ES2995175T3 - Oxygen injection system for a direct reduction process - Google Patents
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Abstract
Un sistema de inyección de oxígeno para un proceso de reducción directa, que incluye: un cabezal de inyección de gas circunferencial común adaptado para ser acoplado a una fuente de oxígeno y a una fuente de gas natural de enriquecimiento y adaptado para suministrar oxígeno desde la fuente de oxígeno y gas natural de enriquecimiento desde la fuente de gas natural de enriquecimiento a una corriente de gas reductor que fluye a través de un conducto dispuesto axialmente dentro del cabezal de inyección de gas circunferencial común a través de una pluralidad de puertos dispuestos circunferencialmente para formar una corriente de gas reductor; en donde el cabezal de inyección de gas circunferencial común incluye un cabezal de inyección de oxígeno circunferencial adaptado para suministrar el oxígeno desde la fuente de oxígeno a la corriente de gas reductor a través de la pluralidad de puertos dispuestos circunferencialmente y un cabezal de inyección de gas natural de enriquecimiento circunferencial adaptado para suministrar el gas natural de enriquecimiento desde la fuente de gas natural de enriquecimiento a la corriente de gas reductor a través de la pluralidad de puertos dispuestos circunferencialmente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de inyección de oxígeno para un proceso de reducción directa
ANTECEDENTES
Refiriéndose específicamente a La FIG. 1, en un proceso convencional de reducción directa (DR), un gas reductor 10 calentado, consistente principalmente en H2 y CO hecho por reformado de gas natural, (o syngas) se introduce en un horno de árbol (SF) a través de un sistema bustle y tuyere para reducir los óxidos de hierro a hierro metalizado. Típicamente, un combustible de hidrocarburo de enriquecimiento, tal como el gas natural de enriquecimiento (EnNG) 12, y O214 son inyectados dentro de la corriente de gas reductor 10 antes de entrar en el SF. El EnNG 12 actúa como partida química para el reformado in situ dentro de la SF, incrementándose la reducción por haciéndolo más reductor. Sin embargo, este reformado in situ consume una cantidad significativa de calor, lo que reduce la temperatura de la cama y disminuye la cinética de las reacciones de reducción en la SF. La combustión del O2 14 inyectado con el gas reductor 10 mantiene la temperatura del gas de combustión a unos 900 grados C o más antes de entrar en el SF y compensa el calor consumido por el reformado in situ dentro del SF.
Típicamente, el O214 es inyectado dentro del conducto 16 utilizado a través de un único tubo y el EnNG 12 es inyectado a través de varios tubos dispuestos circunferencialmente. Estos tubos 12,14 se auto enfrían por el gas que fluye solo, un menos se utilizan tubos refrigerados por agua. El O2 14 y el EnNG 12 se inyectan en diferentes ubicaciones a lo largo del conducto 16 para asegurar la combustión estable y segura del O2 14, ya que el efecto refrigerante del EnNG 12 puede perjudicar la combustión y/o el encendido. Una purga de gas inerte 20 está emparejada fluidamente al tubo de inyección de O214. Generalmente, el único tubo de inyección de O2 14 incorpora una o dos boquillas de inyección de O2, mientras que el tubo de inyección de EnNG 12 está emparejado a un cabezal circunferencial 22 que incluye de cuatro a ocho orificios de inyección circunferenciales, por ejemplo.
