PROCEDIMIENTO DE REDUCCION DIRECTA USANDO UN SOLO LECHO FLUIDIZADO.

Un procedimiento de reducción directa para un material metalífero que comprende suministrar el material metalífero,

un material carbonáceo sólido, un gas con contenido de oxígeno y un gas fluidizante a un lecho fluidizado en una vasija y mantener el lecho fluidizado en la vasija, reduciendo al menos parcialmente el material metalífero en la vasija, y descargando de la vasija una corriente de producto que comprende el material metalífero al menos parcialmente reducido, procedimiento caracterizado por

(a) reducir el material metalífero en estado sólido en una zona rica en metales en la vasija;

(b) inyectar el gas que contiene oxígeno sobre el suministro del material metalífero en una zona rica en carbono en la vasija con un flujo descendente en un abanico de más o menos 40 grados con respecto a la vertical y generar calor mediante reacciones entre el oxígeno y el material metalífero, el material carbonáceo sólido y otros sólidos y gases oxidables en el lecho fluidizado; y

(c) transferir calor desde la zona rica en carbono a la zona rica en metales mediante el movimiento de los sólidos dentro de la vasija

Procedimiento de reducción directa usando un solo lecho fluidizado.

La presente invención versa acerca de un procedimiento de reducción directa para un material metalífero de alimentación, particularmente, aunque no exclusivamente en modo alguno, acerca de un procedimiento de reducción directa para un material de alimentación que contiene hierro, tal como mineral de hierro.

La presente invención también versa sobre un procedimiento para reducir un material metalífero de alimentación que comprende un procedimiento de reducción directa para reducir parcialmente material metalífero de alimentación en estado sólido y un procedimiento de fundición para fundir y reducir adicionalmente el material metalífero de alimentación parcialmente reducido a un metal fundido.

La presente invención se realizó durante el transcurso de un proyecto de investigación en curso llevado a cabo por el solicitante para desarrollar la llamada "tecnología CIRCOFER" para la reducción directa de mineral de hierro, tal como se describe, por ejemplo, en el documento EP 1 753 883 B1.

La tecnología CIRCOFER es un procedimiento de reducción directa que es capaz de reducir mineral de hierro en estado sólido a una metalización del 50% o superior.

La tecnología CIRCOFER se basa en el uso de lechos fluidizados. Los principales materiales suministrados a los lechos fluidizados son gas fluidizante, óxidos metálicos (típicamente finos de mineral de hierro), material carbonáceo sólido (típicamente carbón) y gas que contiene oxígeno (típicamente gas oxígeno). El principal producto producido en los lechos fluidizados es óxidos metálicos metalizados, es decir, óxidos metálicos que han sido reducidos al menos parcialmente.

Uno de los hallazgos del solicitante en el proyecto de investigación es que resulta posible establecer zonas de reacción separadas dentro de un único lecho fluidizado y de optimizar las reacciones en estas zonas. Una zona de reacción es una zona rica en carbono en la que se oxidan el material carbonáceo sólido, como el carbón, y otros reactivos oxidables y se genera calor. La otra zona de reacción es una zona rica en metal, en la que el material metalífero de alimentación, como el mineral de hierro, es reducido en estado sólido. Las dos zonas de reacción están separadas dentro del lecho fluidizado, estando típicamente la zona rica en metales en una sección inferior, y estando la zona rica en carbono por encima de la zona rica en metales. Las zonas pueden ser contiguas. El lecho fluidizado comprende flujos ascendentes y descendentes de sólidos y este movimiento del material facilita la transferencia del calor generado en la zona rica en carbono a la zona rica en metales y mantiene la zona rica en metales a una temperatura requerida para reducir al material metalífero de alimentación.

El documento JP 10 280021 describe un aparato de reducción fluidizado circulante que está compuesto por un lecho fluidizado para reducir mientras se fluidiza óxido en polvo, separadores de gases para recuperar el material en polvo del gas descargado del lecho fluidizado, y un lecho de desplazamiento para descargar en el lecho fluidizado y hacer circular el material en polvo recuperado con los separadores de sólidos y de gases. El gas que contiene oxígeno es inyectado en la superficie lateral del lecho fluidizado y se coloca encima un suministro del material de alimentación.

