BRPI1014167B1 - Método para sequestrar dióxido de carbono de um combustível gasoso de topo - Google Patents

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Description

(54) Título: MÉTODO PARA SEQUESTRAR DIÓXIDO DE CARBONO DE UM COMBUSTÍVEL GASOSO DE TOPO (51) Int.CI.: C10L 3/00 (30) Prioridade Unionista: 20/04/2009 US 61/170,999 (73) Titular(es): MIDREX TECHNOLOGIES, INC.
(72) Inventor(es): GARY EDWARD METIUS; JAMES M. MCCLELLAND JR.
(85) Data do Início da Fase Nacional: 10/10/2011 / 11 “MÉTODO PARA SEQUESTRAR DIÓXIDO DE CARBONO DE UM COMBUSTÍVEL GASOSO DE TOPO”
REFERÊNCIA CRUZADA À APLICAÇÃO RELACIONADA [0001] O presente pedido de patente/patente não provisório reivindica o benefício de prioridade do Pedido de patente Provisório US No 61/170.999, depositado em 20 de abril de 2009, e intitulado “Method and Apparatus for Sequestering Carbon Dioxide From a Top Gas Fuel”, o conteúdo dos quais estão incorporados na totalidade por referência no mesmo.
CAMPO DA INVENÇÃO [0002] A presente invenção refere-se em geral a um método e aparelho para a redução direta de óxido de ferro em ferro metálico, entre outros processos. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a um método e aparelho para sequestrar dióxido de carbono de um gás gasto em associação com tais processos.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [0003] Existe uma necessidade em muitos processos industriais para um método eficaz e eficiente para a remoção de dióxido de carbono a partir de uma fonte de combustível secundária, como uma fonte de combustível gasoso de topo, em um processo de redução direta. Em outras palavras, existe uma necessidade em muitos processos industriais para um método eficaz e eficiente para a remoção de dióxido de carbono a partir de uma fonte de combustível de refugo de outra forma, permitindo que seja usado como uma fonte de combustível primária sem problemas de emissões. Em alguns casos, a política do governo exigiu tal remoção de dióxido de carbono, e a necessidade de controle de emissões de dióxido de carbono só irá aumentar no futuro. Redução direta envolve a redução de minérios de óxido de ferro em pelotas de ferro metalizado, pedaços, ou compactos, onde o óxido de ferro é reduzido por um gás contendo hidrogênio e/ou monóxido de carbono, resultando em um subproduto de dióxido de carbono.
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BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0004] Em uma modalidade exemplar da presente invenção, um método para sequestrar dióxido de carbono de um combustível gasoso de topo, inclui: dado um gás de topo dividido em um gás de processo e um combustível gasoso de topo: misturar o gás de processo com um hidrocarboneto e alimentar um gás de alimentação reformador resultante em um reformador de dióxido de carbono e reformador de vapor para reformar o gás de alimentação reformador e formar um gás de redução, e alimentar o combustível gasoso de topo em um depurador de dióxido de carbono para remover pelo menos algum dióxido de carbono do combustível gasoso de topo e formar um gás combustível reformador após a adição de um hidrocarboneto que é alimentado no reformador de dióxido de carbono e reformador de vapor. O método também inclui comprimir o gás de processo e o combustível gasoso de topo. O método adicionalmente inclui geração de vapor a partir do gás de topo. O método ainda adicionalmente inclui depuração do gás de topo para remover a poeira. Opcionalmente, o gás de topo é obtido a partir de um forno de redução. Opcionalmente, o método ainda adicionalmente inclui a mistura do gás de redução com o oxigênio e um hidrocarboneto para formar um gás de agitação e alimentar o gás de agitação no forno de redução. O depurador de dióxido de carbono também produz gás pobre em dióxido de carbono. O método adicionalmente ainda inclui misturar o gás pobre em dióxido de carbono com o gás de redução. Opcionalmente, o método adicionalmente ainda inclui o pré-aquecimento do gás pobre em dióxido de carbono antes de misturá-lo com o gás de redução ou usá-lo como combustível. O reformador de dióxido de carbono e reformador de vapor também produz gás residual. O método ainda inclui ainda geração de vapor do gás residual. Opcionalmente, o método ainda adicionalmente inclui usar o gás residual para pré-aquecer outro gás. Opcionalmente, o gás de topo e o gás de agitação estão associados a um processo de redução direta para a
