Brevet FR2489366A1 — publié le 19820305

La présente invention concerne un procédé de désulfura- tion de la production de gaz dans un réacteur à bain de fer, l'introduction des éléments de réaction étant effectuée pour le combustible sous forme solide et/ou liquide en dessous de la surface de bain dans la masse de fer en fusion et pour le gaz oxydant, par exemple de l'oxygène, de l'air enrichi en oxygène ou de l'air simple, en dessous ou bien au-dessus et en dessous de la surface du bain de fer. On connaît des procédés pour faire réagir des combus- tibles, notamment du charbon, en même temps que de l'oxygène ou des gaz contenant de l'oxygène dans un bain de fer et pour pro- duire un gaz de réaction qui se compose essentiellement de CO et H2. Un avantage particulier de la génération de gaz dans un réac- teur à bain de fer consiste en ce que le soufre existant dans le combustible est absorbé en majeure partie par un laitier. Dans la demande de brevet allemand 25 20 883, on décrit un procédé de gazéification continue de charbon ou de combustibles contenant du carbone dans un réacteur à bain de fer, suivant le- quel les combustibles et l'oxygène, ou bien des gaz contenant de l'oxygène, ces derniers étant enveloppés par des hydrocarbures, sont introduits par l'intermédiaire de buses dans le métal en fusion endessous de la surface du bain. Les formateurs de laitier, de préférence de la poussière de chaux avec ou sans in- corporation de calcaire ou de dolomie, sont entraînés par le courant d'oxygène ou bien sont insufflés dans le bain sous la forme d'un mélange avec le charbon finement pulvérulent. Dans le brevet allemand 25 20 584, on décrit un procé- dé de gazéification de charbon contenant du soufre dans un réac- teur à bain de fer, suivant lequel une partie du laitier conte- nant du soufre est déchargée d'une façon continue à l'état li- quide, est désulfurée et est recyclée à l'état liquide dans le réacteur à bain de fer. Ce procédé s'est avéré avantageux notam- ment en ce qui concerne le bilan thermique lors du processus de gazéification. Les procédés connus représentent différents moyens pour gazéifier des combustibles contenant du carbone dans un réacteur à bain de fer et ils produisent alors des gaz de réaction qui sont pratiquement exempts de soufre. Tous les procédés connus utilisent de la chaux ou du calcaire, éventuellement mélangé à du MgO ou de la dolomie, pour créer un laitier agissant dans un sens de désulfuration. L'utilisation de chaux comme formateur de laitier présente cependant un double inconvénient. D'une part les dépenses en chaux sont élevées et d'autre part la chaux doit être chauffée à la température du bain. Par exemple pour gazéifier une tonne de charbon, il faut ajouter environ 100 Kg de CO ayant une teneur en soufre d'environ 1%. Le prix d'une tonne de poussière de chaux s'élève à l'heure actuelle à environ 250 F. et, pour échauffer cette chaux, les dépenses en énergie sont en outre d'environ F. Lorsqu'on utilise du calcaire moins coûteux, les dépenses en énergie pour le chauffage et la désacidi-ication du réacteur à bain de fer sont si élevées que ce mode opératoire est économique- ment encore plus défavorable. L'invention a en conséquence pour but de fournir un pro- cédé qui permette d'effectuer la désulfuration, lors de la gazéi- fication de charbon dans un réacteur à bain de fer, d'une manière particulièrement rentable. Selon l'invention, ce but est atteint en utilisant comme laitier de désulfuration dans le réacteur à bain de fer un laitier d'aciérie obtenu dans la fabrication d'acier. L'addition du laitier d'aciérie peut être effectué de différentes manières dans le réacteur à bain de fer. Le laitier peut être par exemple déversé en morceaux sur la surface du bain de fer ou bien on peut l'injecter sous forme pulvérulente en- dessous et au-dessus de la surface du bain se trouvant dans le réacteur à bain de fer. Le laitier pulvérulent peut également être mélangé au combustible, par exemple au charbon à gazéifier. D'une manière particulièrement avantageuse et économique, le laitier d'aciérie peut être introduit comme support de base pour la désulfuration dans la cuve du réacteur à bain de fer, à l'état aussi chaud que possible et notamment à l'état liquide. On peut utiliser ce mode opératoire d'une manière particulièrement simple lorsqu'on installe un réacteur à bain de fer servant à la gazéifi- cation de charbon à une faible distance d'une aciérie. Cela est notamment le cas dans une usine métallurgique comportant une centrale intégrée. Dans la centrale, il est possible de faire brûler dans les chaudières le gaz produit par le procédé selon l'invention. Lors de l'utilisation de laitier d'aciérie conformément à la présente invention, on économise des frais importants car ce laitier, qui présente généralement une possibilité d'application limitée, est disponible à faible coût. En outre la meilleure ex- ploitation de ce laitier offre un autre avantage du fait qu'il agit comme un laitier de désulfuration dans le réacteur à bain de fer et qu'il modifie la composition des cendres de charbon. En effet ces cendres ont alors une composition semblable à celles de laitiers classiques de hauts fourneaux et il est possible de les traiter ultérieurement, comme ces laitiers, dans