En general, esta configuración sufre varios problemas importantes:
(1) hay una capacidad limitada de reducción del flujo de O214 a través del tubo de inyección, por que la tasa de flujo de O2 suficiente para el auto enfriamiento debe ser mantenido y el suministro de O2 no puede ser agotado; (2) sólo un pequeño número de tubos de inyección de O214 puede ser utilizado por esta reducida capacidad de reducción de O2 para cada tubo y un menor número de puntos de inyección de O2 hace difícil distribuir el O2 14 uniformemente en la corriente de gas resultante 18;
(3) la pared del conducto alrededor del punto de inyección de O2 puede desarrollar un punto caliente debido al calor de radiación de la llama de O2 a menos que el tubo de inyección de O2 14 se proyecte lo suficientemente lejos a través de la pared del conducto - esta proyección más larga puede causar el doblado del tubo de inyección de O2 14, requiriendo el reemplazo frecuente del tubo de inyección de O2 14;
(4) para resolver los problemas anteriores, un tubo de inyección de O2 refrigerado por agua 14 puede ser utilizado, pero esto hace que el sistema en su conjunto más complejo y costoso, y el agua de refrigeración del gas bustle 18 podría fallar, y
(5) aunque la posibilidad de que el O214 reaccione con el EnNG 12 es mínima, ya que se inyectan en ubicaciones diferentes, mientras que el EnNG 12 permanece en su mayor parte sin reaccionar y tiende a reducir la temperatura del gas de combustión, el O2 14 reacciona principalmente con el H2 y el CO de la corriente de gas reductor 10 para reducir la cantidad de reductor y maximizar el aumento de temperatura por la oxidación completa.
El documento US2002/007699 divulga otro sistema de inyección de oxígeno para un proceso de reducción directa, donde el oxígeno y el gas natural son inyectados en puertos comunes dispuestos axialmente alrededor de un conducto.
Así, un sistema mejorado de inyección de O2 y EnNG que resuelva estos problemas es necesario para los procesos de DR.
RESUMEN
En diversas realizaciones ejemplares, la presente divulgación mejora la flexibilidad de la tasa de flujo para un tubo de inyección de O2 sin aplicar refrigeración por agua. El número de puntos de inyección de O2 se incrementa, tal que el O2 y el EnNG pueden ser distribuidos más uniformemente en la corriente de gas. Además, la presente divulgación hace posible inyectar O2 de forma segura muy cerca del punto de inyección de EnNG, tal que la combustión parcial del EnNG se potencia y la temperatura del gas reductor que entra en el SF se reduce en comparación con una configuración de oxidación completa.
La presente divulgación optimiza la ratio O2/EnNG en el punto de inyección de O2 para maximizar la combustión parcial y minimizar la deposición de C. Esto se consigue por: La optimización de la ratio O2/EnNG en el punto de inyección de O2. Esto se consigue por:
(1) enfriar los tubos de inyección de O2 utilizando gas de recubrimiento EnNG en una configuración de inyección coaxial EnNG/O2;
(2) la capacidad de reducción de la tasa de flujo de O2, o el posible flujo cero de O2, para cada tubo habilitado por (1) habilita que el número de puntos de inyección se incremente, por lo cual el<o>2 se distribuye de manera más uniforme en la corriente de gas de barrido;
(3) el tubo de inyección de O2 de menor diámetro se aloja dentro del orificio de gas de la cubierta de EnNG de gran diámetro para mantener una velocidad de gas de O2 mucho mayor que la del EnNG, lo que previene un enfriamiento excesivo por parte del EnNG en el área de combustión de O2 y estabiliza la combustión de O2 incluso con la configuración de inyección coaxial EnNG/O2;
(4) un orificio de ladrillo ubicado corriente arriba previene que los flujos alrededor de las ubicaciones de inyección de O2/EnNG se alteren demasiado - la configuración de inyección coaxial EnNG/O2 con la combinación del orificio de ladrillo corriente arriba incrementa significativamente la combustión parcial de EnNG, generando gas reductor mientras se minimiza el incremento de temperatura del gas reductor; y
(5) con lo anterior, la deposición de C puede ocurrir alrededor de los puntos de inyección de O2 si la cantidad de sustancias pesadas en el EnNG es elevada o si la ratio de flujo EnNG/O2 es alta dividiendo la inyección de EnNG en dos ubicaciones (una alrededor del punto de inyección de O2 y otra más corriente abajo) se optimiza la ratio O2/EnNG en el punto de inyección de O2 para maximizar la combustión parcial y minimizar la deposición de C.