Conforme a la presente invención se proporciona un procedimiento de reducción directa para un material metalífero que comprende las características de la reivindicación 1.

Preferentemente, el procedimiento comprende inyectar el gas que contiene oxígeno con un flujo descendente en un abanico de más o menos quince grados con respecto a la vertical.

En el presente documento, la expresión "zona rica en carbono" se entiende que significa una zona del lecho fluidizado en la que hay una cantidad relativamente grande de material que contiene carbono en relación con la cantidad de material metalífero que en otras zonas del lecho fluidizado.

En el presente documento, la expresión "zona rica en metales" se entiende que significa una zona en el lecho fluidizado en la que hay una cantidad relativamente grande de material metalífero en relación con la cantidad de material que contiene carbono que en otras zonas del lecho fluidizado.

Preferentemente, el procedimiento comprende formar la zona rica en metales en una sección inferior de la vasija y la zona rica en carbono en una sección intermedia del reactor.

Preferentemente, la sección intermedia es intermedia entre dicha sección inferior y una sección superior de la vasija.

Preferentemente, el procedimiento comprende inyectar el gas que contiene oxígeno en una zona central de la vasija, es decir, una zona que está ubicada hacia el interior de una pared lateral de la vasija.

Preferentemente, el procedimiento comprende controlar la diferencia de temperatura entre la temperatura global en el lecho fluidizado y la temperatura media de la superficie que da al interior de una pared lateral de la vasija para que no supere los 100ºC.

En el presente documento, la expresión "temperatura global" se entiende que significa la temperatura media de todo el lecho fluidizado.

Más preferentemente, la diferencia de temperatura no supera los 50ºC.

En el caso de reducción de material metalífero en forma de finos de mineral de hierro, la temperatura global del lecho fluidizado está preferentemente en el intervalo de 850ºC a 1000ºC.

Preferentemente, la temperatura global en el lecho fluidizado es al menos 900ºC, más preferentemente al menos 950ºC.

Además, preferentemente, el procedimiento comprende controlar la variación de temperatura para que sea de menos de 50ºC dentro del lecho fluidizado.

La diferencia de temperatura puede ser controlada mediante el control de varios factores que incluyen, a título de ejemplo, la cantidad de los sólidos y los gases suministrados a la vasija.

Además, en el caso de reducir material metalífero en forma de finos de mineral de hierro, el procedimiento comprende, preferentemente, controlar la presión en la vasija para que esté en el intervalo de 100-1000 kPa absolutos y preferentemente 400-800 kPa absolutos.

Preferentemente, el procedimiento comprende inyectar el gas que contiene oxígeno para que haya un flujo descendente de gas en la vasija.

Preferentemente, el procedimiento comprende inyectar el gas que contiene oxígeno por medio de al menos una lanza que tiene una punta de lanza con una salida colocada en la vasija hacia el interior de de la pared lateral de la vasija en la zona central de la vasija.

Preferentemente, la punta de la lanza está dirigida hacia abajo.

Más preferentemente, la punta de la lanza está dirigida verticalmente hacia abajo.

La posición de la lanza y, más particularmente, la altura de la salida de la punta de la lanza están determinadas por referencia a factores tales como la velocidad de inyección del gas que contiene oxígeno, la presión de la vasija, la selección y las cantidades de los otros materiales suministrados a la vasija, y la densidad del lecho fluidizado.

Preferentemente, el procedimiento comprende enfriar con agua al menos la punta de la lanza para minimizar la posibilidad de que se formen acumulaciones en la punta de la lanza que pudieran bloquear la inyección del gas que contiene oxígeno.

Preferentemente, el procedimiento comprende enfriar con agua al menos al menos una superficie exterior de la lanza. Preferentemente, el procedimiento comprende inyectar el gas que contiene oxígeno a través de una tubería central de la lanza.