l'industrie du ciment ou des matériaux de construction. Les laitiers obtenus dans une aciérie, par exemple lors de l'affinage d'une fonte pauvre en phosphore par les différents procédés d'affinage en convertisseur opérant avec de l'oxygène, ont approximativement la composition suivante: 50% CaO, 10% SiO2, % FeO, 0,1% S, les constituants résiduels étant essentiellement constitués par A1203, MgO, MnO et P205. Le procédé selon l'invention pour la désulfuration lors de la production de gaz dans un réacteur à bain de fer utilise ce laitier car sa teneur initiale en soufre, qui est d'environ 0,08 à 0,12%, est faible car il possède ainsi une grande capacité d'absorption de soufre jusqu'à des teneurs d'environ 10%. Il est avantageux de limiter la teneur en soufre du laitier à environ 3% car il reste alors dans le domaine des laitiers de hauts fourneaux classiques et peut être utilisé d'une manière semblable. L'utilisation de laitier d'aciérie, provenant par exemple d'un convertisseur de production d'acier, pour la désulfuration dans un réacteur à bain de fer, offre en outre l'avantage que la teneur en oxyde de fer de ces laitiers peut être réduite et qu'on obtient ainsi additionnellement du fer dans l'installation de ga- zéification. Ce fer peut être prélevé de façon fractionnée à partix du réacteur à bain de fer et il peut être recyclé dans l'instal- lation de production d'acier. Ainsi l'utilisation d'un réacteur à bain de fer présente des avantages, par exemple pour la gazéifi- cation de charbon dans une usine métallurgique. Le procédé selon l'invention permet de fixer le soufre, contenu par exemple dans un charbon à gazéifier, presque complète- ment dans le laitier métallurgique qui se forme sur le bain de fer dans l'installation de gazéification. La teneur en soufre des gaz produits est très faible. Elle est de l'ordre d'environ ppm. Il est ainsi possible d'incorporer plus de 99% du soufre au laitier. -4- 2489366 L'utilisation du procédé selon l'invention offre des avantages économiques particuliers lorsqu'on a à gazéifier des qualités de charbon contenant de fortes teneurs en soufre et en cendres. Si, comme cela était classique jusqu'à maintenant, on ajoutait de la chaux pour former le laitier, il faudrait en utiliser des quantités si élevées que le procédé ne serait plus rentable et en outre il pourrait être nécessaire d'introduire additionnellement de l'énergie dans le bain car ces qualités de charbon ne peuvent plus être gazéifiées de façon autothermique du fait de la grande quantité de chaux nécessaire. Il rentre dans le cadre de l'invention d'introduire de l'eau dans le réacteur à bain de fer afin d'augmenter la concen- tration en hydrogène du gaz produit. Avantageusement, lors de la gazéification de qualités de charbon riches en énergie, pour les- quelles le processus de gazéification se déroule avec excès d'é- nergie, on peut utiliser la chaleur libre dégagée pour dissocier l'eau en hydrogène et en oxygène. Pendant que l'hydrogène se dégage-du bain de métal en-fusion, on fait réagir l'oxygène avec le carbone du bain de fer pour former du CO. L'addition d'eau peut être effectuée directement sous forme liquide ou également sous forme de vapeur. Evidemment il est possible de l'introduire également sous la forme d'un brouil- lard en suspension avec un gaz porteur. En outre, on peut égale- ment la mélanger avec lé charbon à gazéifier ou bien l'introduire avec le charbon par augmentation de sa teneur en humidité. Par exemple il s'est avéré avantageux d'introduire le charbon sans séchage avec une teneur en eau constante ou bien de conditionner le charbon à gazéifier de manière qu'il ne soit que partiellement séché en vue de maintenir un certain degré d'humidité, avec le- quel le charbon est alors introduit dans le bain de fer de la cuve de réaction. L'utilisation, conforme à la présente invention, de laitier d'aciérie, pour la désulfuration lors de la production de gaz dans un réacteur à bain de fer s'avère ainsi particulière- ment avantageuse et économique à plusieurs points de vue. Ce laitier convient bien, du fait de sa composition, comme laitier de désulfuration pour la gazéification de charbon et d'autre part, lorsqu'il est introduit sous forme liquide dans la masse à gazéi- fier, il permet en outre d'économiser de l'énergie qui serait au- trement nécessaire pour l'échauffement des formateurs de laitier. En outre, la composition du laitier d'aciérie, après son utilisa- tion dans le réacteur dans un bain de fer, est modifiée de telle sorte qu'il convient pour être utilisé pour la fabrication de ciment et de produits de construction. En plus des avantages économiques ainsi obtenus, on supprime le problème de stockage et les difficultés résultant de laitiers non utilisables. La tenel en oxyde de fer du laitier d'aciérie est réduite dans le réacteur à bain de fer et on obtient de la fonte qui peut être convertie en acier dans l'aciérie. Le procédé de désulfuration selon l'invention utilisé lors de la production de gaz dans un réacteur à bain de fer s'avère particulièrement avantageux lors de la gazéification de qualités de charbon classiques ou de combustibles contenant du carbone lorsqu'on fait intervenir du laitier liquide créant une économie d'énergie car on dispose alors d'une