invención, la velocidad de flujo de O<2>suministrada en el momento de la oxidación parcial se hace la extensión mínima precalentando el COG de materia prima. Para el aparato de precalentamiento 4 para ello, se pueden usar varios tipos de intercambiadores de calor disponibles comercialmente. Como procedimiento de precalentamiento, es preferible que el sistema de calor exterior no cause contaminación del COG de materia prima. La temperatura del COG de materia prima después del precalentamiento se hace preferentemente de 800 °C a 1000 °C. Si la temperatura de precalentamiento es inferior a 500 °C, la temperatura máxima de la temperatura del gas en el momento de la oxidación parcial se vuelve inferior a la temperatura de reacción de reformado durante el reformado de los hidrocarburos y existe el problema de que los hidrocarburos no pueden descomponerse lo suficiente. El precalentamiento a una temperatura superior a 1000 °C no es un problema desde el punto de vista de la reactividad, pero se alcanza una alta temperatura innecesaria para la descomposición de los hidrocarburos en el momento de la oxidación parcial, por lo que la energía requerida para el precalentamiento excesivo se desperdicia, por lo que esto no es preferible desde el punto de vista de la reducción de la emisión de CO<2>. Además, el precalentamiento hasta una temperatura alta, como una por encima de 1000 °C, requiere un aparato de calentamiento especial, por lo que esto no es preferible desde el punto de vista de los costes de capital.

Condiciones de funcionamiento de la etapa de oxidación parcial

Estequiométricamente, la relación O<2>/C en la oxidación parcial de la materia prima COG puede llegar a ser óptima cuando es 0,5. Esto se debe a que todo el H<2>O emitido por la fórmula 4 debido al suministro de gas oxígeno se consume por la reacción de reformado con vapor de la fórmula 1 y porque todos los hidrocarburos se descomponen en CO y H<2>debido a la reacción de reformado con vapor. Sin embargo, para provocar dicha reacción en las condiciones de presión del gas reductor suministrado a la parte del pozo de un alto horno, en términos de teoría de equilibrio, se debe mantener una temperatura de 1300 °C o más durante el reformado con vapor que se produce después de la oxidación parcial. En el caso de una temperatura inferior a esta, por ejemplo, un orden de varios % de hidrocarburos y una gran cantidad de H<2>O derivado del exceso de O<2>permanecen en el gas después de la oxidación parcial. Para lograr una temperatura tan alta mediante una oxidación parcial, se debe suministrar una gran cantidad de O<2>. También es posible reducir la cantidad de suministro de O<2>mediante el precalentamiento de la materia prima gaseosa, pero en el pasado, el calor de escape generado en la planta se utilizó para este precalentamiento, por lo que, como máximo, solo se realizó un precalentamiento de hasta aproximadamente 500 °C. Esto se debe a que el precalentamiento a una temperatura superior a esta se vuelve desventajoso en términos de eficiencia térmica. Por esta razón, en la oxidación parcial convencional de hidrocarburos, la descomposición completa de los hidrocarburos estaba dirigida y la relación O<2>/C, en el caso de usar gas natural o nafta u otro hidrocarburo puro como materia prima, fue de 0,6 a 0,7 más o menos (si el hidrocarburo es metano, el caudal volumétrico de O<2>suministrado es de 0,6 a 0,7 veces el caudal volumétrico de la materia prima) y, en el caso de usar COG purificado con una concentración de hidrocarburos del 30% más o menos como materia prima, fue de 0,8 o más (si el hidrocarburo es metano, el caudal volumétrico de O<2>suministrado es de 0,24 veces o más el caudal volumétrico de la materia prima). Si se usa una relación O<2>/C tan alta, para mantener una temperatura alta en el momento del reformado con vapor si es posible, la cantidad residual de CO<2>se convierte en un nivel de varios % a 10% impar, mientras que si no es posible mantener una temperatura suficientemente alta en el momento del reformado con vapor, queda un 10% o más de vapor, por lo que en cada caso, no se pueden satisfacer las condiciones restrictivas ya explicadas relacionadas con los constituyentes del gas reductor suministrado a la parte del pozo de un alto horno. En la presente invención, el COG reformado que tiene una concentración de hidrocarburos aún más pequeña que el COG refinado (20% o menos) se usa como materia prima, por lo que la cantidad de oxígeno suministrado por caudal de la materia prima gaseosa es menor que en el caso de usar tales gases como materia prima (si el hidrocarburo es metano y la relación O<2>/C se hace 0,8, el caudal volumétrico de O<2>suministrado es 0,16 veces o menos del caudal volumétrico de la materia prima) y la cantidad de aumento de temperatura debido a la oxidación parcial también es muy pequeña, por lo que esto es más desventajoso en el punto de mantener la temperatura requerida para la reacción de reformado con vapor.

En la presente invención, la concentración de hidrocarburos en el gas reductor se convierte en el intervalo restringido ya explicado mezclándolo con gas con contenido de CO para diluir los hidrocarburos residuales. En la presente invención, no se pretende la descomposición completa de hidrocarburos, por lo que el O<2>/C también puede ser inferior a 0,5. El O<2>suministrado se puede reducir aún más (si la relación O<2>/C es 0,4 y los hidrocarburos son metano, el caudal volumétrico de O<2>suministrado es 0,08 veces o menos el caudal volumétrico de la materia prima), y el CO<2>y H<2>O en el gas reductor se pueden hacer los intervalos restringidos ya explicados. Además, en la presente invención, para asegurar la temperatura requerida para el reformado con vapor después de la oxidación parcial durante un cierto tiempo, como procedimiento para compensar la cantidad deficiente de aumento de temperatura, se utiliza conjuntamente el precalentamiento de 800 °C a 1000 °C. Dicho precalentamiento a alta temperatura en el proceso de oxidación parcial es una causa del deterioro de la eficiencia térmica en comparación con la técnica anterior si se considera solo la etapa de oxidación parcial, por lo que en el pasado, dicho precalentamiento a alta temperatura se había considerado difícil económicamente. Sin embargo, después de la oxidación parcial, es posible suministrar directamente el gas reductor diluido por el gas con contenido de CO a la parte del pozo de un alto horno, por lo que si se considera el hecho de que el suministro de energía térmica para recalentar el gas reductor después de enfriarlo una vez para ajustar los constituyentes después de la oxidación parcial en la técnica anterior es innecesario en la presente invención, etc., en la presente invención, es posible reducir el consumo total de energía, por lo que en la presente invención, es posible precalentar a una temperatura tan alta. De esta manera, al precalentar la materia prima a 800 °C a 1000 °C, usar<c>O<g>reformado como materia prima, realizar una oxidación parcial combinada con el suministro de oxígeno que hace que O<2>/C sea de 0,4 a menos de 0,5, y diluir el gas después de la oxidación parcial por gas con contenido de CO de manera conjunta, en la presente invención, es posible fabricar gas reductor adecuado como gas reductor para el suministro a la parte del pozo del alto horno en condiciones de emisión reducida de CO<2>.

También se puede proporcionar un quemador u otro medio de encendido (no se muestra) dentro del reactor de reformado por oxidación parcial 5 o aguas arriba del reactor de reformado por oxidación parcial 5. Si las paredes interiores del reactor de reformado por oxidación parcial se mantienen a una temperatura suficientemente superior al punto de ignición del COG de materia prima, la reacción de oxidación parcial puede continuar de forma estable dentro del reactor de reformado por oxidación parcial sin depender de la temperatura de suministro del COG de materia prima o del gas de oxígeno suministrado.

La temperatura del gas después de elevar la temperatura por combustión en el reactor 5 se hace preferentemente de 1200 °C a 1800 °C en el intervalo. Si la temperatura del gas es inferior a 1200 ° C, la velocidad de la reacción química es excesivamente lenta, por lo que, si se intenta proceder con la operación de reformado a este intervalo de temperatura, surge el problema de que las dimensiones del reactor se vuelven gigantescas. Si la temperatura más alta del gas supera los 1800 °C, existe el problema de que la temperatura de las paredes interiores del reactor que entran en contacto con el gas se vuelve demasiado alta y la vida útil de los miembros del horno se acorta notablemente. Debido a la absorción de calor en el momento de la reacción de reformado con vapor que ocurre después de la oxidación parcial, la temperatura del gas caerá en el lado aguas abajo del horno de oxidación parcial y puede convertirse en una de las temperaturas anteriores o menos, pero si la temperatura máxima del gas después de la oxidación parcial está en el intervalo anterior, no hay problema ya que la mayoría de los hidrocarburos en el COG de materia prima se pueden descomponer.

El volumen del reactor 5 es preferiblemente uno por el cual el tiempo de residencia promedio aparente del gas ([Volumen del reactor]/([Caudal de COG tratado (estado estándar)]+[Caudal de oxígeno suministrado desde el exterior (estado estándar)]))) se convierte en 5 segundos a 120 segundos. Si es menor que este intervalo, el tiempo de residencia del reactor del gas tratado es excesivamente pequeño y surge el problema de que la reacción de reformado del metano no avanza lo suficiente. Además, si está por encima de este intervalo, el tiempo de residencia del reactor es excesivamente grande y surge el problema de que se requieren costes de capital excesivos.

