BRPI0616607A2 - mÉtodos para produzir hidrogÊnio e/ou outros gases a partir de resÍduos e calor residual de usina siderérgica e para produÇço de uma corrente de hidrogÊnio e/ou monàxido de carbono, e outros gases - Google Patents

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Abstract

MÉTODOS PARA PRODUZIR HIDROGÊNIO E/OU OUTROS GASES A PARTIR DE RESÍDUOS E CALOR RESIDUAL DE USINA SIDERéRGICA E PARA PRODUÇçO DE UMA CORRENTE DE HIDROGÊNIO E/OU MONàXIDO DE CARBONO, E OUTROS GASES. É revelado um método para produzir hidrogênio e/ou outros gases a partir de resíduos e calor residula de usina siderúrgica. O método compreende as etapas de prover resíduo líquido de usina siderúrgica tipo escória líquida em um reator. A escória líquida é posta em contato com água e/ou vapor na presença de uma agente redutor para formar uma corrente de hidrogênio e/ou outros gaese. O hidrogênio e/ou outros gases podem então ser extraídos da corrente de gases do reator.

Description

"MÉTODOS PARA PRODUZIR HIDROGÊNIO E/OU OUTROS GASES A PARTIR DE RESÍDUOS E CALOR RESIDUAL DE USINA SIDERÚRGICA E PARA PRODUÇÃO DE UMA CORRENTE DE HIDROGÊNIO E/OU MONÓXIDO DE CARBONO, E OUTROS GASES"
CAMPO DE APLICAÇÃO A presente invenção diz respeito a um método para produzir hidrogênio e/ou outros gases a partir de resíduos e/ou calor residual de usina siderúrgica. A corrente de gás produzida pode também compreender hidrogênio, monóxido de carbono e outros gases.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Com o crescente uso e esgotamento de fontes não renováveis de energia, tais como petróleo, gás natural e carvão, hidrogênio está sendo cada vez mais considerado um combustível alternativo viável. Existe uma boa quantidade de processos para separação e coleta de gás hidrogênio. Entre esses, os mais populares são eletrólise e o uso de altas temperaturas de reatores nucleares ou usinas de processamento de petróleo para dividir água (H2) em hidrogênio e oxigênio. Esses processos são caros, já que envolvem o uso de eletricidade ou outros produtos químicos, tais como ácido sulfúrico, iodeto de hidrogênio, zinco metálico e óxido de zinco, que precisam de regeneração e manuseio em circuito fechado. Isto torna a produção de hidrogênio um processo dispendioso.
Na usina siderúrgica, os resíduos gerados, como escória líquida, de conversores a oxigênio básicos, denominada escória LD, a uma temperatura de cerca de 1600°C a 1700°C, são armazenados provisoriamente em poços para remoção e processamento posterior. Na presente invenção, o calor deste material residual pode ser usado para a produção de corrente de gás compreendendo gás hidrogênio ou hidrogênio e monóxido de carbono.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO O objetivo principal da presente invenção, portanto, é usar o calor de resíduos de usinas siderúrgicas, como escórias líquidas, para gerar hidrogênio, pela divisão de água e/ou vapor, ou uma mistura dos dois, na presença de um agente redutor.
Um outro objetivo da presente invenção é usar o calor de resíduo de usina siderúrgica para gerar hidrogênio, monóxido de carbono e/ou outros gases pela divisão de água ou vapor, ou uma mistura dos dois, na presença de um material carbonáceo.
Água divide-se em hidrogênio e oxigênio a 1800°K, isto é, a 1527°C. Na presente invenção, água e/ou vapor podem ser divididos em hidrogênio e oxigênio usando o calor disponível em resíduos de usinas siderúrgicas como escórias líquidas.
O material residual de escória líquida pode compreender escória de aciaria, como escórias da dessulfuração, conversor, forno a arco elétrico (EAF), de alto forno, escórias de ferro-cromo e ferro-manganês, em forno a arco submerso (SAF), ou uma mistura dessas escórias.
Água e/ou vapor entram em contato com escória líquida na presença de agentes redutores em um reator, como, por exemplo, um material carbonáceo.
A presença de FeO e/ou outros agentes redutores, tal como carbono, na forma de carvão, coque ou blocos refratários melhora o processo de geração de hidrogênio. Na temperatura operacional acima 1500°C, é ainda possível que hidrogênio recombine com oxigênio para formar água. Entretanto, FeO presente na escória reage com oxigênio para formar óxidos de maior valência, tais como Fe2O3 e Fe3O4. A atividade termodinâmica de oxigênio nas proximidades
imediatas da escória é reduzida, reduzindo assim as chances de recombinação de hidrogênio e oxigênio.
A presença de fortes desoxidantes, tal como carbono (na forma de carvão, coque ou blocos de grafite), melhora a cinética de remoção de oxigênio, melhorando assim a eficiência do processo de geração de hidrogênio. Materiais residuais como agentes redutores como materiais carbonáceos, são abundantemente disponíveis em usinas siderúrgicas para uso neste processo para auxiliar na geração de hidrogênio pelo contato de água e/ou vapor com escória líquida na presença de um agente redutor no reator.
Assim, a presente invenção fornece um método para produzir hidrogênio e/ou outros gases a partir de resíduos e calor residual de usina siderúrgica, compreendendo as etapas de prover resíduo líquido de uma usina siderúrgica, como escória líquida, em um reator, colocar a escória líquida em contato com água e/ou vapor na presença de um agente redutor para formar uma corrente de hidrogênio e/ou outros gases; e extrair hidrogênio e/ou outros
gases da dita corrente.
DHSCRICÃO RESUMIDA DOS DESENHOS A invenção pode ser agora descrita com detalhes com a ajuda
da figura do desenho anexo, em que:
A figura 1 mostra uma configuração esquemática para produzir uma corrente de gases usando resíduos de usinas siderúrgicas e seu calor residual de acordo com a presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO Água e/ou vapor é jateado em escória LD, ou outros resíduos
de usinas siderúrgicas, com temperatura acima de 1600°C. O resíduo é tanto estático, por exemplo, em um reator estático ou uma panela ou um recipiente 1 ou no terreno, quanto móvel (por exemplo, sendo vazado ou em movimento fluídico para baixo em uma inclinação ou em um transferidor). A água jateada através de uma linha de água 3 respinga imediatamente quando entra em contato com a escória quente. Os gases que emanam são canalizados através de uma coifa 2 colocada sobre a área e coletada usando um tubo de coleta de gás 4.
A temperatura preferida da escória líquida no reator é maior que cerca de 1250 0C quando a água é jateada na escória líquida. O oxigênio gerado a partir da divisão de água reagirá com o carbono presente, formando monóxido de carbono. A corrente de gás compreendendo hidrogênio e monóxido de carbono pode então ser coletada do reator.
Na presente invenção, a produção de uma corrente de gás compreende hidrogênio e monóxido de carbono na razão em volume entre 1:0,2 e 1:1.
A corrente de gás produzida no reator compreende pelo menos por cento em volume de gás hidrogênio e não mais que cerca de 15 por cento em volume de dióxido de carbono.
Em uma outra modalidade, a corrente de gás extraído pode compreender hidrogênio e monóxido de carbono na razão de 1:1 a cerca de 8:1.
A água presente pode ser extraída da corrente de gás para
reciclagem.
A água entra em contato com a escória líquida no reator, jateando-se água usando um bico de aspersão. Vapor pode também ser injetado na escória líquida no reator usando uma lança.
O agente redutor ou o material carbonáceo pode ser injetado na escória líquida no reator juntamente com a água e/ou vapor.
O material carbonáceo a ser injetado na escória fundida pode compreender material selecionado de um grupo que consiste em carvão, coque, resíduo de usina siderúrgica, resíduo municipal e resíduo de mina de carvão. A razão de água para material carbonáceo injetado pode ser de cerca de 1:0,1 a 1:1.
Para promover a formação de hidrogênio, um fluxante pode ser adicionado à escória líquida e ao material carbonáceo.
A partir da corrente de hidrogênio e/ou outros gases produzidos pelo método da presente invenção, o hidrogênio e monóxido de carbono podem ser separados.
O uso de resíduos de usinas siderúrgicas e seu calor residual é um método barato para geração de hidrogênio ou hidrogênio e monóxido de carbono. 90 milhões de toneladas de escória LD produzidas anualmente podem ser uma fonte principal de suprimento de gás hidrogênio em todo o mundo.