En una realización ejemplar, la presente divulgación proporciona un sistema de inyección de oxígeno para un proceso de reducción directa, incluyendo: un cabezal de inyección de gas circunferencial común adaptado para emparejarse a una fuente de oxígeno y a una fuente de gas natural de enriquecimiento y adaptado para entregar oxígeno desde la fuente de oxígeno y gas natural de enriquecimiento desde la fuente de gas natural de enriquecimiento a una corriente de gas reductor que fluye a través de un conducto axialmente dispuesto dentro del cabezal de inyección de gas circunferencial común a través de una pluralidad de puertos circunferencialmente dispuestos para formar una corriente de gas reductor; en el que el cabezal de inyección de gas circunferencial común incluye un cabezal de inyección de oxígeno circunferencial adaptado para entregar el oxígeno de la fuente de oxígeno a la corriente de gas reductor a través de la pluralidad de puertos circunferencialmente dispuestos y un cabezal de inyección de gas natural de enriquecimiento circunferencial adaptado para entregar el gas natural de enriquecimiento de la fuente de gas natural de enriquecimiento a la corriente de gas reductor a través de la pluralidad de puertos circunferencialmente dispuestos. El cabezal de inyección de oxígeno circunferencial y el cabezal de inyección de gas natural de enriquecimiento circunferencial están dispuestos axialmente. El cabezal de inyección de gas natural de enriquecimiento circunferencial está dispuesto axialmente dentro del cabezal de inyección de oxígeno circunferencial. El cabezal de inyección de oxígeno circunferencial incluye una pluralidad de tubos circunferencialmente dispuestos adaptados para emparejarse a través del cabezal de inyección de gas natural de enriquecimiento circunferencial y una pluralidad de boquillas circunferencialmente dispuestas emparejadas a la pluralidad de tubos circunferencialmente dispuestos adaptados para emparejarse con la pluralidad de puertos circunferencialmente dispuestos. La tasa de flujo de oxígeno a través de cada uno de la pluralidad de tubos circunferencialmente dispuestos es variable. Opcionalmente, la tasa de flujo de gas de enriquecimiento a través de cada uno de la pluralidad de puertos circunferencialmente dispuestos es variable. El sistema de inyección de oxígeno incluye además una purga de gas inerte emparejada a la fuente de oxígeno. El sistema de inyección de oxígeno incluye además un orificio de ladrillo dispuesto circunferencialmente sobre el conducto aguas arriba del cabezal de inyección de gas circunferencial común. Opcionalmente, el sistema de inyección de oxígeno incluye adicionalmente otro cabezal de inyección de gas natural de enriquecimiento circunferencial dispuesto sobre el conducto desde el cabezal de inyección de gas circunferencial común y adaptado para entregar gas natural de enriquecimiento adicional desde la fuente de gas natural de enriquecimiento a la corriente de gas reductor a través de una pluralidad adicional de puertos circunferencialmente dispuestos.
En otra realización ejemplar, la presente divulgación proporciona un método de inyección de oxígeno para un proceso de reducción directa, incluyendo: Proporcionar un cabezal de inyección de gas circunferencial común adaptado para acoplarse a una fuente de oxígeno y a una fuente de gas natural de enriquecimiento y adaptado para entregar oxígeno desde la fuente de oxígeno y gas natural de enriquecimiento desde la fuente de gas natural de enriquecimiento a una corriente de gas reductor que fluye a través de un conducto axialmente dispuesto dentro del cabezal de inyección de gas circunferencial común a través de una pluralidad de puertos circunferencialmente dispuestos para formar una corriente de gas reductor; en el que el cabezal de inyección de gas circunferencial común incluye un cabezal de inyección de oxígeno circunferencial adaptado para entregar el oxígeno de la fuente de oxígeno a la corriente de gas reductor a través de la pluralidad de puertos dispuestos circunferencialmente y un cabezal de inyección de gas natural enriquecido circunferencial adaptado para entregar el gas natural enriquecido de la fuente de gas natural enriquecido a la corriente de gas reductor a través de la pluralidad de puertos dispuestos circunferencialmente. El cabezal de inyección de oxígeno circunferencial y el cabezal de inyección de gas natural de enriquecimiento circunferencial están dispuestos axialmente. El cabezal de inyección de gas natural de enriquecimiento circunferencial está dispuesto axialmente dentro del cabezal de inyección de oxígeno circunferencial. El cabezal de inyección de oxígeno circunferencial incluye una pluralidad de tubos circunferencialmente dispuestos adaptados para ser dispuestos a través del cabezal de inyección de gas natural de enriquecimiento circunferencial y una pluralidad de boquillas circunferencialmente dispuestas emparejadas a la pluralidad de tubos circunferencialmente dispuestos adaptados para ser colocados con la pluralidad de puertos circunferencialmente dispuestos. El método de inyección de oxígeno incluye además variar una tasa de flujo de oxígeno a través de cada una de la pluralidad de tubos circunferencialmente dispuestos. Opcionalmente, el método de inyección de oxígeno incluye además variar una tasa de flujo de gas de enriquecimiento a través de cada uno de la pluralidad de puertos circunferencialmente dispuestos. El método de inyección de oxígeno incluye además proporcionar un gas inerte de purga acoplado a la fuente de oxígeno. El método de inyección de oxígeno incluye además proporcionar un orificio de ladrillo circunferencialmente dispuesto sobre el conducto corriente arriba del cabezal de inyección de gas circunferencial común.