En el lado aguas abajo en el reactor de reformado por oxidación parcial después del transcurso de un tiempo de residencia promedio aparente predeterminado, se puede considerar que el gas ha sido reformado suficientemente, por lo que el gas en el lado aguas abajo de este se denominará "gas reformado".

Suministro de gas con contenido de CO

A continuación, se suministra gas con contenido de CO al gas reformado en el reactor de reformado de oxidación parcial para diluir el gas reformado y reducir en particular la concentración de gas hidrógeno en el gas reformado a un intervalo adecuado. Al suministrar dicho gas en una mayor cantidad a la parte del pozo de un alto horno, es posible suministrar la mayor cantidad de gas de hidrógeno contenido en el gas reformado a una posición más profunda dentro del alto horno (ubicación del alto horno más cerca del pozo central en dirección radial).

El suministro de gas con contenido de CO al gas reformado en el reactor de reformado por oxidación parcial también actúa para provocar el intercambio de calor (mezcla) entre el gas reformado a alta temperatura y el gas con contenido de CO a baja temperatura para obtener así un intervalo de temperatura adecuado para que el gas reductor se suministre a la parte del pozo de un alto horno. Además, debido a esto, el precalentamiento del gas con contenido de CO que se suministrará al reactor de reformado de oxidación parcial se vuelve innecesario o se puede reducir en gran medida. Además, el gas reformado termina de enfriarse dentro del reactor de reformado de oxidación parcial que tiene inherentemente resistencia al calor, por lo que, debido a esto, en el equipo aguas abajo, ya no hay necesidad de especificaciones de resistencia al calor extrema (por ejemplo: 1200 °C o más), la vida útil del equipo se puede extender y el aparato también se vuelve económico.

El gas con contenido de CO se suministra desde un puerto de suministro proporcionado en una ubicación donde el gas pasa después del transcurso del tiempo de residencia predeterminado anterior dentro del reactor de reformado por oxidación parcial 5 al interior del reactor de reformado por oxidación parcial 5. Este puerto de suministro debe proporcionarse aguas abajo de la ubicación de suministro de gas oxígeno al reactor de reformado de oxidación parcial 5.

El gas con contenido de CO es suministrado por un medio de suministro de gas con contenido de CO 9 compuesto por una fuente de suministro de gas con contenido de CO 7, un medio de ajuste de la velocidad de flujo de gas con contenido de CO 8 y un puerto de suministro de gas con contenido de CO al reactor de reformado de oxidación parcial 5 conectado a la tubería de gas en ese orden.

Gas con contenido de CO

Las condiciones necesarias del gas con contenido de CO suministrado al gas reductor obtenido en el reactor de reformado por oxidación parcial 5 son las siguientes:

- Estar compuesto principalmente de CO para asegurar la reductibilidad del gas después de la dilución del COG.

- Ser gas seco que no contenga alquitrán u otros hidrocarburos o vapor que impida el funcionamiento del alto horno.

- En la medida de lo posible no contener H<2>o CO<2>que pueda causar una reacción endotérmica desde el punto de vista de asegurar la temperatura en la parte del pozo del alto horno.

- Tener un contenido de N2 lo suficientemente pequeño como para evitar la pérdida de energía debido al flujo de gas inútil por el interior del alto horno.

No existe un gas barato que satisfaga todas estas condiciones, por lo que el gas deseado se fabrica según una materia prima específica. Como materia prima, por ejemplo, se puede usar gas de alto horno, gas de convertidor, gas de síntesis, etc. Todos estos gases contienen CO<2>. A partir de la restricción 2 mencionada anteriormente de los constituyentes del gas reductor, cuanto menor sea la concentración de este CO<2>, mayor será la emisión de CO<2>reducida, por lo que, al fabricar el gas con contenido de CO, se aplican medios para eliminar el CO<2>. Como medio para eliminar el CO<2>, por ejemplo, se puede usar un aparato de separación de CO del procedimiento de adsorción física disponible comercialmente o un aparato de separación de CO<2>. El gas con contenido de CO al que se han aplicado los medios para eliminar el CO<2>no debe contener 1% en volumen (seco) o más de CO<2>para evitar que se manifieste el efecto perjudicial de la absorción de calor debido a la reacción de descomposición de CO<2>que puede ocurrir en un alto horno. Es decir, la concentración de CO<2>del gas con contenido de CO suministrado al reactor de oxidación parcial es preferentemente de 0% en volumen (seco) a menos de 1% en volumen (seco). En el caso de usar gas de síntesis u otro gas con contenido de H<2>como materia prima, la concentración de H<2>en el gas con contenido de CO para la mezcla con el gas después de la oxidación parcial, que generalmente tiene una concentración de H<2>mayor que el valor del límite superior del 35% de la concentración preferible de H<2>en el gas reductor explicado anteriormente, para obtener el 35% o menos de un gas reductor tiene que ser al menos inferior al 35%. Para usar gas con contenido de exceso de H<2>como gas con contenido de CO, es posible usar medios para eliminar el H<2>para reducir la concentración de H<2>. Como el medio para eliminar el H<2>, es posible usar un aparato de separación de membrana disponible en el mercado, etc. La concentración de N2 también es preferentemente al menos inferior al 20% en volumen desde el punto de vista de las restricciones mencionadas anteriormente sobre los constituyentes del gas reductor. Por esta razón, esto puede realizarse reduciendo la cantidad de uso y la cantidad de mezcla de aire (es decir, la fuente de N2) en el momento de la fabricación del gas con contenido de CO. Sin embargo, para reducir la cantidad de uso y la cantidad de mezcla de aire en el momento de la fabricación del gas con contenido de CO a la concentración extremadamente baja de menos del 1%, se debe suministrar una gran cantidad de energía adicional, por lo que esto no es preferible desde el punto de vista de la reducción de las emisiones de CO<2>. Por esta razón, la concentración de N2 es preferentemente 1% en volumen o más.

Suministro de gas reductor fabricado con contenido de hidrógeno a la parte del pozo del alto horno

El gas reductor con contenido de gas de hidrógeno ajustado mediante el suministro de gas con contenido de CO a una temperatura adecuada para el gas de hidrógeno para el suministro a la parte del pozo de un alto horno se suministra a la parte del pozo 11 del alto horno (parte alrededor del pozo del alto horno donde se proporcionan múltiples orificios pasantes desde los cuales se suministra gas de hidrógeno). Para la estructura y los materiales de la parte del pozo de un alto horno, se pueden aplicar los de la técnica anterior.

Medios de reducción del contenido de agua de COG

Se puede hacer que el carbón suministrado al horno de coque se seque por adelantado utilizando un horno DAPS o SCOPE21 conocido. Si se destila en seco el carbón así secado, es posible hacer que disminuya la humedad en el COG emitido. Alternativamente, en el caso de un sistema más pequeño, también es posible almacenar el carbón en un almacén durante un largo período de tiempo de varios meses o más y permitir que la humedad se evapore naturalmente durante ese tiempo. La FIG. 5 muestra un horno de coque 11 al que se une un medio 11A para reducir la humedad del gas de horno de coque emitido (COG). Por ejemplo, un DAP, SCOPE 21, etc. para reducir la humedad del carbón se puede hacer el medio de reducción de humedad 11a y el carbón deshidratado por el medio de reducción de humedad 11A se puede transportar mediante una cinta transportadora u otro medio de transporte de carbón 11B al horno de coque 11.

En algunos casos, también es posible suministrar la humedad del carbón al horno de coque sin disminuirla, extraer el COG con contenido de una alta concentración de vapor generado en el horno de coque y hacerlo pasar a través de zeolita u otro adsorbente a alta temperatura para disminuir así la humedad en el COG.