Preferentemente, el procedimiento comprende inyectar el gas que contiene oxígeno con suficiente velocidad para formar una zona sustancialmente libre de sólidos en la zona de la punta de la lanza para minimizar la formación de acumulaciones en la punta de la lanza que pudieran bloquear la inyección del gas que contiene oxígeno.

Preferentemente, el procedimiento comprende inyectar nitrógeno y/o vapor y/u otro gas envolvente adecuado y rodear la zona de la salida de la punta de la lanza para minimizar la oxidación del metal que pudiera resultar en la formación de acumulaciones en la punta de la lanza que pudieran bloquear la inyección del gas que contiene oxígeno.

Preferentemente, el procedimiento comprende inyectar el gas envolvente...

1. Un procedimiento de reducción directa para un material metalífero que comprende suministrar el material metalífero, un material carbonáceo sólido, un gas con contenido de oxígeno y un gas fluidizante a un lecho fluidizado en una vasija y mantener el lecho fluidizado en la vasija, reduciendo al menos parcialmente el material metalífero en la vasija, y descargando de la vasija una corriente de producto que comprende el material metalífero al menos parcialmente reducido, procedimiento caracterizado por

2. El procedimiento conforme a la reivindicación 1, caracterizado por inyectar el gas que contiene oxígeno con un flujo descendente en un abanico de más o menos quince grados con respecto a la vertical.

3. El procedimiento conforme a las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por la formación de la zona rica en metales en una sección inferior de la vasija y de la zona rica en carbono en una sección intermedia de la vasija.

4. El procedimiento conforme a la reivindicación 3, caracterizado porque la sección intermedia es intermedia entre dicha sección inferior y una sección superior de la vasija.

5. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por inyectar el gas que contiene oxígeno en una zona central de la vasija.

6. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por controlar la diferencia de temperatura entre la temperatura global en el lecho fluidizado y la temperatura media de la superficie que da al interior de una pared lateral de la vasija para que no supere los 100ºC, más preferentemente para que no supere los 50ºC.

7. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que el material metalífero está en forma de finos de mineral de hierro, caracterizado porque la temperatura global en el lecho fluidizado está en el intervalo de 850ºC a 1000ºC.

8. El procedimiento conforme a la reivindicación 7, caracterizado porque la temperatura global en el lecho fluidizado es al menos 900ºC, más preferentemente al menos 950ºC.

9. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por controlar la variación de temperatura para que sea de menos de 50ºC dentro del lecho fluidizado.

10. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que el material metalífero está en forma de finos de mineral de hierro, caracterizado porque la presión en la vasija está controlada para que esté en el intervalo de 100-1000 kPa absolutos y preferentemente 400-800 kPa absolutos.

11. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por inyectar el gas que contiene oxígeno para que haya un flujo descendente de gas en la vasija.

12. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por inyectar el gas que contiene oxígeno por medio de al menos una lanza que tiene una punta de lanza con una salida colocada en la vasija hacia el interior de de la pared lateral de la vasija en la zona central de la vasija.

13. El procedimiento conforme a la reivindicación 12, caracterizado porque la punta de la lanza está dirigida verticalmente hacia abajo.

14. El procedimiento conforme a las reivindicaciones 12 o 13, caracterizado porque la posición de la lanza y, más particularmente, la altura de la salida de la punta de la lanza están determinadas por referencia a factores tales como la velocidad de inyección del gas que contiene oxígeno, la presión de la vasija, la selección y las cantidades de los otros materiales suministrados a la vasija, y la densidad del lecho fluidizado.

15. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado por enfriar con agua al menos la punta de la lanza.

16. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, caracterizado por enfriar con agua al menos una superficie exterior de la lanza.

17. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por inyectar el gas que contiene oxígeno a través de una tubería central de la lanza.

18. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por inyectar el gas que contiene oxígeno con suficiente velocidad para formar una zona sustancialmente libre de sólidos en la zona de la punta de la lanza.

19. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por inyectar nitrógeno y/o vapor y/u otro gas envolvente adecuado y rodear la zona de la salida de la punta de la lanza.