Opcionalmente, el método de inyección de oxígeno incluye además proporcionar otro cabezal de inyección de gas natural de enriquecimiento circunferencialmente dispuesto sobre el conducto corriente abajo del cabezal de inyección de gas circunferencial común y adaptado para suministrar gas natural de enriquecimiento adicional desde la fuente de gas natural de enriquecimiento a la corriente de gas reductora a través de una pluralidad adicional de orificios circunferencialmente desechados.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La presente divulgación se ilustra y describe en el presente documento con referencia a los diversos dibujos, en los que se utilizan números de referencia similares para denotar componentes del sistema/pasos del método similares, según sea apropiado, y en los que:
La Fig. 1 es un diagrama esquemático que ilustra un sistema y método convencional de inyección de O2 y EnNG, utilizando puntos separados de inyección de O2 y EnNG;
La FIG. 2 es un diagrama esquemático que ilustra una realización ejemplar del sistema y método de inyección de O2 y EnNG de la presente divulgación, utilizando puntos de inyección de O2 y EnNG comunes y coaxiales; y La FIG. 3 es un diagrama esquemático que ilustra otra realización ejemplar del sistema y método de O2 y EnNG de la presente divulgación, utilizando puntos de inyección de O2 y EnNG comunes y coaxiales, así como un punto de inyección de EnNG separado.
DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIONES
De nuevo, en diversas realizaciones ejemplares, la presente divulgación mejora la flexibilidad de la tasa de flujo para un tubo de inyección de O2 sin aplicar refrigeración por agua. El número de puntos de inyección de O2 se incrementa, tal que el O2 y el EnNG pueden ser distribuidos más uniformemente en la corriente de gas. Además, la presente divulgación permite inyectar O2 de forma segura muy cerca del punto de inyección de EnNG, tal que aumenta la combustión parcial del EnNG y se reduce la temperatura del gas reductor que entra en el SF en comparación con una configuración de oxidación completa.
La presente divulgación optimiza la ratio O2/EnNG en el punto de inyección de O2 para maximizar la combustión parcial y minimizar la deposición de C. Esto se consigue por:
(1) el enfriamiento de los tubos de inyección de O2 utilizando gas de recubrimiento EnNG en una configuración coaxial de inyección de EnNG/O2;
(2) la capacidad de reducción de la tasa de flujo de O2, o el posible flujo cero de O2, para cada tubo habilitado por (1) permite aumentar el número de puntos de inyección, por lo cual el O2 se distribuye de manera más uniforme en la corriente de gas de combustión;
(3) el tubo de inyección de O2 de menor diámetro se aloja dentro del orificio de gas de la cubierta de EnNG de gran diámetro para mantener una velocidad de gas de O2 mucho mayor que la del EnNG, lo que previene un enfriamiento excesivo por parte del EnNG en el área de combustión de O2 y estabiliza la combustión de O2 incluso con la configuración de inyección coaxial EnNG/O2;
(4) un orificio de ladrillo ubicado corriente arriba previene que los flujos alrededor de las ubicaciones de inyección de O2/EnNG se alteren demasiado - la configuración de inyección coaxial EnNG/O2 con la combinación del orificio de ladrillo corriente arriba aumenta significativamente la combustión parcial de EnNG, generando gas reductor mientras se minimiza el incremento de temperatura del gas reductor; y
(5) con lo anterior, la deposición de C puede ocurrir alrededor de los puntos de inyección de O2 si la cantidad de sustancias pesadas en el EnNG es alta o si el ratio de flujo EnNG/O2 es alto dividiendo la inyección de EnNG en dos ubicaciones (una alrededor del punto de inyección de O2 y otra más corriente abajo) se optimiza el ratio O2/EnNG en el punto de inyección de O2 para maximizar la combustión parcial y minimizar la deposición de C.
