ES2248014T3 - Procedimiento de siterizacion de mineral de hierro con emisiones reducidas de gases toxicos por recirculacion del gas residual. - Google Patents

Abstract

Un método de sinterizar mineral de hierro en un tren de sinterización, método que comprende proporcionar un material de alimentación a sinterizar y depositar el citado material de alimentación sobre una parrilla móvil, hacer arder el citado material de alimentación usando un quemador o quemadores del sinterizador y quemar el citado material de alimentación aspirando aire a través del material de alimentación con una pluralidad de cajas de aspiración de aire situadas a lo largo del tren, para producir gases residuales y productos sinterizados ricos en hierro, caracterizado porque sólo los gases residuales procedentes del 20% final de la pluralidad de cajas de aspiración de aire en las que la temperatura de los gases supera 250ºC se recirculan para proporcionar gas de combustión para el material de alimentación o gas para el quemador o quemadores de ignición del tren de sinterización, para reducir sustancialmente o eliminar la producción de dioxinas, y en el que los gases residuales se enfrían rápidamente a una temperatura por debajo de 200ºC.

Description

Procedimiento de sinterización de mineral de hierro con emisiones reducidas de gases tóxicos por recirculación del gas residual.

Esta invención se refiere a la eliminación de subproductos tóxicos que se generan durante la sinterización de mineral de hierro. En particular, la invención concierne a un método y un aparato para eliminar la síntesis de contaminantes orgánicos clorados, especialmente dioxinas y furinas policloradas (en lo sucesivo abreviadamente PCDD/F), y el desprendimiento de gases ácidos durante la sinterización.

La conversión de mineral de hierro, por ejemplo, en aglomerados ricos en hierro para su posterior reducción en hornos altos es un proceso que se conoce como sinterización. El proceso de sinterización comprende calentar una capa de mineral de hierro hasta producir su fusión parcial que origina que las partículas individuales de hierro se fusionen entre sí. El calor necesario para conseguir esto lo proporciona la combustión forzada de coque fino (conocido como carbonilla de coque) que se mezcla inter alia con el mineral de hierro que se ha de reducir y funde antes de ser suministrado a una planta de sinterización. El proceso es continuo; una parrilla móvil transporta la mezcla a sinterizar, en forma de lecho, a una caperuza de ignición que hace arder al coque en la superficie superior del lecho de sinterización. Después, se mantiene la combustión del coque debajo de la mezcla por aire que circula a través del lecho. La circulación de aire puede ser generada por un ventilador. Típicamente, la parrilla móvil lleva la mezcla a sinterizar sobre una serie de "cajas de aspiración de aire" que aspiran aire a través de la mezcla a sinterizar.

En un tren convencional de sinterización, los gases residuales pasan desde las cajas de aspiración de aire, a través de tubos de aspiración, a un "conducto principal de aire". Estos gases contienen emisiones nocivas que incluyen, inter alia, PCDD/F, óxidos de nitrógeno y otros compuestos ácidos, como cloruro de hidrógeno y dióxido de azufre. Por lo tanto, típicamente el gas residual se trata para lavarlo antes de expulsarlo a la atmósfera.

Las PCDD/F presentan dos de los subproductos potencialmente más perjudiciales de combustión del proceso de sinterización. Las PCDD/F son una familia de compuestos orgánicos clorados que tienen respectivamente las fórmulas generales (A) y (B):

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El grado de toxicidad varía dependiendo del número y posición de las sustituciones de cloro en el anillo aromático.

Hay evidencias que sugieren que se forman precursores de PCDD/F por pirólisis y cloración del material orgánico que representa los productos más importantes de la combustión, como cloruro de hidrógeno, monóxido de carbono, agua, hidrógeno, etileno y acetileno. Por lo tanto, las PCDD/F se sintetizan de novo como resultado de reacciones térmicas entre compuestos precursores. Por ejemplo, el precursor pentaclorofenol (C) puede reaccionar produciendo la dioxina octaclorodioxina (D). Después de su formación, algunas de las PCDD/F pueden recombinarse corriente abajo produciendo un conjunto diferente de compuestos que pueden tener toxicidad mayor o menor. Algunos de los isómeros no tóxicos pueden ser convertidos en isómeros tóxicos y viceversa.