Horno de carbonización

En la presente invención, si se utiliza el gas de horno de coque reformado (COG refinado) obtenido tratando el gas de horno de coque crudo del horno de coque 11 (FIG. 5) en el horno de carbonización como la materia prima gaseosa, el horno de carbonización 12 (FIG. 5) es un horno para reformar los hidrocarburos (principalmente gas de alquitrán) en el COG suministrado continuamente desde el horno de coque 11, separar el gas de hidrógeno y el carbono sólido, y descargar el gas reformado enriquecido en gas de hidrógeno al lado corriente abajo. La temperatura dentro del horno se mantiene a una temperatura adecuada para una reacción de descomposición térmica y el calor de reacción requerido para la reacción de generación de hidrógeno, en su mayoría compuesto por descomposición térmica, se suministra proporcionando al horno de carbonización un medio de suministro de calor (no se muestra) para suministrar calor desde el exterior del cuerpo del horno (o proporcionando al horno un elemento de calentamiento, etc. para suministrar calor desde el interior del horno). Para suministrar este calor, se puede usar calefacción general mediante un calentador eléctrico o calentamiento con llama directa. El horno de carbonización 12, para evitar la combustión en esa ubicación del carbono sólido producido, tiene una estructura que evita en la medida de lo posible la entrada de la fuente de oxidación de oxígeno, aire, vapor, etc. al horno de carbonización. Específicamente, no se proporciona ningún medio para suministrar oxígeno al COG en la reacción de generación de hidrógeno, tal como en un procedimiento de oxidación parcial. El vapor tampoco se añade al COG que no estaba originalmente contenido en el COG. La temperatura de reacción adecuada para la reacción de descomposición térmica del alquitrán está generalmente dentro del intervalo de 650 °C a 900 °C en el caso de usar un catalizador de pirólisis. Si es inferior a este intervalo de temperatura, si el COG pasa por el horno de carbonización, el alquitrán se condensará y este condensado cerrará los espacios entre las partículas de carbono sólido, por lo que existe el problema de que el horno de carbonización se obstruirá fácilmente. Además, la presión dentro del horno de carbonización es preferentemente más baja que la presión dentro del horno de coque. Por ejemplo, la presión dentro del horno de coque suele ser superior a 10 Pa (presión manométrica), por lo que la presión dentro del horno de carbonización puede hacerse de 10 Pa (presión manométrica) o menos para mantener el paso del COG. No hay un límite inferior particular de la presión dentro del horno de carbonización, pero desde los puntos de vista de la resistencia a la presión del horno de carbonización, la densidad del gas dentro del horno de carbonización, la capacidad necesaria del aparato de vacío (esto a veces se hace necesario), etc., se puede hacer -20000 Pa (presión manométrica) o más.

Catalizador

Dentro del horno de carbonización 12, se puede colocar un catalizador de pirólisis (no se muestra). Para el catalizador de pirólisis, por ejemplo, se puede usar un catalizador compuesto por un óxido compuesto con contenido de níquel, magnesio, cerio y aluminio pero que no contiene alúmina, en cuyo catalizador el óxido compuesto usa un catalizador compuesto por fases cristalinas de NiMgO, MgAbO4 y CeO<2>.

Aparato de refinación de gas

En el gas reformado primario extraído del horno de carbonización 12, al menos el alquitrán, el aceite ligero, el benceno y otros hidrocarburos de alto punto de ebullición o la humedad y otros gases condensables se pueden eliminar mediante un aparato de refinación de gas 13. El gas condensable puede eliminarse mediante el uso de un aparato de enfriamiento de agua de gas mediante el uso de un depurador, etc., o mediante el uso de una torre de destilación. Si es necesario, también se puede añadir un tratamiento para eliminar el azufre o un tratamiento para eliminar el amoniaco. El gas reformado primario de alta temperatura del horno de carbonización 12 se enfría mediante tratamiento en el aparato de refinación de gas 13 al menos hasta una temperatura inferior a la temperatura de resistencia al calor del aparato transportador de gas 14, generalmente hasta cerca de la temperatura ordinaria.

Aparato transportador de gas

El aparato transportador de gas 14 es un aparato para tomar el gas reformado primario del horno de carbonización 12 y para elevarlo en presión y enviarlo al aparato de reformado por oxidación parcial 16 (explicado más adelante). Por esta razón, el aparato transportador de gas 14 requiere un cabezal que permita que la presión del lado de entrada se mantenga a -10 kPa más o menos y que la presión del lado de salida se mantenga al menos a 0,2 MPa, generalmente de 0,2 a 1 MPa más o menos. Para el aparato transportador de gas 14, es posible usar un compresor de flujo axial de múltiples etapas disponible comercialmente, etc.

Aparato de precalentamiento

El gas reformado primario elevado en presión en el aparato transportador de gas 14 se envía posteriormente al aparato de reformado 16 para un reformado adicional por oxidación parcial. En este aparato de reformado 16, la combustión de gas usando oxígeno gaseoso se utiliza para elevar la temperatura del gas de funcionamiento, pero desde el punto de vista de reducir la cantidad de CO<2>generado y desde las unidades principales de hidrógeno, la cantidad de oxígeno suministrado debe establecerse en el límite mínimo necesario. Sin embargo, si se eleva la temperatura del gas reformado primario a temperatura ordinaria por combustión de gas, la temperatura del gas de funcionamiento después de elevarse la temperatura a menudo no aumentará en una medida que permita la promoción de la descomposición del metano por reformado con vapor. Por esta razón, es posible precalentar el gas reformado primario del horno de carbonización 12 mediante el aparato de precalentamiento 15, luego elevar la temperatura del gas de funcionamiento mediante combustión de gas para hacer que la temperatura del gas de funcionamiento después de aumentar la temperatura sea un intervalo adecuado. La temperatura de precalentamiento del gas reformado primario es preferentemente de 300 a 800 °C más o menos.

El gas reformado primario se puede precalentar en el aparato de precalentamiento 15, por ejemplo, usando un intercambiador de calor disponible en el mercado o provocando el intercambio de calor con el gas de combustión generado en un horno de combustión proporcionado por separado.

A continuación, se explicará una realización donde el gas de horno de coque se reforma mediante tratamiento térmico y donde el gas reformado enriquecido en gas de hidrógeno se mezcla con un gas de combustión obtenido quemando un gas inflamable y oxígeno con referencia a la FIG. 5. En esta realización, se utiliza el reformado usando descomposición térmica en un horno de carbonización explicado anteriormente como reformado por tratamiento térmico (reformado primario) y reformado adicional en un aparato de reformado por oxidación parcial (reformado secundario). Aparte de las partes del aparato y el procedimiento que se explican a continuación, es posible utilizar un aparato y un procedimiento similares a la primera realización.

Aparato de reformado de oxidación parcial

El aparato de reformado de oxidación parcial 16 es un aparato que mezcla gas de combustión con el gas reformado primario para elevar la temperatura del gas reformado primario a una temperatura muy superior a 1000 °C (por ejemplo, 1500 °C) y aumentar así la velocidad de reacción y descomponer el metano y otros hidrocarburos en el gas reformado primario sin el uso de un catalizador y, por lo tanto, emitir gas hidrógeno o gas CO. Como aparato de reformado por oxidación parcial 16, se puede usar cualquier persona siempre que satisfaga estos requisitos.

El aparato de reformado 16 tiene un quemador 18 conectado al mismo. El quemador 18 se suministra con gas oxígeno y gas inflamable. Estos se mezclan y prenden dentro del quemador y el gas de combustión se expulsa al interior del aparato de reformado 16. Como quemador 18, se puede usar un quemador de flujo axial disponible comercialmente, etc.

El gas oxígeno se suministra preferentemente en forma de oxígeno puro desde el punto de vista de la calidad del gas reformado secundario, pero también se puede suministrar aire o aire enriquecido con oxígeno u otro gas que contenga oxígeno como gas oxígeno.

El caudal de suministro de gas oxígeno (caudal molar) es preferentemente de 0,4 veces a menos de 0,5 veces el valor total de los caudales molares de átomos de carbono contenidos en los hidrocarburos en el gas reformado primario y los hidrocarburos en el gas inflamable (es decir, correspondiente a O2/C=0,4 a menos de 0,5) desde el punto de vista de la calidad del gas reformado secundario.

Por otro lado, el caudal de gas inflamable suministrado al quemador 18 (caudal molar) es preferentemente de 0,2 a 1 vez el caudal de gas oxígeno (caudal molar).

Para el gas inflamable, se puede utilizar gas natural, gas licuado de petróleo, etc. Además, también se pueden usar nafta, aceite ligero, aceite pesado y otros combustibles líquidos si se atomizan para su suministro al interior del quemador, ya que no son fundamentalmente diferentes del gas inflamable.

Entre estos gases inflamables, el uso de gas natural compuesto principalmente de metano es particularmente ventajoso. El gas natural es ventajoso porque el precio por cantidad de calor generado es económico, la cantidad de CO<2>generado por cantidad de calor generado es relativamente pequeña, el gas no contiene (como el COG) gas hidrógeno, por lo que el hidrógeno no se consume en el momento de la combustión, etc.

El gas oxígeno y el gas inflamable se pueden suministrar al quemador 18 a temperatura ordinaria o se pueden suministrar después del precalentamiento. Si se suministran a una temperatura inferior a la temperatura de ignición del gas inflamable, es necesario proporcionar un medio de ignición (no se muestra) en el quemador 18. Por ejemplo, es posible proporcionar un quemador piloto (no mostrado) en el quemador 16 para hacer que el gas mezclado del gas inflamable y el gas de oxígeno prendan.

La temperatura del gas dentro del aparato de reformado 16 debe mantenerse al menos a 1000 °C o más. La temperatura máxima es preferentemente de 1200 a 1800 °C en el intervalo. Esto se debe a que si está por debajo de este intervalo de temperatura, la velocidad de reacción química se vuelve excesivamente lenta, por lo que surge el problema de que las dimensiones del aparato de reformado 6 utilizado como reactor se vuelven gigantescas y porque si está por encima de este intervalo de temperatura, existe el problema de que la temperatura de las paredes interiores del aparato de reformado en contacto con el gas se vuelve demasiado alta y la vida útil del material que forma las paredes interiores se acorta notablemente.

