Brevet FR2120076A1 — publié le 19720811

470^1 2120076 La présente invention concerne un procédé pour réduire directement des minerais de fer et plus particulièrement un tel procédé qui comporte une récupération et une utilisation efficaces de l'énergie thermique produite dans un lit fluidisé. 5 Au cours des années récentes, de nombreuses études ont été effectuées sur un procédé de réduction directe des minerais de fer et la majorité des dites études ont été mises en oeuvre pratiquement. Par exemple le procédé "Nu-Iron", le procédé "H-Iron", le procédé "A.D.L.", le procédé "Fior", le procédé "Stelling", le 10 procédé "Pubble-Hearth" et le procédé "Novalfer-Onia" sont bien connus comme procédés à lit fluidisé parmi les procédés de réduction directe. La caractéristique commune des procédés à lit fluidisé ci—dessus réside dans le soufflage de certains agents de réduction gazeux dans le lit fluidisé. D'autre part, l'utilisation 15 d'agglomérés comoosites constitués de minerais de fer et d'un certain type d'agent réducteur a été proposée comme nouveau type de procédé à lit fluidisé. Ce procédé utilisant des agglomérés composites n'est pas encore mis au point pratiquement, à la différence des procédés ci-dessus mentionnés.dans lesquels on souffle un 20 agent de réduction gazeux. Un point faible de ce procédé aux agglomérés composites peut être trouvé dans le fait que la récupération et l'utilisation de l'énergie thermique sont imparfaites, c'est-à-dire que l*efficacité thermique est faible dans l'exploitation pratique. 25 La présente invention a pour but de proposer un procédé à lit fluidisé utilisant des agglomérés composites qui soit parfait. La caractéristique de la présente invention réside dans le fait d* utiliser au maximum l'énergie thermique des gaz d,échappement à température élevée produits dans le lit fluidisé comme source 30 thermique pour des usages multiples, c'est-à-dire le préchauffage et ltallumage de l'aggloméré composite, le préchauffage et la gazéification de l'huile lourde et celle résultant du refroidissement des agglomérés réduits. Ainsi, un but de la présente invention est de fournir un 35 procédé à lit fluidisé amélioré pour la réduction des minerais de fer dans lequel on récupère et utilise au maximum l*énergie thermique produite dans ledit lit fluidisé. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé à lit fluidisé amélioré dans lequel il est inutile d'utiliser une 40 source thermique externe après le démarrage de la réaction de 71 470'+1 2 2120076 réduction, procédé qui assure un allumage automatique. D'autres objets et avantages apparaîtront à la lecture de la description faite ci-après avec référence au dessin ci-annexé dans lequel la figure unique est une représentation schématique du 5 procédé objet de l'invention. Les agglomérés composites utilisés dans la présente invention sont constitués par un mélange de minerais de fer.et d'agents réducteurs solides tels que le charbon, le coke ou similaire. Le taux du mélange doit être choisi pour assurer un rapport en volume 10 CO/COp dans les gaz produits au stade d'allumage de cet aggloméré supérieur à 1. Dans un tel cas, les dimensions de l'aggloméré qui doit être d'autre part complètement déshydraté, doivent se trouver dans la gamme de 1 à 15 mm. La raison en est qu'un aggloméré de moins de 1 mm-tend à se fritter et qu'un aggloméré d'une dimension 15 supérieure à 15 mm réduit la fluidité du lit, ce qui entraîne un fonctionnement pratique instable. La température d'allumage de cet aggloméré dans le lit fluidisé doit être maintenue dans la gamme de 800°C à HOO°C. Une telle gamme assure la réaction de réduction la plus efficace. Hn 20 effet à moins de 8GO°C la vitesse de la réaction de réduction de l'aggloméré devient trop lente et, à plus de HOO°C, un collage ou un frittage des agglomérés tend à apparaître. Jusqu'à ce que la température du lit fluidisé atteigne la dite gamme, il faut naturellement utiliser une source thermique externe, (non représentéf 25 dans le dessin). Toutefois après que la réaction de réduction est en route et lorsque la température d'allumage atteint la gamme ci-dessus, le chauffage par une source thermique externe n'a plus besoin d'être poursuivi parce que l'énergie thermique produite dans le lit fluidisé est recyclée pour assurer la température re-30 quise et la réaction de réduction peut être maintenue facilement du fait de l'allumage des agents réducteurs solides mélangés avec les minerais de fer. Un exemple du procédé de la présente invention répondant aux conditions ci-dessus sera décrit avec référence au dessin ci-35 annexé. La référence 1 désigne l'enceinte de réaction dans laquelle est formée le lit fluidisé, la référence 2 le lit de transfert et la référence 3 le lit de refroidissement respectivement. Le gaz .