También se reivindica que la "huella" de isómeros tóxicos es específica de su mecanismo de formación; por ejemplo, en procesos de combustión, se sintetizan furanos en mayor extensión que dioxinas y el furano pentaclorado es el contribuyente mayor de la toxicidad total.

El conocimiento creciente de los efectos a largo plazo sobre el medio ambiente por el desprendimiento de tales compuestos tóxicos a la atmósfera ha generado la necesidad de producir un mecanismo relativamente económico y eficaz de disminuir los compuestos orgánicos clorados y ácidos en forma de subproductos gaseosos de procesos de combustión.

En el pasado, se han dedicado muchos esfuerzos a reducir los gases orgánicos tóxicos desprendidos en emisiones de hornos de incineración de materiales de residuos sólidos urbanos. La tecnología de control aplicada más frecuentemente implica el uso de un absorbedor de secado por aspersión seguido de un dispositivo de control de materia en partículas, lo más comúnmente un filtro de tela o de carbono activado. Esta tecnología controla la emisión de gases ácidos, como cloruro de hidrógeno, al proporcionar una reacción de neutralización con carbonato cálcico (cal). Los materiales sólidos resultantes (por ejemplo, CaCl_{2}) se capturan corriente abajo del sitio de inyección de la cal. Se supone que las PCDD/F gaseosas son capturadas por absorción superficial por el depósito del filtro. Aunque este método reduce emisiones tóxicas gaseosas en plantas incineradoras en una extensión limitada, requiere mucha inversión de capital y es un proceso complejo. Además, incrementa significativamente la masa de residuos sólidos a eliminar e introduce el problema de la eliminación de residuos sólidos orgánicos clorados tóxicos.

En la patente EP-A-371945 se describe otro método usado para eliminar residuos sólidos urbanos. Este documento describe un método para extraer dioxinas de un gas, método que comprende poner en contacto el gas con un aerosol líquido durante un período de tiempo predeterminado. Las partículas presentes en el aerosol se cargan eléctricamente y posteriormente se separan del gas con ayuda de un precipitador electrostático húmedo o campo eléctrico.

El amoníaco gaseoso o los compuestos que desprenden amoníaco, como las alcanolaminas, han demostrado un potencial para controlar simultáneamente emisiones de varios contaminantes de interés, como dioxinas, cloruro de hidrógeno, dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno.

Los autores de la presente invención han descrito en la patente EP-A-0875587 un método eficiente y económico de reducir emisiones tóxicas, más especialmente la formación de PCDD/F, en un tren de sinterización manteniendo en niveles bajos la cantidad de amoníaco gaseoso desprendido a la atmósfera y sin necesidad de introducir modificaciones complejas en equipos de sinterización existentes.

Este método comprende las etapas secuenciales de producir un material de alimentación a sinterizar mezclando de modo sustancialmente homogéneo, inter alia, mineral de hierro con 0,01 a 0,09% en peso de un compuesto sólido que desprende amoníaco por descomposición térmica, depositar el citado material de alimentación sobre una parrilla móvil y quemarlo para producir productos sinterizados ricos en hierro.

La patente BE-A-877216 describe un horno de sinterización de cinta en el que, en una caperuza de ignición de mineral, se usa aire procedente de un enfriador del material sinterizado para conseguir economías en consumo de gas natural. El mineral a aglomerar se alimenta sobre la cinta de material a sinterizar que se desplaza encima de una fila de cajas de aspiración de aire, la primera de las cuales está cubierta por una caperuza de ignición.

La patente FR-A-2444720 describe un sistema de circulación de gases para una cinta de material a sinterizar, en el que los gases recogidos en cajas aspirantes situadas a lo largo de la cinta se purifican y alimentan a la zona final de enfriamiento de la planta de sinterización.

La patente GB-A-707583 describe un proceso de calcinación o sinterización en el que los gases residuales extraídos a través de un lecho de material a sinterizar se dividen en porciones de gases relativamente más calientes y más fríos, recirculándose la porción de gases más calientes a través del lecho de material a sinterizar.