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[0005] Em outra modalidade exemplar da presente invenção, um aparelho para sequestrar dióxido de carbono de um combustível gasoso de topo, inclui: um ou mais condutos para dividir um gás de topo em um gás de processo e um combustível gasoso de topo; um ou mais condutos para misturar o gás de processo com um hidrocarboneto e alimentar um gás de alimentação reformador resultante em um reformador de dióxido de carbono e reformador de vapor para reformar o gás de alimentação reformador e formar um gás de redução, e um ou mais condutos para alimentar o combustível gasoso de topo em um depurador de dióxido de carbono para remover pelo menos algum dióxido de carbono do combustível gasoso de topo e formar um gás combustível reformador após a adição de um hidrocarboneto que é alimentado em um reformador de dióxido de carbono e reformador de vapor. O aparelho também inclui um ou mais compressores de gás para comprimir o gás de processo e o combustível gasoso de topo. O aparelho inclui ainda uma caldeira a vapor de baixa pressão para a geração de vapor do gás de topo. O aparelho inclui ainda adicionalmente mais um depurador a úmido para depuração do gás de topo para remover a poeira. Opcionalmente, o gás de topo é obtido a partir de um forno de redução. Opcionalmente, o aparelho ainda adicionalmente inclui um ou mais condutos para misturar o gás de redução com oxigênio e um hidrocarboneto para formar um gás de agitação e alimentar o gás de agitação no forno de redução. O depurador de dióxido de carbono também produz gás pobre em dióxido de carbono. O aparelho ainda adicionalmente inclui um ou mais condutos para misturar o gás pobre em dióxido de carbono com o gás de redução. Opcionalmente, o aparelho ainda adicionalmente inclui m pré-aquecedor para pré-aquecimento do gás pobre em dióxido de carbono antes de misturá-lo com a redução de gás ou de usá-lo como combustível. O reformador de dióxido de carbono e reformador de vapor também produz gás residual. O aparelho ainda adicionalmente inclui
Petição 870180028857, de 10/04/2018, pág. 13/24 / 11 uma caldeira de vapor de baixa pressão para a geração de vapor do gás residual. Opcionalmente, o aparelho ainda adicionalmente inclui um ou mais condutos para o uso do gás residual para pré-aquecer outro gás. Opcionalmente, o gás de topo e o gás de agitação estão associados a um processo de redução direta para a conversão de óxido de ferro para ferro metálico.
[0006] Em ainda uma modalidade exemplar da presente invenção, um método para sequestrar o dióxido de carbono de um gás de refugo e reutilizálo como um gás reciclado sem preocupações de emissões, inclui: dada uma fonte de gás dividida em um gás de processo e um gás de refugo: misturar o gás de processo com um hidrocarboneto e alimentar um gás de alimentação resultante em um reformador paras reformar o gás de alimentação e formar um gás redutor; e alimentar pelo menos uma parte do gás de refugo em um depurador de dióxido de carbono para remover pelo menos algum dióxido de carbono do gás de refugo e formar um gás pobre em dióxido de carbono que é misturado com o gás de redução. Opcionalmente, o método também inclui alimentar pelo menos uma parte do gás de refugo no depurador para remover pelo menos algum dióxido de carbono do gás de refugo e formar um gás combustível após a adição de um hidrocarboneto que é alimentado no reformador.