^échappement à température élevée produit dans le lit fluidisé est 40 introduit dans un séparateur à cyclone 4 dans lequel est captée la 71 470M 3 2120076 poussière du gaz d'échappement et il est ensuite amené au premier échangeur thermique 5. L'air chaud produit par échange thermique dans le dit échangeur 5 est ramené au lit fluidisé 1 par une conduite 17 munie d'un compresseur 16. Un tel circuit de circulation 5 est une caractéristique du procédé de l'invention qui permet de maintenir avec succès la température requise et la réaction de réduction dans le lit fluidisé devient facilement possible. Dans 1'échangeur thermique ci-dessus est réalisé un autre échange thermique. Un autre volume d'air chaud produit par celui-10 ci est envoyé à un four de gazéification Q par un autre compresseur 16', four de gazéification dans lequel de l'huile lourde préchauffée est gazéifiée et ensuite l'huile lourde gazéifiée, c'est-à-dire un gaz réducteur, est soufflée dans le lit de transfert 2 par 1' intermédiaire d'une canalisation 1R. Le gaz réducteur soufflé pro-15 duit un flux ascendant et participe beaucoup à la réaction de réduction des anglomérés oui descendent depuis le lit fluidisé 1 et en même temps ce flux ascendant de gaz réducteur contribue à la » fluidisation des masses d'agglomérés au même titre que l'air chaud insufflé par la conduite 17. Une telle circulation est la 20 seconde caractéristique de la présente invention. La troisième caractéristique de la présente invention réside dans le dispositif de mise en circulation constitué par la partie inférieure du lit de transfert 2, la canalisation 19, 1* autre échanneur thermique 12, le refroidisseur 22, le compresseur 25 ÎO, la canalisation 21 et le lit de refroidissement 3. Dans ce dispositif, le gaz d'échappement chaud est conduit à 1'échangeur thermique 12 par la canalisation lo et préchauffe l'huile lourde passant à travers cet échangeur depuis un réservoir d'alimentation 20,huile lourde qui est introduite dans le four de gazéification 9 30 ci-dessus. Rnsuite, ledit gaz d'échappement est refroidi dans le refroidisseur 22 et insufflé dans le lit de refroidissement 3 par une conduite 21 sous l'action du compresseur ÎO. Finalement, les anglomérés refroidis sont collectés dans un réceptacle 15 et sont transférés en un autre point. 35 Le gaz d'échappement à température élevée ci-dessus qui a traversé l'éçhangeur thermique 5 est introduit dans un préchauffeur 6 pour préchauffer les nouveaux agglomérés composi tes prove* nant d'un dispositif d'alimentation 13. Ensuite, les agglomérés préchauffés sont chargés dans le lit de fluidisation 1 par un 40 dispositif d'alimentation. D'autre part, le gaz d'échappement pro- ;CQPY 71 47041 4 2120076 venant du préchauffeur 6 est refroidi dans un laveur 7 et est envoyé, par un compresseur 8, dans un réservoir de stockage convenable (non représenté au dessin). Il est évident que de tels gaz d'échappement sont utilisables comme combustible. 5 Le dispositif ci-dessus mentionné peut être exploité auto matiquement et en continu sans aucune source thermique externe parce que le mélange d'agents réducteurs solides et de minerais de fer est allumé au fur et à mesure que les nouveaux agglomérés sont chargés dans le lit de fluidisation. On doit toutefois dire ÎO qu'une source thermique externe est nécessaire pour faire fonctionner le dispositif ci-dessus au stade du démarrage. Dans un tel cas de l'air chaud produit par une source thermique externe est insufflé dans une partie convenable du dispositif. Par exemple, on peut recommander d'insuffler l'air chaud en utilisant les souffle-15 ries 16 et 16'. Le four de gazéïfixation o pourra également être utilisé dans le but ci-dessus. Cet air chaud peut également être insufflé séparément dans une partie convenable de l'enceinte de réaction. Dans tous les cas, lorsque la température du lit de fluidisation atteint plus d'environ BOO°C et lorsque la réaction 