Refiriéndose ahora específicamente a la FIG. 2, en una realización ejemplar, el sistema 100 de inyección común de O2 y EnNG de la presente divulgación utiliza inyección coaxial de O2 14 y EnNG 12 en la misma ubicación, a través de un cabezal 24 de inyección circunferencial común desechado alrededor del conducto 16 de gas reductor, formando de ese modo el gas 18 que se entrega al SF. El cabezal de inyección circunferencial común 24 incluye un cabezal de inyección de O2 circunferencial exterior 26 y un cabezal de inyección de EnNG circunferencial interior 28 que utilizan colectivamente una pluralidad de puertos de inyección de gas circunferenciales comunes 30. En esta realización ejemplar, cada uno de los tubos de inyección de O232 está desechado a lo largo de un radio del cabezal de inyección circunferencial común 24 a través del cabezal de inyección de EnNG circunferencial interior 28, y está ubicado con y sobresale a través de uno de los puertos de inyección de EnNG circunferenciales 30. Una purga de gas inerte 20 está emparejada al O214 como antes.
Así, el tubo de O232 es enfriado por el gas EnNG que sale de los orificios circunferenciales 30 del cabezal de EnNG 28 instalado en el conducto de gas 16 activado. Esto permite una mayor flexibilidad y capacidad de reducción (incluido el flujo cero) de la tasa de flujo de O2 para cada tubo de inyección de O232.
La flexibilidad de este flujo de O2 hace posible incrementar el número de puntos de inyección de O2 y EnNG circunferencialmente y distribuye el O2 y el EnNG de forma más uniforme en el flujo de gas 18. Además, proporciona flexibilidad para interrumpir el flujo de O2 en algunos de los tubos de inyección de o 232 sin extraerlos del sistema 100.
Por la aplicación de tubos de inyección de O232 de menor diámetro dentro del orificio de gas de la cubierta EnNG 30 de mayor diámetro para mantener una velocidad de gas para el O2 superior a la del EnNG, puede ser conseguida una combustión estable del O2 sin verse influida por el efecto refrigerante del EnNG. Esto hace posible inyectar el O2 de forma segura y cercana al punto de inyección del EnNG en el conducto reductor de gas 16.
El gas EnNG que sale del orificio 30 protege la pared refractaria del conducto que rodea los tubos 32 de O2 del calor de radiación de la llama de O2, a pesar de que la proyección de los tubos 32 de O2 desde la pared refractaria es mínima. Tal proyección mínima por extender la vida útil de los tubos de inyección de O232.
Un orificio de ladrillo 34 o similar se desecha corriente arriba del cabezal circunferencial común 24 y ventila el flujo turbulento alrededor del lugar de inyección de O2/EnNG. Esta configuración coaxial de inyección O2/EnNG junto con el orificio de ladrillo 34 desechado corriente arriba aumenta significativamente la combustión parcial del EnNG 12.
Refiriéndose ahora específicamente a la FIG. 3, en otra realización ejemplar, el sistema de inyección común de O2 y EnNG 100 de la presente divulgación utiliza de nuevo la inyección coaxial de O214 y EnNG 12 en el mismo lugar, a través de un cabezal de inyección circunferencial común 24 desechado alrededor del conducto de gas reductor 16, formando así el gas de combustión 18 que es entregado al SF. El cabezal de inyección circunferencial común 24 incluye un cabezal de inyección de O2 circunferencial exterior 26 y un cabezal de inyección de EnNG circunferencial interior 28 que utilizan colectivamente una pluralidad de puertos de inyección de gas circunferenciales comunes 30. En esta realización ejemplar, cada uno de los tubos de inyección de O214 está desechado a lo largo de un radio del cabezal de inyección circunferencial común 24 a través del cabezal de inyección de EnNG circunferencial interior 26, con una boquilla de O232 colocada con y que sobresale a través de uno de los puertos de inyección de EnNG circunferenciales 30. Una purga de gas inerte 20 está emparejada al O2 14 como antes.