[0007] Os processos de sequestro do dióxido da presente invenção proporcionam um circuito eficiente pelo qual monóxido de carbono e hidrogênio não utilizados em um processo primário e expelido como gás de refugo pode ser recapturado, enquanto minimizando emissões não desejadas.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0008] A presente invenção é ilustrada e descrita aqui com referência a vários desenhos, em que números de referência são usados como para denotar componentes do aparelho/etapas do método, conforme o caso, e em que:
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A Figura 1 é um diagrama esquemático/processo do método/aparelho para sequestrar dióxido de carbono de um combustível gasoso de topo da presente invenção, e
A Figura 2 é um diagrama esquemático/processo do processo de redução direta da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0009] Referindo-se a figura 1, em uma modalidade exemplar da presente invenção, o aparelho para sequestrar dióxido de carbono de um combustível gasoso de topo 10 inerentemente inclui um forno de redução do tipo de eixo vertical tipo 12 ou similar. Neste exemplo, o forno de redução de 12 inclui um funil de alimentação (não ilustrado) em que pelotas de óxido de ferro, pedaços ou compactos são alimentados em uma taxa predeterminada. As pelotas de óxido de ferro, pedaços ou compactos descem por gravidade para dentro do forno de redução 12 do funil de alimentação através de um tubo de alimentação (não ilustrado), que também serve como um tubo de vedação de gás. Na parte inferior do forno de redução 12 está um tubo de descarga (não ilustrado), que ainda serve como um tubo de vedação de gás. Um alimentador de descarga (não ilustrado), tal como um alimentador vibratório elétrico ou similar, está disposto abaixo do tubo de descarga e recebe as pelotas de ferro metálico, pedaços, ou compactos, estabelecendo assim um sistema para a descida gravitacional da carga através do forno de redução 12.
[00010] A aproximadamente do ponto médio do forno de redução 12 está um sistema de agitação e alcaravizs (não ilustrado), através do qual o gás quente de redução é introduzido a uma temperatura de entre cerca de 700°C e cerca de 1050°C. O gás quente de redução flui para cima através de uma região de redução do forno de redução de 12, contra o fluxo de pelotas, pedaços, ou compactos, e sai do forno de redução 12 através de um tubo de gás de passagem (não ilustrado), localizado no topo do forno de redução 12.
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O tubo de alimentação se estende abaixo do tubo de gás de passagem, este arranjo geométrico cria um plenum de desengate de gás gasto que permite que o gás gasto desengate a partir da linha de estoque e flua livremente para o tubo de gás de passagem. O gás quente de redução em que flui do sistema de agitação e do sistema de alcaravizs ao tubo de gás de passagem, serve para aquecer as pelotas de óxido de ferro, pedaços ou compactos e reduzi-los a pelotas de ferro metálico, pedaços, ou compactos (ou seja, via redução direta). O gás quente de redução contém hidrogênio, nitrogênio, monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano e vapor de água que reduz as pelotas de óxido de ferro, pedaços ou compactos e produzir um gás gasto, ou gás de topo, contendo dióxido de carbono e vapor de água.
[00011] Referindo -se a FIG. 2, os processos de redução direta utilizados aqui controlam as condições de redução, temperaturas e produtos químicos no ponto onde o gás de agitação entra no forno de redução 12 ajustando adições de gás pobre em dióxido de carbono, gás natural, e oxigênio ao gás de redução um pouco antes. Estes processos de redução direta são descritos em geral na patente US n ° 3.748.120, intitulada “Método de redução de óxido de ferro para ferro metálico,” patente US n ° 3.749.386, intitulada “Método para a redução dos óxidos de ferro em um processo de redução gasosa”, patente US n ° 3.764.123, intitulada “Aparelho para a redução de óxido de ferro para ferro metálico”, patente US n ° 3816101, intitulada “Método para a redução dos óxidos de ferro em um processo de redução gasosa”, patente US n ° 4.046.557, intitulada “Método para produzir partículas de ferro metálico”, e patentes US N ° 5.437.708, intitulada “Produção de carbeto de ferro em forno de cuba”, os conteúdos de todos que estão incorporados na totalidade por referência neste documento.
[00012] A carga do forno de redução atua como um grande reator adiabático e promove reações de equilíbrio na zona da injeção de gás de agitação. Como o gás de agitação entra no forno de redução 12 e passa através
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12.
[00013] As reações de carburização são afetadas pelos seguintes fatores de redução do fluxo de gás:
1. Relação do gás hidrogênio inicial de redução: monóxido de carbono;
2. Teor de gás metano inicial de redução;
3. Temperatura do gás inicial de redução;
4. Adição de gás natural ao gás de redução;
5. Adição de oxigênio ao gás de redução;
6. Adição de gás pobre em dióxido de carbono ao gás de redução;
7. Relação do redutor final do gás de agitação: oxidante, e
8. Pressão do gás final de agitação.
[00014] Em condições normais de operação, a qualidade do gás inicial de redução é rigorosamente controlada e torna-se o fator de estabilidade primária para o processo de redução direta. Como o gás de redução flui para o forno de redução 12, o gás natural é adicionado com base na análise do teor de metano do gás de agitação final. Isto proporciona um ajuste para estabilizar qualquer variação no conteúdo de metano do gás de redução inicial, e afeta o potencial de carburização do gás de agitação final. O oxigênio é adicionado ao gás de redução para aumentar a temperatura do gás de agitação final e melhorar a cinética do processo de redução do minério de ferro.