Los autores de la presente invención han descubierto ahora un método alternativo de reducir emisiones tóxicas con o sin adición de productos químicos exógenos al tren de sinterización.

Se sabe que las dioxinas se forman a una temperatura dentro del intervalo de 200 a 400ºC. La formación de dioxinas se ha reducido en otras industrias asegurando que los gases residuales que pueden producir dioxinas se enfrían por debajo de 250ºC lo más pronto posible para evitar tiempos de reacción prolongados a este intervalo crítico de temperatura. Sin embargo, en un tren de sinterización la situación es más compleja; el gas pasa a través de un lecho compacto de la mezcla a sinterizar y la temperatura del gas en el fondo del tren de sinterización cuando entra en cada caja de aspiración de aire será diferente dependiendo de la posición de la caja a lo largo del tren. Típicamente, en el primer 70% de las cajas de aspiración de aire la temperatura de salida es relativamente estable (aproximadamente 100ºC). Esta temperatura aumenta rápidamente hacia el final del tren, alcanzando picos de hasta 400ºC, y después cae ligeramente al final del tren.

Se ha encontrado que existe una buena relación entre la temperatura del gas en el punto de toma de muestra y el nivel de dioxinas medido en el gas. La figura 1 ilustra la relación entre la temperatura de los gases residuales y el número de la caja de aspiración de aire a lo largo del tren de sinterización. La figura 2 ilustra la relación entre la formación de PCDD/F en los gases residuales y el número de la caja de aspiración de aire a lo largo del tren de sinterización.

En consecuencia, en un aspecto la invención proporciona un método de sinterizar mineral de hierro en un tren de sinterización, método que comprende proporcionar un material de alimentación a sinterizar y depositar el citado material de alimentación sobre una parrilla móvil, hacer arder el citado material de alimentación usando un quemador o quemadores del tren de sinterización y quemar el citado material de alimentación aspirando aire a través del material de alimentación con una pluralidad de cajas de aspiración de aire situadas a lo largo del tren, para producir gases residuales y productos sinterizados ricos en hierro,

caracterizado porque sólo los gases residuales procedentes del 20% final de la pluralidad de cajas de aspiración de aire en las que la temperatura de los gases supera 250ºC se recirculan para proporcionar gas de combustión para el material de alimentación o gas para el quemador o quemadores de ignición del tren de sinterización, para reducir sustancialmente o eliminar la producción de dioxinas, y en el que los gases residuales se enfrían rápidamente a una temperatura por debajo de 200ºC.

Se ha encontrado que la recirculación de los gases residuales de esta manera consume las dioxinas en el frente de la llama cuando las dioxinas pasan a través de la mezcla de sinterización o en el quemador.

La invención puede implicar enfriar los gases residuales en una o más de las cajas de aspiración de aire. En una realización, se puede reducir la temperatura inyectando un líquido o un gas (por ejemplo, amoníaco gaseoso) en los gases residuales en cada caja de aspiración de aire y/o en los gases residuales durante su paso después de cada caja de aspiración de aire. El líquido puede ser agua y se puede añadir, por ejemplo, en forma de vapor. Preferiblemente, el líquido comprende amoníaco que puede reducir más el nivel de dioxinas en el gas. El caudal al que se puede introducir el líquido puede ser determinado por el caudal al que se aspira aire en las cajas de aspiración de aire.

Alternativamente o además, la superficie exterior de cada caja de aspiración de aire y/o la superficie exterior de cualquier conducto que salga de cada caja de aspiración de aire puede ser enfriada por suministro de un fluido (líquido o gas), por ejemplo, agua, por ejemplo, en forma de vapor.

Alternativamente o además, la parrilla móvil del tren de sinterización puede ser enfriada, por ejemplo, con agua, por ejemplo, en forma de vapor.

En otra realización, se puede usar un cambiador de calor para bajar la temperatura de los gases residuales.

El material de alimentación a sinterizar puede incluir 0,01 a 0,09% en peso de un compuesto sólido que desprenda amoníaco por descomposición térmica. Este compuesto que desprende amoníaco se puede mezclar de modo sustancialmente homogéneo con mineral de hierro en el material de alimentación a sinterizar.