Se puede proporcionar un termómetro (no se muestra) dentro del aparato de reformado de oxidación parcial 16 para medir la temperatura del gas dentro del aparato y este valor medido se puede usar como base para controlar la temperatura del gas dentro del aparato. Para el termómetro, se puede usar un termopar de tipo R o tipo B cubierto por cerámica u otro material resistente al calor para protección.

El volumen del aparato de reformado 16 utilizado como reactor es preferiblemente uno donde el tiempo de residencia promedio aparente del gas ([Volumen del recipiente de reacción]/([Caudal de gas reformado primario tratado (estado estándar)]+[Caudal de gas de combustión suministrado desde el exterior (convertido a presión ordinaria y 100 °C)]))) se vuelve de 30 segundos a 100 segundos. Si es menor que este intervalo, el tiempo de residencia del gas de tratamiento en el aparato de reformado se vuelve excesivamente pequeño y surge el problema de que la reacción no avanza lo suficiente. Además, si está por encima de este intervalo, el tiempo de residencia en el aparato de reformado se vuelve excesivamente grande y surge el problema de que se requieren costes de capital excesivos.

Suministro de gas reductor manufacturado (gas reformado secundario) a la parte del pozo del alto horno

El gas reductor (gas reformado secundario) con contenido de hidrógeno obtenido del aparato de reformado de oxidación parcial 16 se suministra a la parte del pozo 7 de un alto horno. En algunos casos, antes de la introducción en el alto horno, el gas reductor también puede ajustarse en temperatura. La técnica de suministrar gas reductor a un alto horno es ampliamente conocida. No hay necesidad de explicarlo en detalle aquí.

A continuación, se explicará una realización que mezcla gas inflamable no quemado y oxígeno con el gas reformado enriquecido en gas hidrógeno reformando el gas del horno de coque mediante tratamiento térmico con referencia a la FIG. 6. En esta realización, el gas inflamable se suministra directamente al aparato de reformado por oxidación parcial 16 por adelantado sin quemarse. Por lo tanto, en esta realización, el quemador 18 explicado en la FIG. 5 no se utiliza.

En el aparato de reformado 16 de esta realización, el quemador independiente se elimina y el gas oxígeno y el gas inflamable se suministran estrecha y directamente al aparato de reformado. En este caso, el gas de oxígeno suministrado y el gas inflamable están muy cerca, por lo que se forma una región de combustión cerca del puerto de suministro de gas. Aquí, principalmente el gas oxígeno y el gas inflamable se queman, por lo que esta región de combustión desempeña sustancialmente el mismo papel que un quemador. En algunos casos, el gas de oxígeno y el gas inflamable se pueden suministrar al interior del aparato de reformado juntos de antemano.

Además, en la realización mostrada en la FIG. 6, una botella de gas 19 está dispuesta entre el aparato de refinado de gas 13 y el aparato de precalentamiento 15 y un primer aparato transportador de gas 14' y un segundo aparato transportador de gas 14" están dispuestos antes y después del mismo. La botella de gas 19 puede almacenar temporalmente el gas reformado primario. La operatividad se mejora en el sentido de que no hay necesidad de sincronizar completamente la producción del gas reformado primario y la producción del gas reformado secundario. La capacidad de la botella de gas 19 se puede determinar adecuadamente según las condiciones de funcionamiento del horno de coque 11 y el alto horno 17. El lado de entrada y el lado de salida de la botella de gas 9 están provistos respectivamente de aparatos transportadores de gas 14', 14", por lo que es posible seleccionar los aparatos transportadores de gas óptimos según las características de las condiciones de funcionamiento del lado de producción de gas reformado primario y el lado de producción de gas reformado secundario. Por ejemplo, el primer aparato transportador de gas 14' no requiere aumento de presión, por lo que se puede aplicar un soplador Roots u otro aparato económico. Para el segundo aparato transportador 14", se puede usar un compresor de flujo axial multietapa disponible comercialmente, etc. Huelga decir que una configuración que utiliza una botella de gas 19 y aparatos transportadores de gas 14', 14" antes y después también se puede aplicar a la realización explicada anteriormente con referencia a la FIG. 5.

Los otros aparatos y equipos en la realización de la FIG. 6 son similares a los de la realización que se muestra en la FIG. 5.

En la realización que utiliza el reformado por descomposición térmica en el horno de carbonización explicado con referencia a la FIG. 5 y la FIG. 6 (reformado primario) y reformado adicional en el aparato de reformado de oxidación parcial (reformado secundario), el gas reformado primario es un único tipo de gas inflamable, por lo que el gas reformado primario también se puede utilizar como gas inflamable. En este caso, el gas reformado primario no necesariamente tiene que ser suministrado por otro sistema al quemador 8 (FIG. 5) o la región de combustión del aparato de reformado por oxidación parcial 16 (FIG. 6). Es suficiente que el gas oxígeno solo se suministre directamente al interior del aparato de reformado. El espacio cerca del puerto de suministro de oxígeno dentro del aparato de reformado 16 se convierte en la región de combustión. Esta región de combustión desempeña sustancialmente la misma función que un quemador.

Tenga en cuenta que el gas reformado primario contiene una gran cantidad de gas hidrógeno junto con metano. La velocidad de combustión del gas hidrógeno es generalmente más rápida en comparación con el gas metano, por lo que, si se suministra oxígeno dentro del aparato de reformado 16, el hidrógeno en el gas reformado primario se consume y se produce vapor. Si este gas se mantiene a una temperatura alta dentro del aparato de reformado 16, el vapor generado reforma el metano para producir hidrógeno, por lo que sí se puede establecer un período de tiempo suficiente para mantener el gas a una temperatura alta dentro del aparato de reformado 16, no hay problema en descomponer el metano en el gas reformado primario. Sin embargo, si el período de tiempo para mantener el gas no es suficiente, el gas reformado secundario se agota antes de que el reformado con vapor del metano proceda suficientemente, por lo que se hace imposible restaurar el gas hidrógeno consumido por la combustión. Por lo tanto, si se suministra directamente oxígeno al interior del aparato de reformado 16, es necesario establecer unas dimensiones del aparato de reformado 6 utilizado como recipiente de reacción lo suficientemente grandes.

Si se suministra directamente gas oxígeno al gas reformado primario, sería difícil separar la cantidad del gas reformado primario del gas de combustión del gas reformado primario en su conjunto, por lo que el caudal de suministro de gas inflamable en este caso puede ser inferior a 0,2 veces el caudal límite inferior de suministro de gas oxígeno (caudal molar) en el caso de suministro como gas de combustión al aparato de reformado a través del quemador 18.

EJEMPLOS

Usando los siguientes ejemplos, la presente invención se explicará adicionalmente. Dicho esto, la presente invención no se limita a estos ejemplos.

Ejemplo 1

El aparato de la realización que se muestra en la FIG. 4 se utiliza para producir gas hidrógeno para el suministro a la parte del pozo de un alto horno. Sin embargo, en lugar de soplar directamente el gas reductor a un alto horno real, se proporcionó una instalación de recuperación de gas en una ubicación correspondiente a donde el gas se sopla a la parte del pozo de un alto horno, las condiciones de temperatura y presión allí se establecieron en condiciones operativas típicas en la parte del pozo del alto horno, y el gas que fluye hacia la instalación de recuperación de gas se muestreó y analizó para determinar la composición. Específicamente, se utilizó un contenedor de gas lleno de COG refinado como materia prima COG como fuente de suministro de COG, luego se aumentó la presión del COG del contenedor de gas de la presión ordinaria a 1 MPa, luego se precalentó y se suministró al reactor de reformado por oxidación parcial para fabricar gas reformado que contenía H<2>. El reformado de oxidación parcial del COG se realiza suministrando gas oxígeno sin adición de vapor. En el lado aguas abajo de la región utilizada para la reacción de reformado dentro del reactor de reformado por oxidación parcial (región asignada para asegurar el tiempo de residencia promedio aparente considerado necesario para el reformado), se suministra gas con contenido de CO al interior del reactor y se mezcla con el gas reformado para obtener gas reductor que se suministrará a la parte del pozo de un alto horno. Debido al intercambio de calor entre los gases mezclados en el proceso de producción del gas reductor, el gas reformado a alta temperatura generado por la reacción se enfría, mientras que debido al calentamiento (precalentamiento) del gas con contenido de CO a temperatura ordinaria, la temperatura del gas reductor se convierte en un valor adecuado para la reducción en la parte del pozo de un alto horno (aproximadamente 900 °C). Si con la mezcla con gas con contenido de CO a temperatura ordinaria, no se pudo obtener la temperatura adecuada anterior del gas reductor, el gas con contenido de CO se precalentó y luego se mezcló con el gas reformado. Para el precalentamiento de la materia prima COG y el gas con contenido de CO, se utilizó el intercambiador de calor conectado al horno de combustión de gas.

Para el horno de oxidación parcial, se utilizó uno con un diámetro interior de 0,6 m y una longitud de 2 m. El tiempo de residencia del gas de materia prima dentro del horno de oxidación parcial se basó en 80 segundos en la conversión del gas de materia prima a un caudal en el estado estándar.