20. El procedimiento conforme a la reivindicación 19, caracterizado por inyectar el gas envolvente en la vasija a una velocidad que es al menos el 60% de la velocidad del gas que contiene oxígeno.

21. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por suministrar al lecho fluidizado el mineral metalífero de alimentación, el material carbonáceo, el gas que contiene oxígeno y el gas fluidizante y mantener el lecho fluidizado con (a) un flujo descendente del gas que contiene oxígeno, (b) un flujo ascendente de sólidos y de gas fluidizante a contracorriente del flujo descendente del gas que contiene oxígeno, y (c) un flujo descendente de sólidos hacia el exterior del flujo ascendente de sólidos y de gas fluidizante.

22. El procedimiento conforme a la reivindicación 21, caracterizado porque los sólidos de los flujos ascendente y descendente de sólidos se calientan por el calor generado por las reacciones entre el gas que contiene oxígeno, al material carbonáceo sólido y otros materiales oxidables en la zona rica en carbono.

23. El procedimiento conforme a las reivindicaciones 21 o 22, caracterizado porque los flujos ascendente y descendente de sólidos protegen la pared lateral de la vasija del calor radiante generado por las reacciones entre el gas que contiene oxígeno y el material carbonáceo sólido y otros sólidos y gases oxidables en el lecho fluidizado.

24. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que el material metalífero está en forma de finos de mineral de hierro, caracterizado porque los finos tienen un tamaño de menos de 6 mm.

25. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los finos tienen un tamaño medio de partícula en el intervalo de 0,1 a 0,8 mm.

26. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el material carbonáceo es carbón.

27. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el gas fluidizante comprende un gas reductor, tal como CO y H₂.

28. El procedimiento conforme a la reivindicación 27, caracterizado por seleccionar la cantidad de H₂ en el gas fluidizante para que sea al menos el 15% en volumen del volumen total de CO y H₂ en el gas.

29. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por descargar la corriente de producto que comprende material metalífero al menos parcialmente reducido desde la sección inferior de la vasija.

30. El procedimiento conforme a la reivindicación 29 en el que la corriente de producto comprende también otros sólidos, caracterizado por separar al menos una porción de los otros sólidos de la corriente de producto.

31. El procedimiento conforme a la reivindicación 30, caracterizado por devolver a la vasija los sólidos separados.

32. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por descargar una corriente de descarga gaseosa que contiene sólidos arrastrados procedentes de una sección superior de la vasija.

33. El procedimiento conforme a la reivindicación 32, caracterizado por separar sólidos de la corriente de descarga gaseosa.

34. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por mantener un lecho fluidizado circulante separando los sólidos arrastrados de la corriente de descarga gaseosa y devolviendo a la vasija los sólidos separados de la descarga gaseosa.

35. El procedimiento conforme a la reivindicación 34, caracterizado por devolver los sólidos separados de la descarga gaseosa a la porción inferior de la vasija.

36. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por precalentar el material metalífero de alimentación con la descarga gaseosa de la vasija.

37. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por tratar la descarga gaseosa después de la etapa de precalentamiento y devolver a la vasija al menos una porción de la descarga gaseosa tratada como gas fluidizante.

38. El procedimiento conforme a la reivindicación 37, caracterizado porque el tratamiento de la descarga gaseosa comprende uno o más de (a) eliminación de sólidos, (b) enfriamiento, (c) eliminación de H₂O, (d) eliminación de CO₂, (e) compresión y (f) recalentamiento.

39. El procedimiento conforme a las reivindicaciones 37 o 38, caracterizado porque el tratamiento de la descarga gaseosa comprende devolver los sólidos a la vasija.

40. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que la metalización de la corriente de producto es mayor del 50%, caracterizado por la operación con gas reductor en el gas fluidizante.

41. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el gas que contiene oxígeno comprende al menos un 90% de oxígeno en volumen.

42. El procedimiento conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el procedimiento adicional de fundición para fundir y reducir adicionalmente el material metalífero parcialmente reducido a un metal fundido.