Así, el tubo de O2 14 es enfriado por el gas EnNG 12 que sale por los orificios circunferenciales 30 del cabezal EnNG 28 instalado en el conducto de gas 16 activado. Esto permite una mayor flexibilidad y capacidad de reducción (incluyendo el flujo cero) de la tasa de flujo de O2 para cada tubo de conexión de O2 14.
La flexibilidad de este flujo de O2 14 hace posible incrementar el número de puntos de inyección de O2 y EnNG circunferencialmente y distribuye el O2 y el EnNG más uniformemente en la corriente de gas 18. Además, proporciona la flexibilidad de detener el flujo de O2 14 a algunos de los tubos de inyección de O214 sin extraerlos del sistema 100.
Por la aplicación de tubos de inyección de O2 14 de menor diámetro en el interior del orificio de gas de revestimiento 30 del EnNG, de mayor diámetro, para mantener una velocidad de gas para el O2 superior a la del EnNG, puede conseguirse una combustión estable del O2 sin verse influida por el efecto refrigerante del EnNG. Esto hace posible inyectar el O2 de forma segura y cercana al punto de inyección del EnNG en el conducto de gas reductor 16.
El revestimiento de gas EnNG 12 protege la pared refractaria del conducto alrededor de la boquilla de O232 del calor de radiación de la llama de O2, a pesar de que la proyección del tubo de O2 14 desde la pared refractaria es mínima. Tal proyección mínima prolonga así la vida útil del tubo de inyección de O214.
De nuevo, un orificio de ladrillo 34 o similar se desecha corriente arriba del cabezal circunferencial común 24 y previene el flujo turbulento alrededor del lugar de inyección de O2/EnNG. Esta configuración coaxial de inyección de O2/ENG emparejada a un orificio de ladrillo 34 desechado aguas arriba aumenta significativamente la combustión parcial del EnNG 12.
También aquí, un cabezal de inyección de EnNG circunferencial 36 esta emparejado a la fuente de EnNG 12 y es utilizado, inyectando el EnNG dentro de la corriente de gas 18 dentro del conducto 16 a través de una pluralidad de puertos de inyección de EnNG 38 circunferenciales separados. En la primera realización, con la configuración de inyección coaxial O2/EnNG, la deposición de C puede ocurrir alrededor de los puntos de inyección de O2 si la cantidad de partículas pesadas en el EnNG es alta o si el ratio de flujo EnNG/O2 es alto. Dividir la inyección de EnNG en dos ubicaciones (una alrededor del punto de inyección de O2 y otra en una ubicación corriente abajo) permite optimizar el ratio O2/EnNG en el punto de inyección de O2 para maximizar la combustión parcial y minimizar la deposición de C. El ratio óptimo es O2/EnNG en el punto de inyección de O2. El ratio óptimo es O2/EnNG = 0,5 ~ 1,2, o preferiblemente 0,7 ~ 1,0, en base molar/volumen.
Así, de nuevo, la presente divulgación mejora la flexibilidad de la tasa de flujo para un tubo de inyección de O2 sin aplicar refrigeración por agua. El número de puntos de inyección de O2 es incrementado, tal que el O2 y el EnNG pueden ser distribuidos más uniformemente en el flujo de gas de combustión. Además, la presente divulgación hace posible inyectar O2 de forma segura muy cerca del punto de inyección de EnNG, tal que aumenta la combustión parcial del EnNG y se reduce la temperatura del gas reductor que entra en el SF en comparación con una configuración de oxidación completa.