Los principales constituyentes del COG refinado para uso como materia prima fueron H<2>: 55%, CH4: 30%, CO: 7%, y CO<2>: 2% (valores realmente medidos de COG refinado obtenidos al tratar el COG crudo del horno de coque utilizando carbón no tratado para reducir la humedad). El gas con contenido de CO para su uso en la fabricación del gas reductor es gas de alto horno (BFG) tratado por un aparato de adsorción física para eliminar el CO<2>. Los constituyentes principales del gas con contenido de CO fueron CO: 80% y N2: 18% (valores realmente medidos).

Al reactor de reformado por oxidación parcial, se suministró gas que contenía CO bajo las siguientes tres condiciones:

a. 0,8 veces el caudal de gas reformado

b. 1 vez el caudal de gas reformado

c. 2 veces el caudal del gas reformado

El COG refinado anterior se suministró al horno de oxidación parcial y se oxidó parcialmente para obtener las composiciones de gases reformados mostradas en la Tabla 1. La Tabla 1 muestra los resultados obtenidos en las siguientes tres condiciones de oxidación parcial:

- Oxidación parcial 1: O<2>/C=0,48, temperatura de precalentamiento del COG de la materia prima =1000 °C

- Oxidación parcial 2: O<2>/C=0,48, temperatura de precalentamiento del COG de la materia prima =800°C

- Oxidación parcial 3 (ejemplo comparativo): O<2>/C=0,7, temperatura de precalentamiento del COG de la materia prima =500°C

En términos de las composiciones de los gases reformados, en cada caso, la concentración de H<2>superó en gran medida el 35%, por lo que, con esto, los gases no son adecuados como gases reductores para el suministro a la parte del pozo de un alto horno.

[Tabla 1]

A continuación, los gases reformados de la Tabla 1 se usaron mezclados con gas con contenido de CO en las siguientes condiciones para fabricar gases reductores.

Gas reductor (1):

Gas reformado (oxidación parcial 1) diluido en 1,0 veces el caudal del gas con contenido de CO anterior

Gas reductor (2):

Gas reformado (oxidación parcial 2) diluido en 1,0 veces el caudal del gas con contenido de CO anterior

Gas reductor (3):

Gas reformado (oxidación parcial 2) diluido 2,0 veces el caudal del gas con contenido de CO anterior

Gas reductor (4):

Gas reformado (oxidación parcial 3) diluido 2,0 veces el caudal del gas con contenido de CO anterior

Las composiciones de los gases reductores suministrados a la parte del pozo de un alto horno obtenidas como resultado se muestran en la Tabla 2. Las concentraciones de CO<2>y H<2>O en todos los ejemplos fueron de niveles no problemáticos como gases reductores a suministrar a la parte del pozo de un alto horno. Con respecto a las concentraciones de los hidrocarburos CH4 y C<2>H<4>, en el gas reductor (2), se superan los valores límite superiores de la restricción sobre los constituyentes del gas reductor suministrado a la parte del pozo de un alto horno y, por lo tanto, no son adecuados. En contraposición a esto, el mismo gas reformado mezclado con más gas con contenido de CO (3) satisfizo la condición de concentración de hidrocarburos. Los otros gases reductores también cumplieron con la condición restrictiva mencionada anteriormente de la concentración de hidrocarburos. El ACO<2>en el gas reductor (4) es igual al valor absoluto de reducción de ACO<2>, por lo que no se obtiene el efecto de reducción de CO<2>sumado a través de la fabricación del gas reductor y la fusión de hidrógeno en el alto horno. Con los gases reductores (1) a (3), el ACO<2>fue menor que el valor absoluto del ACO<2>reducido por fusión de hidrógeno en el alto horno por lo que es posible reducir la cantidad total de generación de CO<2>del tiempo de fabricación del gas reductor y la fusión de hidrógeno en el alto horno. Sin embargo, con los gases reductores (1) y (3), el ACO<2>estaba cerca del valor absoluto del ACO<2>en el alto horno. Esto se debe al suministro del calor requerido para precalentar el COG de la materia prima (caso de 1) y al suministro de calor requerido para precalentar el gas con contenido de CO para mezclar una gran cantidad de gas con contenido de CO para diluir la concentración de hidrocarburos en el gas reductor a un valor permisible (caso de 3 y 4).

[Tabla 2]

Además, a partir de las mediciones, se obtuvieron los siguientes resultados:

- Temperatura pico del gas reformado: De 1200 °C a 1800 °C en el intervalo

- Temperatura del gas hidrógeno suministrado a la parte del pozo del alto horno: De 800°C a 900°C en el intervalo - Intervalo de concentración de H<2>del gas hidrógeno suministrado a la parte del pozo del alto horno: Del 16% al 33% En los gases reductores (1) y (3), el gas fabricado satisfizo las condiciones de temperatura y composición requeridas del gas hidrógeno suministrado a la parte del pozo de un alto horno.

A partir de los resultados de la simulación explicada anteriormente, si se hace que el caudal de suministro del gas reductor a la parte del pozo de un alto horno sea superior a 0,42 veces el caudal del gas suministrado a la tobera del alto horno, es posible suministrar hidrógeno a una parte más profunda del alto horno y es posible mejorar el efecto de fusión de hidrógeno en el alto horno.

Ejemplo 2

EL COG extraído de un horno de coque utilizando carbón con humedad reducida por un DAP como materia prima se reformó mediante un horno de carbonización y se refinó. El COG reformado recuperado en un contenedor de gas utilizado como fuente de suministro de COG se utilizó como COG de materia prima para una reacción de reformado de oxidación parcial.

El COG reformado se fabricó de la siguiente manera mediante una máquina real. El carbón con una humedad reducida en un DAP del 10% al 4% fue transportado por una cinta transportadora a una cuba de almacenamiento por encima del horno de coque. Para transportar el carbón desde la cuba de almacenamiento hasta el interior del horno de coque, se utilizó un vagón salteador disponible en el mercado. De una tubería de derivación proporcionada en la tubería de elevación de coque del horno de coque, se extrajo por succión COG crudo con humedad reducida de aproximadamente 800 °C. El COG crudo de humedad reducida extraído se suministró al horno de carbonización mediante una tubería de gas mantenida a temperatura en sus alrededores para evitar que la temperatura cayera.

El horno de carbonización tenía dimensiones de sección transversal de paso de gas (plano horizontal) de 120 mm x900 mm y una altura de dirección de paso de gas de 1200 mm. La capa de los cuerpos granulares en el horno de carbonización se formó mientras se mantenía el catalizador cargado en el horno de carbonización (catalizador a base de Ni-MgO de 15 mm de diámetro) mediante un soporte con una parte inferior de una forma de panel de drenaje. La altura era de 600 mm. Durante el funcionamiento, el horno de carbonización se mantuvo a 800 °C de temperatura mediante calentamiento exterior.

El COG reformado crudo del horno de carbonización se refinó utilizando un depurador para eliminar el alquitrán y la mayoría de la humedad en el gas y obtener el COG reformado. La temperatura del gas del COG reformado después de pasar a través del depurador fue de aproximadamente 50 °C.

El COG reformado refinado se transfirió mediante un soplador Roots a un contenedor de gas. Se proporcionó una rama en la tubería de gas al contenedor de gas, se extrajo el COG reformado, luego se suministró a un aparato de cromatografía de gases disponible comercialmente para el análisis en línea de los constituyentes.

Basándose en la composición del COG reformado obtenido mediante análisis (véase la Tabla 3), se realizó un reformado de oxidación parcial similar al Ejemplo 1 (en condiciones de O<2>/C=0,48 y una temperatura de precalentamiento del COG reformado de 800 °C). La tasa de descomposición de los hidrocarburos en la oxidación parcial fue del 70%. La reacción fue una reacción de no equilibrio. A continuación, este gas reformado se mezcló con 1,0 veces la velocidad de flujo del gas con contenido de CO (constituyentes similares al Ejemplo 1). Como resultado, se obtuvo el gas reductor de la composición mostrada en la Tabla 3 para el suministro a la parte del pozo de un alto horno.

[Tabla 3]

A partir de los resultados de la Tabla 3, los gases reductores obtenidos en este ejemplo satisfacen todas las condiciones restrictivas mencionadas anteriormente en los constituyentes de un gas reductor que se suministrará a la parte del pozo de un alto horno. El ACO<2>también es suficientemente menor de aproximadamente la mitad del valor absoluto del ACO<2>en el alto horno, por lo que es posible reducir el CO<2>cuando se agrega con la cantidad de CO<2>reducido por la fusión de hidrógeno en el alto horno. Además, al comparar el presente ejemplo con los valores reales de la composición de COG refinada obtenida al tratar el COG crudo de un horno de coque usando carbón no tratado para reducir la humedad como materia prima gaseosa en oxidación parcial (véase el Ejemplo 1), se aprende que el COG reformado obtenido a partir de una materia prima gaseosa de carbón en el presente ejemplo aumenta en concentración de H2. A partir de esto, se muestra que mediante el uso de COG reformado obtenido a partir de una materia prima de carbón tratada para reducir la humedad con el fin de trabajar la presente invención, se hace posible suministrar una mayor cantidad de H2 al alto horno. Además, el presente ejemplo es más ventajoso que cualquiera de los gases reductores del Ejemplo 1 en que el ACO<2>es más pequeño (excepto por el gas reductor 2 no adecuado en composición) y en el punto de emisión reducida de ACO<2>.