plus grande quantiti d'énergie pour réduire l'oxyde de fer dans le réacteur à bain de fer. Dans le cadre de la présente invention, on obtient en outre l'avantage de pouvoir utiliser l'excès d'énergie pour récupérer du fer à partir de minerai de fer ou bien de minerai de fer pré- réduit. On peut faire fonctionner un réacteur à bain de fer en appliquant la présente invention par exemple de la manière sui- vante: dans une cuve semblable à un convertisseur et ayant un volume intérieur d'environ 150 m3, on introduit initialement 120 tonnes de fer liquide ayant une teneur en carbone d'environ 4%. On ajoute en outre 30 t de laitier liquide obtenu par le pro- cédé LD. Dans ce réacteur à bain de fer, on effectue la gazéifi- cation d'environ 50t par heure de charbon ayant la composition suivante: C = 78,3%, Hz = 5,0%, 2 = 6,7%, cendres = 5,0%, pouvo: calorifique Hu 7510 Kcal/Kg. Le charbon est introduit en-dessous de la surface du bain et il est gazéifié avec de l'oxygène qui est également insufflé au travers du fond du réacteur. Simulta- nément, on peut introduire, par heure, 30 t de minerai, par exem- ple sous la forme d'un minerai finement pulvérulent, par des buse placées à la partie inférieure du convertisseur ou bien sous la forme de minerai en morceaux ou en boulettes par le haut du con- vertisseur. Au bout d'une période de fonctionnement de 4 heures, on obtient dans le convertisseur environ 50 t de laitier et 210 t de fer ayant une teneur en carbone d'environ 2%. -6- 2489366 A ce moment, on enlève du convertisseur si possible la totalité du laitier et environ 90 t de fer. Après une nouvelle addition de laitier LD liquide, en faisant intervenir la quantité précitée, on poursuit l'opération de la manière décrite. ci-dessus. Le gaz produit est transféré dans un gazomètre en vue de son utili- sation ultérieure. La capacité d'un gazomètre classique est géné- ralement suffisamment grande pour pouvoir alimenter les abonnés pendant la période d'interruption nécessaire pour l'enlèvement du laitier et de l'acier et pour l'introduction de la nouvelle quantité de laitier, cette période s'élevant au total à environ mn. Le fer liquide provenant du réacteur de gazéification de charbon a une teneur en soufre d'environ 0, 3% et une teneur en phosphore d'environ 0,1%. Après désulfuration, on peut lui faire subir d'une manière connue, par exemple dans un conver- tisseur, une opération d'affinage pour le transformer en acier. -7- 2489366 REVENDICATIONS 1. Procédé de désulfuration lors de la production de gaz dans un réacteur à bain de fer, l'introduction des éléments de réaction étant effectuée pour le combustible sous forme solide et/ou liquide en-dessous de la surface de bain dans la masse de fer en fusion et pour le gaz oxydant, par exemple de l'oxygène, de l'air enrichi en oxygène ou de l'air simple, en-dessous ou bien au-dessus et en-dessous de la surface du bain de fer, carac- térisé par le fait qu'on introduit dans le réacteur à bain de fer, comme laitier de désulfuration, du laitier obtenu dans la fabrica- tion d'acier. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le laitier d'aciérie est transféré dans le réacteur à bai de fer à l'état aussi chaud que possible, notamment à l'état liqui charge par charge ou de façon continue. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le laitier d'aciérie est insufflé sous forme pulvérulente en-dessous et/ou au-dessus de la surface du bain de fer se trouvant dans le réacteur. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisé par le fait que le laitier d'aciérie est déversé en morceaux sur la surface du bain de fer. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le laitier d'aciérie présente approximativement la composition suivante: 50% CaO, 10% Sio2, % FeO, 0,1% S, les constituants résiduels étant essentiellement constitués par MnO, A1203 et MgO. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la basicité (CaO/SiO2) du laitier d'aciérie est comprise entre 3 et 5. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le laitier de désulfuration est modifié dans le réacteur à bain de fer par les cendres de combustibles jusqu'à une basicité de 1 à 2. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le laitier de désulfuration se trouvant dans le réacteur à bain de fer présente une teneur finale en soufre qui est au maximum de 10%, de préférence infé- rieure à 3%. -8- 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'on introduit dans le réacteur à bain de fer de l'eau et/ou de la vapeur d'eau en-dessous de la surface du bain. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'eau provient de l'humidité contenue dans le charbon introduit comme combustible. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'on produit du fer par réduction de la fraction d'oxyde fer contenu dans le laitier d'aciérie introduit dans le réacteur à bain de fer. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'on effectue la réduction de minerai de fer et/ou de minerai de fer préréduit dans le réacteur à bain de fer. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait qu'on prélève du fer liquide charge par charge et/ou de façon continue à partir du réacteur à bain de fer et en ce qu'on l'introduit dans une installation de produc- tion d'acier.