[00015] Opcionalmente, as condições de operação usadas incluem préaquecer a adição de gás natural, reduzindo o teor de gás metano igual ou inferior a cerca de 12 por cento, e fluxo de adição de oxigênio /ton igual ou inferior a cerca de 30 Nm3/t.
[00016] Durante o uso do aparelho de redução direta, o gás sai da fonte
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[00017] Referindo-se novamente a figura 1, de acordo com a presente invenção, o gás de topo do tubo do gás de passagem do forno redução 12 flui através de outro tubo (não ilustrado) para uma caldeira de vapor de baixa pressão 14. Isto permite a geração eficiente de vapor para uso em outras partes do processo, tal como na etapa de remoção de dióxido de carbono z
descritos em maiores detalhes aqui abaixo. Água de alimentação da caldeira é alimentada à caldeira de vapor de baixa pressão 14 e, como mencionado aqui anteriormente, o vapor gerado é recirculado através do processo ou usados em outros lugares.
[00018] O gás de topo é então direcionado a um depurador a úmido 20 que é fornecido para resfriar o gás de topo e remover o pó, com uma saída de água. O depurador a úmido 20 pode ser de qualquer tipo convencional conhecido por aqueles especialistas na técnica, tal como um venturi com uma torre empacotada (não ilustrado), com o gás de topo fluindo para baixo através do venturi e depois para cima através do contra-fluxo do empacotamento para refrigeração da água.
[00019] O gás de topo sai do depurador a úmido 20 em duas correntes pela influência de uma válvula (não ilustrado). A primeira corrente representa o gás de processo e o segundo gás representa o combustível gasoso de topo (ou seja, resíduo). A relação dessas correntes é definida pelo calor disponível em um reformador de dióxido de carbono e vapor 24 acoplado a primeira corrente, que normalmente é constante, resultando em uma relação exemplar de 1:1 (com o uso de gás pobre em dióxido de carbono reciclado), 2:1 (sem o
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[00020] O gás de processo a partir do depurador a úmido 20 é alimentado a um compressor 22 e comprimido a uma pressão desejada, e depois alimentado a um misturador (não ilustrado), onde o gás de processo é misturado com gás natural. Este gás de alimentação do reformador é então alimentado ao reformador de dióxido de carbono e vapor 24. O reformador de dióxido de carbono e vapor 24 inclui queimadores a combustível (não ilustrado), produzindo gás residual aquecido contendo nitrogênio, dióxido de carbono e água através de combustão e uma pluralidade de tubos reformadores catalíticos (não ilustrado), o mais recente do que utilizam gás de alimentação reformador e calor da combustão para formar o gás de redução que é alimentado de volta para o forno de redução 12 após a introdução de oxigênio, gás natural e gás pobre em dióxido de carbono, resultando em gás de agitação.
[00021] O combustível gasoso de topo do depurador a úmido 20 também é alimentado a um compressor 26 e comprimido a uma pressão desejada, antes da introdução em um depurador de dióxido de carbono 28. O depurador de dióxido de carbono 28 tem uma entrada de vapor de baixa pressão, opcionalmente obtida a partir de qualquer das caldeiras de vapor de baixa pressão 14, 32 do aparelho para sequestrar o dióxido de carbono de um combustível gasoso de topo 10, e saídas de água de alimentação da caldeira, enxofre e dióxido de carbono. A água de alimentação da caldeira pode ser na entrada de qualquer uma das caldeiras de vapor de baixa pressão 14, 32 do aparelho para sequestrar o dióxido de carbono de um combustível gasoso de topo 10. Outra saída do depurador de dióxido de carbono 28 é gás pobre em dióxido de carbono, que quando misturado com o gás natural torna-se, em parte, o gás residual reformador que é alimentado no reformador de dióxido de carbono e vapor 24.