20 de réduction se produit,la source thermique externe ci-dessus n'a plus à être utilisée plus longtemps. A partir de ce moment, le dispositif est exploité automatiquement et en continu. Un exemple de mise en oeuvre du procédé ci-dessus mentionné est le suivant : 25 Caractéristiques de l'aggloméré compffeite mis en oeuvre qui est chargé par l'intermédiaire du dispositif d'alimentation 13, du précha^uffeur 6 et de la canalisation 14 : Aggloméré composite : 1970 kg Fe total : 51,5% 30 C : 19,22% taux du mélange dut charbon : 25,26% -température de préchauffage des dits agglomérés : environ 300°C température des gaz d'échappement dans le préchauf-35 feur : environ 450°C Gaz d'échappement du lit de fluidisation 1 : débit i environ 3076,3 Nm température : environ 1080°C 71 47041 5 2120076 Air chaud soufflé dans le lit de fluidisation 1 qui passe à travers le premier échangeur thermique 5 : température : environ 900°C # 3 débit : environ 1432 Nm 5 Air chaud introduit dans le four de gazéification 9 : température : environ ooo°C débit : environ 624,7 Nm Gaz réducteur produit dans le four de gazéification et soufflé dans le lit de transfert 2 : ÎO température : environ 1200°C composition : CO : 22,64% • C02 : 1,69% H2 Ï 19,33% N2 : 51,5% 15 H2S : 0,22% H20 : 4,55% Huile lourde introduite dans le four de gazéification 9 par 1Tintermédiaire du second échangeur thermique 12 à partir ri" dispositif d'alimentation 20 : environ 150 kg 20 Aggloméré réduit obtenu dans le réceptacle 15 après re froidissement dans le lit de refroidissement 3 par le courant de gaz d'échappement de la partie inférieure du lit de transfert 6 refroidi dans le refroidisseur 22 après préchauffage de l'huile lourde dans le second échangeur 25 thermique 12 et mis en pression par le compresseur ÎO pour être insufflé par la canalisation 21» poids : 1144 kg constituants : Fe total : 87,40% Fe métallique : 78,64% 30 Gaz d'échappement évacué par le compresseur 8 après lavage dans le laveur 7 : Composition : CO : 21,00% C02 : 10,23% H2 ; o,26% 35 N2 ï 56,15% H2S ï O,13% H20 : 3,23% D'après la description détaillée ci-dessus, on comprendra que la récupération et l'utilisation de l'énergie thermique pro- 71 47041 6 2120076 duite dans le lit de fluidisation et le lit de transfert sont assurées avec le maximum d'efficacité. 71 47041 7 2120076 REVENDICATIONS 1.- Un procédé de réduction directe de minerais de fer à lit fluidisé exploitable automatiquement et en continu caractérisé en ce que du minerai de fer mélangé avec un agent réducteur solide est mis en agglomérés dans une gamme de dimensions de 1 à 15 mm 5 et complètement déshydraté, les agglomérés composites sont chargés dans le lit fluidisé d'une enceinte de réaction, lit qui est maintenu à environ 800 à HOO°C, le gaz d'échappement produit dans ce lit fluidisé est introduit dans un échangeur thermique et l'air chaud obtenu est ramené dans le lit, en même temps un autre volume 10 d'air chaud obtenu de la même manière est envoyé à un four de gazéification d'huile lourde et le gaz réducteur obtenu est insufflé dans le lit de transfert de l'enceinte de réaction, du gaz d* échappement de ce lit de transfert est refroidi et ensuite insufflé dans le lit de refroidissement de ladite enceinte et les agglo-15 mérés qui ont traversé le lit de refroidissement sont évacués par un dispositif de réception. 2.- Un procédé de réduction de minerais de fer selon la revendication 1 caractérisé en ce que le gaz d'échappement produit dans le lit de fluidisation est utilisé pour préchauffer les agglo- 20 mérés composites chargés et est ensuite évacué après lavage. 3.- Un procédé de réduction de minerais de fer selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'huile lourde alimentée dans le four de gazéification est préchauffée par le gaz d'échappement du lit de transfert. 25 4.- Un procédé de réduction de minerais de fer selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'agent réducteur solide mélangé avec le minerai de fer est du charbon et/ ou du coke. 5.- Un procédé de réduction de minerais de fer selon la 30 revendication 1 caractérisé en ce que l'air chaud obtenu dans 1' échangeur thermique est mis sous pression. 6.- Un procédé de réduction de minerais de fer selon la revendication 1 caractérisé en ce que le gaz d'échappement froid insufflé dans le lit de refroidissement est mis sous pression.