Ejemplo comparativo 1

Se utilizó un tipo convencional de reactor de reformado por oxidación parcial que no suministra gas con contenido de CO al interior del reactor de reformado por oxidación parcial para fabricar gas reformado. El gas con contenido de conjuntamente se calentó independientemente por separado a 800 °C mediante calentamiento exterior utilizando un intercambiador de calor, luego se mezcló con el gas reformado anterior para encontrar el ACO<2>cuando se suministró a la parte del pozo de un alto horno. Como el procedimiento para esto, la cantidad de CO<2>emitido se calculó a partir del valor medido de la cantidad de consumo de calor cuando se hace independientemente que el gas con contenido de CO aumente la temperatura a 800 °C. A continuación, esto se añadió al ACO<2>del gas reductor 3 del Ejemplo 1 para calcular el ACO<2>general. Como resultado, el ACO<2>fue de 0,19 molCO<2>/molH<2>- Este es un valor que excede en gran medida los resultados del Ejemplo 1 que se muestra como un ejemplo preferible (gases reductores (1) y (3) de la Tabla 2) y que excede el valor absoluto de la emisión de ACO<2>en el alto horno (0,16 molCO<2>/molH<2>), por lo que el CO<2>no se puede reducir. Esto se debe a que la eficiencia de calentamiento del gas con contenido de CO en el presente ejemplo comparativo es menor en comparación con la presente invención.

A continuación, se realizará una comparación con un procedimiento de fabricación de gas hidrógeno para el suministro a la parte del pozo de un alto horno utilizando otro procedimiento de reformado utilizando COG como materia prima.

Ejemplo comparativo 2

Reformado catalítico de vapor de COG crudo

Aquí, se hizo funcionar un horno real durante 2 horas y se siguió el siguiente procedimiento para fabricar gas hidrógeno para suministrar a la parte del pozo de un alto horno a partir de COG crudo. El COG crudo extraído del horno de coque se trató mediante un reactor de reformado catalítico (con vapor añadido (S/C (número de moléculas de H<2>O /número de átomos de C en hidrocarburos) =2) a 700 °C o más (catalizador a base de Ni-MgO utilizado) para reformarlo con vapor, luego se refinó mediante un lavador para fabricar COG reformado. Después del muestreo de gas, el COG reformado se elevó en presión (0.3 MPa) y se elevó en temperatura (800 ° C) y luego se suministró a la parte del pozo de un alto horno. Solo la humedad en el COG crudo no es suficiente para el reformado con vapor, por lo que se agregó vapor a 800 ° C desde el exterior para que S/C=2 en el reactor de reformado catalítico.

La composición química del gas hidrógeno suministrado a la parte del pozo de un alto horno obtenida como resultado y el valor real de la cantidad de CO<2>emitido ACO<2>durante la fabricación de hidrógeno se muestran en la Tabla 4. E l ACO<2>se calculó a partir del CO<2>en el gas hidrógeno suministrado a la parte del pozo de un alto horno y la cantidad teórica de CO<2>en el gas de escape de combustión en el caso de obtener el calor teórico de reacción en la reacción de reformado catalítico con vapor la energía requerida para elevar la temperatura y elevar la presión del COG reformado mediante la combustión completa de gas natural.

[Tabla 4]

En los resultados de la Tabla 4, la concentración de metano y la concentración de CO<2>fueron excesivas, por lo que el gas no era adecuado como gas de hidrógeno para el suministro al pozo de un alto horno. Además, se aprendió que, con solo un paso de reformado, el ACO<2>excedió el valor permisible (0,16 molCO<2>/molH<2>), por lo que fue excesivo. Ejemplo comparativo 3

Reformado de oxidación parcial del COG crudo

A continuación, se estudiará la fabricación de gas hidrógeno para el suministro a la parte del pozo de un alto horno mediante el reformado por oxidación parcial del COG crudo descrito en la publicación de patente japonesa n.° 2001 220584.

En la publicación de patente japonesa n.° 2001-220584, el COG crudo extraído de un horno de coque se reforma mediante oxidación parcial mediante la adición de oxígeno puro (utilizando el propio COG crudo como gas inflamable) y luego se refina mediante un depurador para obtener COG reformado. Considere suministrar este COG reformado como gas reductor (gas hidrógeno suministrado a la parte del pozo de un alto horno) a la parte del pozo de un alto horno. La composición química del COG reformado obtenido por oxidación parcial que se muestra en los ejemplos de la publicación de patente japonesa n .° 2001-220584A y la cantidad de CO<2>emitida ACO<2>durante la producción de hidrógeno calculada a partir de las cantidades de CO<2>emitidas y las cantidades de hidrógeno emitidas de la misma se muestran en la Tabla 5.

[Tabla 5]

Aquí también, se aprendió que, con solo la etapa de reformado, el ACO<2>excedió el valor permisible anterior (0,16 molCO<2>/molH<2>) y fue excesivo. Además, la concentración de CO<2>también excedió en gran medida la concentración límite superior como gas reductor suministrado al pozo de un alto horno. Esto tampoco era adecuado en términos de constituyentes.

Ejemplo comparativo 4

Reformado catalítico con vapor de COG refinado

Reformado catalítico con vapor de COG refinado (COG crudo refinado para eliminar la mayor parte del alquitrán, BTX (benceno y otros compuestos aromáticos), humedad, sulfuros y nitruros para obtener gas combustible. Ampliamente utilizado como combustible en las plantas de fabricación de hierro) se estudiará a continuación.

El COG refinado del contenedor de gas se elevó en temperatura (800 °C) y se trató mediante un reactor catalítico (vapor añadido (S/C=2), temperatura de reacción de 700 °C o más, catalizador a base de Ni-MgO utilizado) para fabricar COG reformado. Después se enfrió, se elevó la presión (0,3 MPa) y luego se elevó la temperatura mediante calentamiento indirecto (800 °C) para obtener un gas para el suministro a la parte del pozo de un alto horno. La composición del COG reformado se encontró mediante una prueba a pequeña escala. Suponiendo este proceso, la razón por la que no se suministra directamente COG reformado a alta temperatura a la parte del pozo de un alto horno es la siguiente: Con este proceso, debido al H<2>S residual contenido en una gran cantidad en el COG refinado, el catalizador se envenena y pierde actividad en un corto periodo de tiempo (de varias horas a varias decenas de horas). Cada vez que el catalizador pierde actividad, la operación de reformado debe suspenderse y debe realizarse una operación de regeneración del catalizador. Por lo tanto, no se puede decir que la operación sea una operación de reformado continuo. Por esta razón, es difícil conectar directamente dicho aparato de reacción de tipo discontinuo al pozo de un alto horno donde se busca un suministro continuo de gas hidrógeno para garantizar la estabilidad de las operaciones (es necesario un contenedor de gas u otro amortiguador de producción).

La cantidad de CO<2>emitida ACO<2>durante la producción de hidrógeno se calculó a partir del CO<2>en los constituyentes anteriores y la cantidad teórica de CO<2>en el gas de escape de combustión en el caso de obtener el calor teórico de reacción en la reacción de reformado con vapor energía requerida para elevar la temperatura y elevar la presión del COG reformado mediante la combustión completa del gas natural. Los resultados se muestran en la Tabla 6.

[Tabla 6]

En la Tabla 6, la concentración de CO<2>excede la concentración límite superior del gas reductor suministrado a la parte del pozo de un alto horno, por lo que no es adecuada. Además, el ACO<2>excede el valor permisible anterior (0,16 molCO<2>/mol H<2>), por lo que el gas fabricado en este ejemplo no es adecuado como gas reductor que se suministrará a la parte del pozo de un alto horno.

A partir de los resultados anteriores, en la técnica anterior típica, es difícil fabricar eficientemente gas de hidrógeno para suministrar a la parte del pozo de un alto horno en condiciones de emisión reducida de CO<2>. La superioridad de la presente invención queda clara.

En el siguiente ejemplo, el COG crudo obtenido de un horno de coque sin utilizar un medio de reducción de la humedad y el COG crudo de humedad reducida obtenido de un horno de coque que funciona utilizando un DAPS como medio de reducción de la humedad y reduciendo la humedad del carbón se utilizaron como gases de materia prima. Las composiciones químicas del COG crudo y del COG crudo con humedad reducida se muestran en la Tabla 7.

[Tabla 7]

Ejemplo comparativo 5:

EL COG extraído de un horno de coque utilizando carbón tratado para reducir la humedad por los DAP se trató en un horno de carbonización (temperatura de 700 °C o más, catalizador a base de Ni-MgO utilizado) para fabricar gas reformado primario. Este se pasó a través de un depurador para refinarlo, luego se elevó la presión (0,3 MPa) y se elevó la temperatura, sin oxidación parcial, por calentamiento indirecto (800°C) y se suministró a la parte del pozo de un alto horno.

