Brevet FR2500479A1 — publié le 19820827

Procédé et appareil pour produire de l'éponge de fer. Les procédés .classiques de production de l'éponge de fer dans lesquels on utilise le charbon minéral comme réducteur sont principalement les suivants: a. Le procédé au four rotatif dans lequel on utilise le charbon minéral avec le minerai à réduire dans un four rotatif incliné. L'inconvénient de ce procédé est que,principalement en raison de l'énergie cinétique, il est nécessaire de travailler à des températures relativement élevées, de préférence de 1.0000C, qui suscitent de graves difficultés par colmatage et par accumulation de matière dans la chambre de réaction. b. Le travail au four à cuve combiné avec un appareillage de gazéification du charbon, qui est basé sur une combustion partielle. L'inconvénient de ce procédé connu tient principalement aux dépenses d'installation extrêmement élevées pour l'appareillage de gazéification, de même qu'à la consommation d'énergie exceptionnellement importante. c. Le procédé, tel que décrit dans le brevet suédois nO 73 04 332-5, de gazéification directe du charbon sous forme solide au moyen d'un générateur à plasma. Les inconvénients de ce procédé sont que l'alimentation en charbon doit être réglée avec une cxtrême précision et qu'avec certaines variétés de charbon, la manipulation des cendres suscite des difficultés. De plus, le gaz produit a une teneur en hydrogène qui est inférieure à la teneur idéale pour les réductions. La Demanderesse a découvert à présent que les difficultés et inconvénients ci-dessus des procédés connus peuvent être sensiblement supprimés conformément à l'invention. La présente invention concerne un procédé et un appareil pour produire de l'éponge de fer par réduction continue d'oxydes de fer dans un four à cuve. Un gaz réducteur qui passe à contre-courant des oxydes de fer consiste principalement en CO et H2 et est formé à partir de gaz recyclés, c'est-à-dire de gaz de réaction quittant le four à cuve,ainsi que d'un gaz supplé mentaire produit à partir d'un réducteur solide à l'aide d'un générateur à plasma. le gaz recyclé est d'abord sensiblement débarrassé de C02 et 1120 par épuration, après quoi le gaz épuré est divisé en deux courants partiels,dont l'un est amené à un générateur à plasma. Le générateur à plasma est formé d'une cuve génératrice de gaz sensiblement remplie d'un réducteur solide, comme du coke ou un réducteur analogue.Un brûleur à plasma est monté dans la partie inférieure de la cuve génératrice de gaz et de l'eau et/ou de l'oxy- gène gazeux sont injectés dans le courant de gaz chaud quittant le brûleur à plasma, de manière que l'eau et/ou l'oxygène gazeux soient amenés à réagir avec le réducteur pour former un mélange comprenant principalement CO et H2. La température du gaz produit est maintenue dans un intervalle tel que la cendre contenue dans le réducteur solide forme un laitier. Le mélange C0-H2 chaud quittant le générateur de gaz est mélangé avec au moins une partie de l'autre courant partiel du gaz recyclé épuré dans une proportion telle que la température du mélange gazeux final convienne pour la réduction. Suivant une forme de réalisation de l'Inven- tion, la température du gaz produit dans la cuve génératrice de gaz est ajustée à une valeur de 1,360-1,5000G, Il est également préférable, avant que le mélange gazeux final soit admis à la partie inférieure du four à cuve, que sa température soit amenée dans l'intervalle de 700-1,0000C: par mélange avec le second courant partiel. Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, le gaz recyclé est épuré dans un laveur à gaz jusqu'à ce.que sa teneur en C02 soit de préférence inférieure à 2%. L'invention concerne de plus un appareil pour produire de l'éponge de fer qui comprend un système gé nérateur pour un gaz réducteur comprenant un dispositif épurateur pour 1 gaz de réaction quittant la chambre de réaction et une tuve génératrice de gaz qui y est rac cordée pour recevoir.une fraction du gaz réducteur épuré ainsi obtenu. La cuve génératrice de gaz est munie d'un brûleur à plasma dans sa partie inférieure et est conçue pour être remplie en substance complètement d'un réducteur solide tel que le coke. Un dispositif d'alimentation est prévu pour introduire la quantité mesurée de l'eau et/ou de l'oxygène gazeux, de même qu'éventuellement un supplément de réducteur solide en poudre dans le plasma gazeux produit par le brûleur.Un mélangeur réglable est monté à l'aval de la cuve génératrice de gaz pour mélanger la fraction du gaz réducteur quittant la cuve avec une seconde fraction non traitée du gaz de réaction épuré. L'appareil comprend aussi une soufflante dans la partie inférieure de la chambre de réaction pour introduire le mélange gazeux final ainsi obtenu. La description ci-après d'un exemple de forme de réalisation, donné avec référence à la figure uni.- que du dessin annexé illustrant schématiquement un mode d'exécution de l'invention, fera mieux comprendre cette dernière. La réduction de morceaux d'oxyde de fer est exécutée dans une cuve de réduction 1. Les morceaux d'oxyde de fer 2 sont introduits dans la cuve 1 par un sas 3 et subissent un traitement dans un contre-courant d'un gaz réducteur chaud qui consiste principalement en monoxyde de carbone et en hydrogène admis à la partie inférieure 4 de la cuve 1. L'éponge de fer produite est soutirée par une sortie 5 dans la partie inférieure 4 de la cuve 1. Le gaz réducteur,qui a réagi pour 30 à 50%,est extrait à la partie supérieure de la cuve 1 par une conduite d'évacuation 6. Le gaz ainsi extrait de la cuve 1, outre qu'il contient 50 à 70% de CO et de H2 qui n'ont pas réagi, contient aussi C02 et H20 qui sont des produits de réaction. Ce gaz peut être utilisé à nouveau dans le procédé,parce qu'il contient encore CO et H2 en pourcentages relativement importants. Toutefois, pour qu'il puisse être utilisé à nouveau comme gaz réducteur, la teneur en C02 et X20 doit être abaissée à moins de. 5%. Cette opération est exécutée par passage du gaz dans un laveur (laveur C02/H20) 7. Lorsque le gaz traverse le laveur, il est débarrassé de C02 et H20 qui sont des produits de réaction, mais de plus lavage proprement dit permet d'équilibrer la quantité de gaz, de sorte qu'il est possible d'éviter de brûler le gaz résiduel.Le laveur 7 peut contenir de la monoéthanolamine, par exemple, comme constituant actif et la teneur en C02 du gaz peut être avantageusement abaissée au-dessous de 2% par passage dans le laveur. A l'aval du laveur 7, le gaz passe par un-compresseur.8 qui provoque l'augmentation de pression nécessaire pour le procédé et est alors divisé en au moins deux courants partiels 9 et 10. Le courant partiel 9,qui se trouve à la température ambiante, est amené à un générateur de gaz 11 où le gaz supplémentaire nécessaire est produit à partir d'un réducteur solide,qui est de préférence du coke, et de .1' eau et/ou de 1 'oxygène gazeux. Le courant partiel 9 est utilisé comme gaz pour le plasma dans un générateur de gaz 11 et la quantité d'énergie nécessàire pour la régénération du gaz est produite dans un brûleur à plasma 12. Le générateur de gaz ll est sensiblement rempli d'un réducteur solide,qui est de préférence du coke. Un oxydant, qui est de préférence l'eau et/ou de l'oxygène gazeux,est admis dans le générateur de gaz 11 par des becs 13, de manière à pénétrer dans le courant de gaz chaud quittant le brûleur à plasma 12. Un réducteur supplémentaire peut éventuellement être admis, par exemple sous forme de poudre au moyen de l'injecteur 13a. Ce réducteur supplémentaire est de préférence du poussier de charbon d'une granulomé- trie de moins de 0,84 mm et de'préférence de moins de 0,149 mm. Le courant 'de gaz chaud quittant le brûleur à plasma est donc amené à réagir avec le réducteur en formant CO et H2. L'apport d'énergie dans le générateur de gaz 11 est réglé de manière que la cendre contenue dans le poussier de charbon soit fondue en un laitier 14 qui peut être soutiré à la partie inférieure du générateur de gaz 11 sous forme de liquide ou de solide par le dispositif de soutirage 16. En raison de la composition de la cendre, la température est de préférence choisie dans l'intervalle de 1.300-1.5000C. Le gaz réducteur produit dans cet appareil, outre qu'il contient CO et | , peut également contenir du soufre contenu dans le charbon. Ce mélange gazeux intermédiaire est donc amené à un filtre à soufre 15 (par exemple, un filtre à dolomite) où sa teneur en soufre est abaissée jusqu'à une valeur acceptable pour la production de l'éponge de fer, de préférence au-dessous de 75 ppm. Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, le filtre à soufre 15 peut être incorporé au générateur de gaz lui-même par addition d'un agent propre à cette fin au lit de coke. t Le gaz quittant le filtre à soufre 15 se trouve à une température sensiblement supérieure à celle nécessaire pour la production de l'éponge de fer et sa température est donc abaissée par mélange avec une fraction convenable du gaz froid lavé du courant partiel 10, de manière à atteindre une température convenant pour le procédé, par exemple 750-1.000 C et de préférence 8250C. Bien que des dispositifs mélangeurs distincts puissent être utilises pour mélanger le gaz provenant du générateur de gaz et le courant partiel 10, il est possible également d'introduire tout ou partie du courant partiel 10 au sommet du générateur de gaz ll,de manière que celui-ci soit utilisé comme chambre de mélange. Le procédé et l'appareil de l'invention of frent des avantages techniques sensibles. Sous ce rap port, la production du gaz peut avoir lieu à une température telle que la cendre forme du laitier qui est aisé à manipuler et qui peut être soutiré sans provoquer d'inconvénients de colmatage dans l'installation. La teneur en hydrogène du gaz réducteur peut être ajustée à une valeur convenant pour la réduction,grâce au stade de lavage et à l'injection ultérieure d'eau et/ou d'oxygène gazeux dans le générateur de gaz.En outre, la combinaison du lavage du gaz et de la production du gaz à des températures accrues offre de meilleures possibilités d'équilibrer la quantité de gaz dans le système et de régler la température de réduction. Simultané- ment, l'économie d'énergie est assurée parce que lténer- gie fournie par le générateur à plasna est utilisée en substance complètement dans le procédé (c'est-à-dire que le réglage de la température est exécuté par addition de gaz réducteur recyclé plus froid plutôt que par évacuation de chaleur hors du système). Au cas où il serait difficile de fixer les cendres du réducteur solide dans une phase de laitier fondu, des additifs modifiant les propriétés (par exemple le point de fusion, l'absorption de soufre, etc.) du laitier peuvent être utilisés, par exemple des composés alcalins et de la craie. Ces additifs sont de préférence mélangés avec le réducteur solide. REVENDICATIONS 1.- Procédé de production de l'éponge de fer par réduction continue d'oxydes de fer dans un four à cuve, caractérisé en ce que: 1) on extrait le gaz de réaction d'un four à cuve; 2) on sépare de ce gaz de réaction sensiblement tout le CO et le H20; 3) on divise le gaz de réaction en au moins deux courants partiels; 4) on fait passer l'un des courants partiels par un générateur de gaz comprenant une cuve génératrice de gaz sensiblement remplie d'un réducteur solide, un brû- leur à plasma monté à la partie inférieure de la cuve et un dispositif pour injecter un oxydant, on chauffe le gaz de réaction au moyen du brûleur à plasma et on injecte dans le gaz chauffé par le brûleur à plasma un oxydant pour former un mélange gazeux intermédiaire constitué principalement par C0 et H2;; 5) on maintient le mélange gazeux intermédiaire à une température telle que la cendre contenue dans le réducteur solide forme un laitier; 6) on mélange ce gaz intermédiaire avec au moins l'un des autres courants partiels en proportion telle que la température du gaz réducteur résultant convienne pour la réduction des oxydes de fer dans un four à cuve; 7) on injecte le gaz réducteur dans la partie inférieure d'un four à cuve et on le fait s'élever dans le four à cuve de manière à réduire les oxydes de fer contenus dans le four à cuve, et 8) on soutire le fer réduit du four. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'oxydant est l'eau ou l'oxygène. 3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on maintient le mélange gazeux intermédiaire à une température d'environ 1.300 à 1.5000C, 4.- Procédé suivant la revendication 3, ca ractérisé en ce qu'on mélange le gaz intermédiaire avec au moins l'un des courants partiels en proportion telle que la température du gaz réducteur résultant avant l'injection dans le four à cuve soit d'environ 700 à 1.00000. 5.- Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la température du gaz réducteur avant l'injection dans le four à cuve est d'environ 8250C, 6.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu' on sépare C02 et H20 du gaz de réaction au moyen d'un laveur à gaz jusqu'à ce que la teneur en C02 soit inférieure à environ 2%. 7.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le réducteur est le coke. 8.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on injecte un réducteur supplémentaire dans le gaz chauffé au moyen du brûleur à plasma. 9.- Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le réducteur supplémentaire est le poussier de charbon d'une granulométrie inférieure à 0,84 mm. 10.- Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le réducteur supplémentaire est le poussier de charbon d'une granulométrie inférieure à 0,149 mm. 11.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce quton fait passer le mélange gazeux intermédiaire à travers un filtre à soufre. 12.- Appareil pour produire de l'éponge de fer par réduction continue d'oxydes de fer, caractérisé en ce qu'il comprend: 1) un four à cuve pour la réaction des oxydes de fer avec un gaz réducteur constitué principalement par CO et H2; 2) un dispositif raccordé à la partie supérieure du four à cuve pour extraire le gaz de réaction du four; 3) un dispositif d'épuration pour éliminer le C02 du gaz de réaction; 4) un dispositif pour séparer le gaz de réaction épuré en au moins deux courants partiels;; 5) un générateur de gaz pour recevoir au moins l'un des courants partiels, ce générateur de gaz comprenant une cuve génératrice de gaz sensiblement remplie d'un réducteur solide, un brûleur à plasma monté dans la partie inférieure de la cuve et un dispositif pour injecter un oxydant dans le gaz chauffé au moyen du brûleur à plasma, de manière à produire un mélange gazeux intermédiaire constitué principalement par CO et H2; 6) un dispositif de mélange pour mélanger en quantités mesurées le mélange gazeux intermédiaire et au moins l'un des autres courants partiels du gaz de réaction, afin d'obtenir un gaz réducteur, et 7) un dispositif pour injecter le gaz réducteur dans la partie inférieure du four à cuve. 13.- Appareil suivant la revendication 12, caractérisé en ce que le dispositif épurateur comprend un laveur éliminant le 002. 14.- Appareil suivant la revendication 13, caractérisé en ce que le laveur éliminant le C02 contient de la monoéthanolamine comme constituant actif. 15.- Appareil suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend un compresseur monté entre le dispositif épurateur et le dispositif pour séparer le gaz de réaction épuré. 16.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 12 à 15,.caractérisé en ce que le générateur de gaz est muni d'un dispositif pour soutirer le laitier. 17.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend un filtre à soufre monté entre le générateur de gaz et le dispositif mélangeur. 18.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce qu'un filtre à soufre est incorporé au générateur de gaz. 19.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce qu il comprend un dispositif pour injecter un réducteur supplémentaire à l'état de poudre dans le gaz chauffé au moyen du brû- leur à plasma. 20.- Appareil suivant la revendication 19, caractérisé en ce que le dispositif pour injecter le réducteur solide comporte une région d'injection immédiatement devant le brûleur à plasma. 21.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que le dispositif pour injecter l'oxydant comprend une région d'injection immédiatement devant le brûleur à plasma..