A continuación se describe la invención sólo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos en los que:

la figura 1 ilustra la relación entre la temperatura de los gases residuales y el número de la caja de aspiración de aire a lo largo del tren de sinterización, como se ha descrito antes en el texto,

la figura 2 ilustra la relación entre la formación de PCDD/F en los gases residuales y el número de la caja de aspiración de aire a lo largo del tren de sinterización, como se ha descrito antes en el texto, y

la figura 3 ilustra un tren convencional de sinterización.

Con referencia a la figura 3, el tren comprende una parrilla móvil 1 sobre la que se depositan constituyentes premezclados de un lecho de sinterización desde una tolva 2. El mezclado de estos constituyentes se realiza en una mezcladora 3. Los constituyentes mezclados incluyen mineral de hierro y finos de mineral de hierro, cal calcinada, carbonilla de coque y, opcionalmente, cantidades medidas de compuestos que desprenden amoníaco en forma sólida, por ejemplo, en forma de gránulos.

El lecho depositado de material de alimentación a sinterizar pasa por debajo de una caperuza de ignición 4, que hace arder la carbonilla de coque, aumentándose y continuando la combustión por la circulación de cantidades grandes de aire aspirado a través del lecho por una serie de cajas de aspiración de aire (no mostradas) a lo largo del tren. El mineral sinterizado sale del lecho al final de la parrilla lejos de la tolva 2 y pasa a través de una serie de etapas de tratamiento. Los gases residuales de la combustión salen del horno por una chimenea 5.

El tren ilustrado es típico de muchos trenes convencionales, siendo la diferencia esencial que los gases residuales que contienen niveles de toxicidad superiores a los límites deseados se recirculan específicamente o que los gases residuales de una temperatura adecuada para la formación de dioxinas tóxicas se enfrían rápidamente.

Se debe apreciar que lo anterior es simplemente ilustrativo de métodos y aparatos de acuerdo con la invención y que se pueden hacer fácilmente diversas modificaciones sin salirse del alcance de la invención que se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (11)

1. Un método de sinterizar mineral de hierro en un tren de sinterización, método que comprende proporcionar un material de alimentación a sinterizar y depositar el citado material de alimentación sobre una parrilla móvil, hacer arder el citado material de alimentación usando un quemador o quemadores del sinterizador y quemar el citado material de alimentación aspirando aire a través del material de alimentación con una pluralidad de cajas de aspiración de aire situadas a lo largo del tren, para producir gases residuales y productos sinterizados ricos en hierro, caracterizado porque sólo los gases residuales procedentes del 20% final de la pluralidad de cajas de aspiración de aire en las que la temperatura de los gases supera 250ºC se recirculan para proporcionar gas de combustión para el material de alimentación o gas para el quemador o quemadores de ignición del tren de sinterización, para reducir sustancialmente o eliminar la producción de dioxinas, y en el que los gases residuales se enfrían rápidamente a una temperatura por debajo de 200ºC.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el enfriamiento rápido de los gases residuales se realiza en una caja de aspiración de aire.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la temperatura de los gases residuales se reduce añadiendo un líquido o un gas en una caja de aspiración de aire.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la temperatura de los gases residuales se reduce añadiendo un líquido o un gas a los gases residuales después de que estos salgan de cada caja de aspiración de aire.

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en el que el líquido es agua en forma de vapor.

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en el que el gas es amoníaco gaseoso.

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en el que el líquido comprende amoníaco.

8. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, en el que el caudal al que se añade el líquido se determina por el caudal al que se aspira aire en las cajas de aspiración de aire.

9. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, en el que la superficie exterior de una caja de aspiración de aire y/o la superficie exterior de cualquier conducto que salga de una caja de aspiración de aire se enfría por aporte de un fluido.

10. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material de alimentación a sinterizar incluye 0,01 a 0,09% en peso de un compuesto sólido que desprende amoníaco por descomposición térmica.

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el compuesto que desprende amoníaco se mezcla de modo sustancialmente homogéneo con mineral de hierro en el material de alimentación a sinterizar.