En el tratamiento para reducir la humedad por DAPS, la humedad del carbón se redujo del 7% al 4%. El carbón con humedad reducida fue transportado por una cinta transportadora a una cuba de almacenamiento por encima del horno de coque, luego fue transportado por un carro de salto comercialmente disponible desde la cuba de almacenamiento al interior del horno de coque. De una tubería de derivación proporcionada en la tubería de elevación de coque del horno de coque, se extrajo por succión COG crudo con humedad reducida de aproximadamente 800 °C. El COG crudo de humedad reducida extraído se suministró al horno de carbonización mediante una tubería de gas mantenida a temperatura en sus alrededores para evitar que la temperatura cayera.

El horno de carbonización tenía dimensiones de sección transversal de paso de gas (plano horizontal) de 120 mm x 900 mm y una altura de dirección de paso de gas de 1200 mm. La capa de los cuerpos granulares (capa de catalizador) en el horno de carbonización se formó mientras se mantenía el catalizador (diámetro 15 mm) lleno en el horno de carbonización por un soporte con una parte inferior de una forma de panel de drenaje. La altura era de 600 mm. Durante el funcionamiento, el horno de carbonización se mantuvo a 800 °C de temperatura mediante calentamiento externo y se hizo funcionar durante 2 horas para generar 4 kg de coque. A menos que se indique lo contrario, el coque (carbono sólido) depositado en la capa de catalizador del horno de carbonización no se separó y recuperó de la capa de catalizador durante la operación. Si se separa y recupera periódicamente el coque (carbono sólido) depositado sobre la capa de catalizador, el tiempo de operación se hizo de 24 horas.

Como aparato de refinación se utilizó un depurador. El alquitrán y la mayoría de la humedad en el COG crudo de humedad reducida se eliminaron para fabricar el gas reformado primario. La temperatura del gas después de pasar a través del depurador fue de aproximadamente 50 °C. Se proporcionó una rama para el uso de muestreo en la tubería de paso de gas en el lado de salida del depurador, se extrajo el gas reformado primario, luego se suministró a un aparato de cromatografía de gases disponible comercialmente para el análisis en línea de los constituyentes. Los resultados del análisis se muestran en la Tabla 8 ("Descomposición térmica del COG crudo con humedad reducida").

[Tabla 8]

La cantidad de CO<2>emitida durante la fabricación de hidrógeno se calculó a partir de la cantidad de CO<2>en el gas reformado primario y la cantidad teórica de CO<2>en el gas de escape de combustión en el caso de obtener el calor teórico de reacción en la reacción de descomposición térmica anterior energía requerida para elevar la temperatura y elevar la presión del gas reformado primario mediante la combustión completa del gas natural. Los resultados del cálculo se presentan en la Tabla 2 como los valores de ACO2. El valor obtenido (0,13%) está dentro del intervalo del valor permitido de la cantidad de CO<2>generado al producir hidrógeno permitido al producir el 1 mol de gas hidrógeno mencionado anteriormente (0,16 molCO<2>/molH<2>) (en NPTL 2, cantidad de CO<2>emitido durante la fabricación de hidrógeno permitido al producir gas hidrógeno 1 mol), mientras que las concentraciones de metano e hidrógeno son excesivas. Con esto, no es posible la aplicación a la reducción de gas para el suministro a la parte del pozo de un alto horno.

Ejemplo comparativo 6

La composición química del gas reformado secundario y la cantidad de CO<2>emitido durante la fabricación de hidrógeno que combina el reformado primario y secundario en el caso de usar gas reformado primario obtenido por descomposición térmica del COG bruto de humedad reducida del Ejemplo comparativo 5 con una cantidad de CO<2>emitido durante la fabricación de hidrógeno dentro del intervalo anterior de valores permitidos para fabricar el gas reformado secundario mediante reformado catalítico con vapor se calcularon mediante cálculos termodinámicos suponiendo condiciones de equilibrio a la temperatura de reacción del reformado secundario. Con respecto al reformado secundario, se usaron los valores de las cantidades de generación de los constituyentes en el momento de la descomposición del 100% de metano obtenidos mediante cálculos de equilibrio y los valores obtenidos al hacer las cantidades de generación de los constituyentes respectivamente el 70% de los valores en el momento de aproximadamente el 100% de descomposición de metano y suponiendo el 30% de metano en el gas reformado primario restante como gas reformado (en el reformado, no siempre se obtiene aproximadamente el 100% de descomposición de metano (equilibrio), por lo que también se estudiará un ejemplo donde el metano se descompone de forma incompleta). La Tabla 9 muestra las cantidades de generación de los constituyentes en el momento de la descomposición del 100% del metano utilizado y las cantidades de generación de los constituyentes en el momento de la descomposición del 70%.

[Tabla 9]

Se sabe que los constituyentes del gas obtenido mediante una reacción de reformado con vapor o una reacción de oxidación parcial (sin catalizador) en condiciones que exceden en gran medida los 1000 °C están cerca de la composición de equilibrio a la temperatura final de la reacción (sustancialmente la temperatura del lado de salida del reactor) si se establece suficientemente el tiempo de residencia del gas en el reactor, por lo que al calcular los constituyentes de equilibrio, es posible evaluar el rendimiento de reformado de una reacción de reformado con vapor o una reacción de oxidación parcial (sin catalizador) en condiciones que exceden en gran medida los 1000 °C.

El gas reformado secundario obtenido por reformado catalítico con vapor se fabricó elevando la temperatura del gas reformado primario (a 800 ° C) y tratándolo en el reactor catalítico (vapor añadido (S/C (número de moléculas de H<2>O /número de átomos de C en hidrocarburos) =2, temperatura de reacción 700 ° C o más, y catalizador a base de Ni-MgO utilizado). El gas reformado secundario así fabricado se enfrió una vez, se elevó la presión (0,3 MPa) y luego se elevó la temperatura mediante calentamiento indirecto (800 °C) para obtener un gas que se suministrará a la parte del pozo de un alto horno.

La cantidad de CO<2>emitida durante la fabricación de hidrógeno se calculó a partir del CO<2>derivado de la energía suministrada en el momento del reformado primario, el CO<2>en los constituyentes anteriores y la cantidad teórica de CO<2>en el gas de escape de combustión en el caso de obtener el calor teórico de reacción en la reacción de reformado con vapor anterior energía requerida para elevar la temperatura y elevar la presión del gas reformado secundario mediante la combustión completa del gas natural. Los resultados se muestran en la Tabla 9.

Tanto en la composición de equilibrio en el momento de la descomposición del metano al 100% como en la composición reformada al 70% de no equilibrio, la cantidad de CO<2>emitida durante la fabricación de hidrógeno excedió el valor permisible anterior (0,16 molCO<2>/molH<2>), por lo que fue excesiva. Por consiguiente, el gas reformado secundario de este ejemplo no es adecuado como gas reductor para el suministro a la parte del pozo de un alto horno. Además, la humedad y el hidrógeno en el gas reformado secundario fueron excesivos (valor permitido: 10%). Con eso, no es posible suministrar a la parte del pozo de un alto horno.

Ejemplo comparativo 7:

El reformado catalítico con vapor de COG crudo (COG obtenido del horno de coque sin usar medios de reducción de la humedad, para la composición, véase la Tabla 7) se explicará a continuación.

El COG bruto extraído de un horno de coque (que funcionó durante 24 horas) se trató mediante un reactor catalítico (vapor a 800 °C añadido (S/C=2), temperatura de reacción de 700 °C o más, catalizador a base de Ni-MgO utilizado) para fabricar gas reformado secundario. Este se pasó a través de un depurador para refinarlo, luego se elevó la presión (0,3 MPa) y se elevó la temperatura mediante calentamiento indirecto (800 °C) para obtener gas para su suministro a la parte del pozo de un alto horno. Como se explica en el Ejemplo comparativo 6, las cantidades de generación de los constituyentes del gas reformado secundario en el momento de la descomposición del 100% de metano y las cantidades de generación de los constituyentes en el momento de la descomposición del 70% se encontraron mediante cálculo. Además, la cantidad de CO<2>emitida durante la fabricación de hidrógeno se calculó a partir del CO<2>en los constituyentes anteriores y la cantidad teórica de CO<2>en el gas de escape de combustión en el caso de obtener el calor de reacción teórico en la reacción de vapor catalítico anterior energía requerida para elevar la temperatura y elevar la presión del gas reformado mediante la combustión completa del gas natural. Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 10.

[Tabla 10]

Tanto en la composición de equilibrio en el momento de la descomposición del metano al 100% como en la composición reformada al 70% de no equilibrio, la cantidad de CO<2>emitida durante la fabricación de hidrógeno excedió el valor permisible anterior (0,16 molCO<2>/mol H<2>), por lo que fue excesiva.

Por consiguiente, el gas reformado secundario de este ejemplo no es adecuado como gas reductor para el suministro a la parte del pozo de un alto horno.