Claims (19)

1. Método para produzir hidrogênio e/ou outros gases a partir de resíduos e calor residual de usinas siderúrgicas, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: - prover resíduo fundido de uma usina siderúrgica, como escória líquida, em um reator; - colocar a escória líquida em contato com água e/ou vapor na presença de um agente redutor para formar uma corrente de hidrogênio e/ou outros gases; e - extrair hidrogênio e/ou outros gases da dita corrente.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita escória líquida é uma de escória de alto forno, escória de dessulfuração de aciaria, escória de conversor de aciaria, escória de ferro- cromo ou ferro-manganês em forno a arco submerso (SAF), ou uma mistura destas.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de colocar em contato compreende jatear água na dita escória líquida usando uma linha de água com um bico de aspersão.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a temperatura da dita escória líquida durante o dito jateamento de água é maior que 1250 °C.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de colocar em contato compreende injetar vapor na dita escória líquida usando uma lança.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de colocar em contato compreende injetar o dito agente redutor juntamente com injetar a dita água e/ou vapor na dita escória líquida.
7. Método para produção de uma corrente de hidrogênio e/ou monóxido de carbono, e outros gases, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: - prover resíduo líquido de uma usina siderúrgica, como escória líquida, em um reator; - colocar a escória líquida em contato com água e/ou vapor na presença de um material carbonáceo para formar uma corrente de hidrogênio e/ou outros gases; e - extrair a dita corrente de gases do dito reator.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a dita escória líquida é uma de escória de alto forno, escória de dessulfuraçao de aciaria, escória de conversor de aciaria, escória de ferro- cromo ou ferro-manganês em forno a arco submerso (SAF), ou uma mistura destas.
9. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de colocar em contato compreende jatear água na dita escória líquida usando um bico de aspersão.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a temperatura da dita escória líquida durante a dita etapa de injeção de água é maior que 1.250 °C.
11. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de colocar em contato compreende injetar vapor na dita escória líquida usando uma lança.
12. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de colocar em contato compreende injetar o dito material carbonáceo juntamente com injetar a dita água e/ou vapor na dita escória líquida.
13. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dito material carbonáceo compreende um material selecionado de um grupo que consiste em carvão, coque, resíduo de usina siderúrgica, resíduo municipal e resíduo de mina de carvão.
14. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a razão de água para material carbonáceo é entre 1:0,1 e 1:1.
15. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que um fluxante é adicionado à dita escória líquida e ao dito material carbonáceo para promover a formação de hidrogênio.
16. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a razão em volume de hidrogênio e monóxido de carbono produzidos é na faixa de 1:0,2 e 1:1.
17. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a dita corrente de gás extraída do dito reator compreende pelo menos 10 por cento em volume de hidrogênio.
18. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a dita corrente de gás produzida no reator compreende não mais que 15 por cento em volume de dióxido de carbono.
19. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a corrente de gás compreende uma razão de hidrogênio / monóxido de carbono de 1:1 a cerca de 8:1.
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