La presente divulgación optimiza la ratio O2/EnNG en el punto de inyección de O2 para maximizar la combustión parcial y minimizar la deposición de C. Esto se consigue por: La optimización de la ratio O2/EnNG en el punto de inyección de O2. Esto es conseguido por:
(1) refrigerar los tubos de inyección de O2 utilizando gas de revestimiento de EnNG en una configuración coaxial de inyección de EnNG/O2;
(2) la capacidad de reducción de la tasa de flujo de O2, o el posible flujo cero de O2, para cada tubo habilitado por (1) permite aumentar el número de puntos de inyección, así distribuir el O2 de manera más uniforme en la corriente de gas;
(3) el tubo de inyección de O2 de menor diámetro se aloja dentro del orificio de gas del revestimiento de EnNG de gran diámetro para mantener una velocidad de gas de O2 mucho mayor que la del EnNG, lo que previene un enfriamiento excesivo por parte del EnNG en el área de combustión de<o>2 y estabiliza la combustión de O2 incluso con la configuración de inyección coaxial de EnNG/O2;
(4) un orificio de ladrillo ubicado corriente arriba previene que los flujos alrededor de las ubicaciones de inyección de O2/EnNG se alteren demasiado - la configuración de inyección coaxial EnNG/O2 con la combinación del orificio de ladrillo corriente arriba aumenta significativamente la combustión parcial de EnNG, generando gas reductor mientras se minimiza el incremento de temperatura del gas reductor; y
(5) con lo anterior, la deposición de C puede ocurrir alrededor de los puntos de inyección de O2 si la cantidad de pesados en el EnNG es alta o si el ratio de flujo EnNG/O2 es alto dividiendo la inyección de EnNG en dos ubicaciones (una alrededor del punto de inyección de O2 y otra más corriente abajo) optimiza el ratio O2/EnNG en el punto de inyección de O2 para maximizar la combustión parcial y minimizar la deposición de C.
Aunque la presente divulgación se ilustra y describe en el presente documento con referencia a realizaciones preferidas y ejemplos específicos de las mismas, será fácilmente evidente para los expertos en la materia que otras realizaciones y ejemplos pueden llevar a cabo funciones similares y/o conseguir resultados similares. El ámbito de la invención es definido por las reivindicaciones adjuntas.
Claims (15)
1. Sistema de inyección de oxígeno para un proceso de reducción directa, que comprende:
un cabezal de inyección de gas circunferencial común adaptado para emparejarse a una fuente de oxígeno y a una fuente de gas natural de enriquecimiento y adaptado para entregar oxígeno desde la fuente de oxígeno y gas natural de enriquecimiento desde la fuente de gas natural de enriquecimiento a una corriente de gas reductor que fluye a través de un conducto dispuesto axialmente dentro del cabezal de inyección de gas circunferencial común a través de una pluralidad de puertos dispuestos circunferencialmente para formar una corriente de gas reductor;
caracterizado porqueel cabezal de inyección de gas circunferencial común está formado por un cabezal de inyección de oxígeno circunferencial adaptado para entregar el oxígeno de la fuente de oxígeno a la corriente de gas reductor a través de la pluralidad de puertos dispuestos circunferencialmente y un cabezal de inyección de gas natural de enriquecimiento circunferencial adaptado para entregar el gas natural de enriquecimiento de la fuente de gas natural de enriquecimiento a la corriente de gas reductor a través de la pluralidad de puertos dispuestos circunferencialmente; y en el que el cabezal de inyección de gas natural de enriquecimiento circunferencial está dispuesto axialmente dentro del cabezal de inyección de oxígeno circunferencial.
2. El sistema de inyección de oxígeno de la reivindicación 1, en el que el cabezal de inyección de oxígeno circunferencial comprende una pluralidad de tubos circunferencialmente dispuestos adaptados para emparejarse a través del cabezal de inyección de gas natural de enriquecimiento circunferencial y una pluralidad de boquillas circunferencialmente dispuestas emparejadas a la pluralidad de tubos circunferencialmente dispuestos adaptados para emparejarse con la pluralidad de puertos circunferencialmente dispuestos.
3. El sistema de inyección de oxígeno de la reivindicación 2, en el que cada uno de la pluralidad de tubos circunferencialmente dispuestos está adaptado para entregarse una tasa de flujo de oxígeno variable.
4. El sistema de inyección de oxígeno de la reivindicación 2, en el que cada uno de la pluralidad de puertos dispuestos circunferencialmente está adaptado para entregar una tasa variable de flujo de gas de enriquecimiento.