[00022] O depurador de dióxido de carbono 28 pode incluir qualquer
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[00023] Em uma modalidade exemplar da presente invenção, esta corrente de gás pobre em dióxido de carbono/gás de redução em última análise representa cerca de 20 por cento do fornecimento de gás de agitação ao forno de redução12, enquanto o reformador de dióxido de carbono e vapor reduzindo a corrente de gás em última análise, representa cerca de 80 por cento do fornecimento de gás de agitação para o forno de redução 12, apesar de outras percentagens são contempladas aqui.
[00024] Um tubo de retirada de gás residual (não ilustrado) é fornecido ao reformador de dióxido de carbono e vapor 24 para remover o gás residual contendo nitrogênio, dióxido de carbono, e água após a combustão. O gás residual flui através de um ou vários trocadores de calor, incluindo uma
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z
Água de alimentação da caldeira é alimentada à caldeira de vapor de baixa pressão 32, opcionalmente, a partir do depurador de dióxido de carbono 28, e, como mencionado aqui anteriormente, o vapor gerado é recirculado através do processo ou usado em outros lugares. A caldeira de vapor de baixa pressão 32 pode assim ser acoplada ao pré-aquecedor opcional 30.
[00025] Embora a presente invenção foi ilustrada e descrita aqui com referência às modalidades preferidas e exemplos específicos da mesma, será facilmente perceptível para aqueles especialistas na técnica que outras modalidades e exemplos podem desempenhar funções semelhantes e/ou obter tais resultados. Todas tais modalidades e exemplos equivalentes estão dentro do espírito e escopo da presente invenção, são contemplados, assim, e se destinam a ser abrangidas pelas seguintes reivindicações. A este respeito, a descrição acima detalhada da presente invenção é considerada não limitativa e abrangente na medida do possível.
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Claims (12)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para sequestrar dióxido de carbono de um combustível gasoso de topo compreendendo:
    dado um gás de topo obtido de um forno de redução, depurado a úmido, e dividido em um gás de processo e um combustível gasoso de topo:
    misturar o gás de processo com um hidrocarboneto e alimentar um gás de alimentação reformador resultante em um reformador de dióxido de carbono e vapor para a reforma do gás de alimentação reformador e formar um gás de redução que é alimentado de volta para o forno de redução; e alimentar pelo menos uma parte do combustível gasoso de topo em um depurador de dióxido de carbono para a remoção de pelo menos algum dióxido de carbono do combustível gasoso de topo e formar um gás pobre em dióxido de carbono que é misturado com o gás de redução e utilizado como um gás combustível reformador;
    caracterizado pelo fato de que uma relação do gás de processo para o gás de topo é responsiva ao calor disponível no reformador de dióxido de carbono e vapor no qual o gás de alimentação reformador é alimentado; e em que a relação do gás de processo para o gás de topo é 1:1 quando o gás pobre em dióxido de carbono é utilizado para se misturar com o gás de redução e é 2:1 quando o gás pobre em dióxido de carbono não é utilizado para se misturar com o gás de redução.
  2. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente alimentar pelo menos uma parte do combustível gasoso de topo no depurador de dióxido de carbono para remover pelo menos algum dióxido de carbono do combustível gasoso de topo e formar um gás combustível reformador após a adição de um hidrocarboneto que é alimentado no reformador de dióxido de carbono e vapor.
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    2 / 2
  3. 3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente comprimir o gás de processo e o combustível gasoso de topo.
  4. 4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente gerar vapor do gás de topo.
  5. 5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente depurar o gás de topo para remover poeira.
  6. 6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás de topo é obtido de um forno de redução.
  7. 7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente misturar o gás de redução com oxigênio e um hidrocarboneto para formar gás de agitação e alimentar o gás de agitação em um forno de redução.
  8. 8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente pré-aquecer o gás pobre em dióxido de carbono antes de misturá-lo com o gás de redução e usá-lo como combustível.
  9. 9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reformador de dióxido de carbono e vapor também produz gás residual.
  10. 10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente gerar vapor de um gás residual.
  11. 11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente usar o gás residual para préaquecer um outro gás.
  12. 12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás de topo e o gás de redução são associados com um processo de redução direta para converter óxido de ferro a ferro metálico.
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    1/2
    OXIGÊNIO
    2/2
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