Ejemplo comparativo 8

Se explicará el ejemplo de fabricación de gas reformado primario por descomposición térmica del COG bruto de humedad reducida en un horno de carbonización y la fabricación de gas reformado secundario por reformado catalítico con vapor.

Para la fabricación del gas reformado primario, se utilizó gas reformado primario obtenido por descomposición por calor del COG bruto de humedad reducida del Ejemplo comparativo 5. A continuación, el gas reformado primario se elevó en temperatura (800 °C) y se trató mediante el reactor catalítico (vapor añadido (S/C=2, temperatura de reacción 700 °C o más, catalizador a base de Ni-MgO utilizado) para fabricar el gas reformado secundario. Esta se enfrió una vez a temperatura normal, luego se elevó la presión (0,3 MPa) y se elevó la temperatura (800 °C) para obtener gas para suministrar a la parte del pozo de un alto horno. Como se explica en el Ejemplo comparativo 6, las cantidades de generación de los constituyentes en el momento de la descomposición de metano al 100% del gas reformado secundario y las cantidades de generación de los constituyentes en el momento de la descomposición del 70% se encontraron mediante cálculos.

La cantidad de CO<2>emitida durante la fabricación de hidrógeno se calculó a partir del CO<2>derivado de la energía suministrada en el momento del reformado primario, el CO<2>en los constituyentes anteriores y la cantidad teórica de CO<2>en el gas de escape de combustión en el caso de obtener el calor teórico de reacción en la reacción de reformado con vapor catalítico anterior energía requerida para elevar la temperatura y elevar la presión del gas reformado secundario mediante la combustión completa del gas natural. Los resultados se muestran en la Tabla 11.

[Tabla 11]

Tanto en la composición de equilibrio en el momento de la descomposición del metano al 100% como en la composición de reformado al 70% en no equilibrio, la cantidad de CO<2>emitida durante la fabricación de hidrógeno excedió el valor permitido (0,16 molCO<2>/mol H<2>) y fue excesiva. Por consiguiente, en este ejemplo, el gas reformado secundario no es adecuado como gas reductor para el suministro a la parte del pozo de un alto horno. Además, la humedad y el hidrógeno en el gas reformado secundario son excesivos. Con esto como está, el suministro a la parte del pozo de un alto horno no es posible.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para suministrar un gas reductor con contenido de hidrógeno a una parte del pozo de un alto horno, comprendiendo el procedimiento: fabricar un gas reductor con contenido de hidrógeno elevando una temperatura dentro de un reactor donde se suministra un gas con contenido de oxígeno a un gas de horno de coque precalentado de 1200 a 1800 °C para reformar el gas de horno de coque y producir así gas reformado enriquecido en gas hidrógeno, y luego mezclar gas con contenido de CO con ese gas reformado enriquecido en gas hidrógeno en el reactor para ajustar la concentración de hidrógeno del 15 al 35% en volumen (húmedo) y suministrar el gas reductor con contenido de hidrógeno resultante a la parte del pozo del alto horno de manera que el caudal de suministro del gas reductor a la parte del pozo de un alto horno supere 0,42 veces el caudal del gas suministrado a la tobera de alto horno.

2. El procedimiento para suministrar gas reductor a una parte del pozo de un alto horno según la reivindicación 1, donde el gas con contenido de oxígeno es gas oxígeno y el procedimiento para reformar el gas elevando la temperatura en el reactor a 1200 a 1800 °C es la oxidación parcial del gas de horno de coque precalentado.

3. El procedimiento para suministrar gas reductor a una parte del pozo de un alto horno según la reivindicación 1, donde el gas con contenido de oxígeno es vapor producido por la combustión de hidrocarburos y el procedimiento de reformar el gas elevando la temperatura en el reactor a 1200 a 1800 °C es mezclar el gas de combustión de los hidrocarburos con el gas de horno de coque precalentado.

4. El procedimiento para suministrar gas reductor a una parte del pozo de un alto horno según la reivindicación 1, que comprende además:

a) una etapa de aumento de la presión del gas de horno de coque,

b) una etapa de ajuste de un caudal del gas del horno de coque,

c) una etapa de precalentamiento del gas del horno de coque, y

d) una etapa de elevar la temperatura del gas de horno de coque precalentado dentro del reactor donde se suministra gas de oxígeno de 1200 a 1800 °C y reformar el gas mediante oxidación parcial para producir gas reformado enriquecido en gas de hidrógeno, luego mezclar en ese gas reformado el gas con contenido de CO en el reactor para ajustar la concentración de hidrógeno del gas reformado de 15 a 35% en volumen (húmedo) y la temperatura de 800 a 1000 °C para producir gas de hidrógeno de uso de reformado para suministrar a la parte del pozo del alto horno.

5. El procedimiento para suministrar gas reductor a una parte del pozo de un alto horno según la reivindicación 4, donde una concentración de CO en el gas con contenido de CO es de 50% en volumen a menos de 99% en volumen (seco), una concentración de CO<2>es de 0% en volumen (seco) a menos de 1% en volumen (seco), una concentración de H<2>es de 0% en volumen (seco) a menos de 35% en volumen (seco), y una concentración de N2 es de 1% en volumen (seco) a menos de 20% en volumen (seco).

6. El procedimiento para suministrar gas reductor a una parte del pozo de un alto horno según la reivindicación 4, donde el gas con contenido de CO es gas de alto horno, gas de convertidor o gas de síntesis tratado para eliminar el CO<2>.

7. El procedimiento para suministrar gas reductor a una parte del pozo de un alto horno según la reivindicación 4, donde el gas reformado enriquecido con hidrógeno contiene un gas de hidrocarburo en una cantidad de 1% a 5%.

8. El procedimiento para suministrar gas reductor a una parte del pozo de un alto horno según la reivindicación 4, donde un caudal de suministro (mol/s) del gas oxígeno es de 0,4 a menos de 0,5 veces el caudal de suministro (mol/s) de átomos de carbono contenidos en los hidrocarburos en el gas de horno de coque.

9. El procedimiento para suministrar gas reductor a una parte del pozo de un alto horno según la reivindicación 4, donde como gas de horno de coque, se usa gas de horno de coque reformado obtenido tratando gas de horno de coque bruto, obtenido de un horno de coque provisto de medios para reducir la humedad en el gas de horno de coque bruto emitido, en un horno de carbonización mantenido a 700 °C o más para descomponer los hidrocarburos en el gas de horno de coque bruto.

10. El procedimiento para suministrar gas reductor a una parte del pozo de un alto horno según la reivindicación 4, donde la etapa de elevar la presión del gas del horno de coque y la etapa de ajustar el caudal del gas del horno de coque se realizan en ese orden o en orden inverso antes de la etapa de precalentamiento del gas del horno de coque.

11. El procedimiento para suministrar gas reductor a una parte del pozo de un alto horno según la reivindicación 1, que comprende, además:

a) una etapa de hacer correr el gas del horno de coque desde el horno de coque a través de un horno de carbonización y descomponer los hidrocarburos en el gas del horno de coque en coque e hidrógeno para aumentar así la concentración de hidrógeno,

b) una etapa de eliminar el alquitrán y al menos parte de la humedad en el gas que circula a través del horno de carbonización para fabricar un primer gas reformado,

c) una etapa de aumentar la presión del primer gas reformado,

d) una etapa de precalentar el primer gas reformado a presión elevada,

e) una etapa de suministrar el primer gas reformado precalentado a un aparato de reformado por oxidación parcial y suministrar gas de combustión a ese aparato de reformado por oxidación parcial para reformar adicionalmente los hidrocarburos en el primer gas reformado para hacer que la concentración de hidrógeno aumente para fabricar un segundo gas reformado, y

f) una etapa de suministrar el segundo gas reformado desde un puerto de suministro de gas que conduce a la parte del pozo del alto horno al interior del alto horno.

12. El procedimiento para suministrar gas reductor a una parte del pozo de un alto horno según la reivindicación 11, que comprende además elevar la presión del primer gas reformado a al menos 0,2 MPa de presión.

13. El procedimiento para suministrar gas reductor a una parte del pozo de un alto horno según la reivindicación 11, que comprende además precalentar el primer gas reformado a 800 °C a 1000 °C.

14. El procedimiento para suministrar gas reductor a una parte del pozo de un alto horno según la reivindicación 11, que comprende además suministrar gas de combustión al aparato de reformado por oxidación parcial mediante (i) suministrar gas de combustión obtenido suministrando gas oxígeno y gas inflamable a un quemador, (ii) suministrar gas oxígeno y gas inflamable al aparato de reformado parcial para generar gas de combustión dentro de ese aparato de reformado por oxidación parcial y suministrar el mismo, o

(iii) suministrar gas oxígeno al interior del aparato de reformado por oxidación parcial para hacer parte del primer quemador de gas reformado y suministrar el mismo.

15. El procedimiento para suministrar gas reductor a una parte del pozo de un alto horno según la reivindicación 11, que comprende, además, antes de precalentar el primer gas reformado, mantener temporalmente el gas a presión elevada en una botella de gas y aumentar aún más la presión del gas de dicha botella de gas.