5. El sistema de inyección de oxígeno de la reivindicación 1, comprende además una purga de gas inerte emparejada a la fuente de oxígeno.
6. El sistema de inyección de oxígeno de la reivindicación 1, comprende además un orificio de ladrillo dispuesto circunferencialmente sobre el conducto corriente arriba del cabezal de inyección de gas circunferencial común.
7. El sistema de inyección de oxígeno de la reivindicación 1, comprende además otro cabezal de inyección de gas natural de enriquecimiento circunferencial dispuesto sobre el conducto aguas abajo del cabezal de inyección de gas circunferencial común y adaptado para entregar gas natural de enriquecimiento adicional desde la fuente de gas natural de enriquecimiento a la corriente de gas reductor a través de una pluralidad adicional de puertos circunferencialmente dispuestos.
8. Un método de inyección de oxígeno para un proceso de reducción directa, que comprende:
proporcionar un cabezal de inyección de gas circunferencial común adaptado para emparejarse a una fuente de oxígeno y a una fuente de gas natural de enriquecimiento y adaptado para entregar oxígeno desde la fuente de oxígeno y gas natural de enriquecimiento desde la fuente de gas natural de enriquecimiento a una corriente de gas reductor que fluye a través de un conducto axialmente dispuesto dentro del cabezal de inyección de gas circunferencial común a través de una pluralidad de puertos circunferencialmente dispuestos para formar una corriente de gas reductor;
caracterizado porqueel cabezal de inyección de gas circunferencial común está formado por un cabezal de inyección de oxígeno circunferencial adaptado para entregar el oxígeno de la fuente de oxígeno a la corriente de gas reductor a través de la pluralidad de puertos circunferencialmente dispuestos y un cabezal de inyección de gas natural de enriquecimiento circunferencial adaptado para entregar el gas natural de enriquecimiento de la fuente de gas natural de enriquecimiento a la corriente de gas reductor a través de la pluralidad de puertos circunferencialmente dispuestos; y
en el que el cabezal de inyección de gas natural de enriquecimiento circunferencial está desechado axialmente dentro del cabezal de inyección de oxígeno circunferencial.
9. El método de inyección de oxígeno de la reivindicación 8, en el que el cabezal de inyección de oxígeno circunferencial comprende una pluralidad de tubos circunferencialmente dispuestos adaptados para ser dispuestos a través del cabezal de inyección de gas natural de enriquecimiento circunferencial y una pluralidad de boquillas circunferencialmente dispuestas emparejadas a la pluralidad de tubos circunferencialmente dispuestos adaptados para ser emparejados con la pluralidad de puertos circunferencialmente dispuestos.
10. El método de inyección de oxígeno de la reivindicación 9, que comprende además variar una tasa de flujo de oxígeno a través de cada una de la pluralidad de tubos circunferencialmente dispuestos.
11. El método de inyección de oxígeno de la reivindicación 9, que comprende además variar una tasa de flujo de gas de enriquecimiento a través de cada una de la pluralidad de puertos dispuestos circunferencialmente.
12. El método de inyección de oxígeno de la reivindicación 9, en el que un ratio de flujo del oxígeno con respecto al gas natural de enriquecimiento es de 0,5 a 1,2 sobre una base molar/volumen.
13. El método de inyección de oxígeno de la reivindicación 8, que comprende además proporcionar una purga de gas inerte emparejada a la fuente de oxígeno.
14. El método de inyección de oxígeno de la reivindicación 8, comprendiendo además proporcionar un orificio de ladrillo dispuesto circunferencialmente sobre el conducto aguas arriba del cabezal de inyección de gas circunferencial común.
15. El método de inyección de oxígeno de la reivindicación 8, que además comprende proporcionar otro cabezal de inyección de gas natural de enriquecimiento circunferencialmente dispuesto sobre el conducto aguas abajo del cabezal de inyección de gas circunferencial común y adaptado para suministrar gas natural de enriquecimiento adicional desde la fuente de gas natural de enriquecimiento a la corriente de gas reductor a través de una pluralidad adicional de orificios circunferencialmente dispuestos.
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