Brevet FR2528162A1 — publié le 19831209

Four à arc de production d'un gaz réducteur. La présente invention est relative a un dispositif de production d'un gaz réducteur destiné à être utilisé en liaison avec la réduction directe d'oxydes métalliques et de matières telles que du concentré de minerai de fer contenant ces oxydes, ou pour produire d'autres gaz, ou pour un réacteur chimique à arc. Dans les dispositifs et procédés connus de réduction directe en liaison avec des processus métallurgiques, on utilise un gaz de réduction, principalement de l'oxyde de carbone CO, ou de l'hydrogène H2. Du gaz de recirculation et, le cas échéant, du carbone ou un hydrocarbure, sont envoyés dans un brûleur à plasma pour fournir suffisamment d'énergie pour la décomposition du gaz carbonique C02 et de H20 et d'hydrocarbures, et pour donner une tempéra ture suffisante au gaz. Dans un procédé connu, du gaz carbonique est formé entre autre en utilisant des brûleurs à plasma. Un inconvénient de ce procédé est que ces brûleurs sont des appareils relativement sensibles ayant une -puissance limitée (ils ne sont pas conçus normalement pour des puissances supérieures à 3 MW environ en continu). L'invention vise à améliorer le dispositif connu et à pallier les inconvénients mentionnés cidessus. Elle tend à fournir des moyens de régénération de gaz réducteurs. Le four à arc suivant l'invention comprend un réacteur ayant des électrodes en graphite ou en carbone reliées aux pôles d'une source de courant continu, et un gaz, par exemple C02 + CO, contenant du gaz carbonique, ainsi que du carbone ou une matière carbonacée, sont disposés de manière à être injectés dans l'arc formé, de l'oxyde de carbone (C0) étant formé suivant et, le cas échéant, aussi de l'hydrogène gazeux, le gaz formé étant utilisé comme gaz réducteur. On tire parti des propriétés particulieres de l'arc en courant continu pour ce qui concerne le courant gazeux. Le gaz à régénérer consiste principalement en un mélange d'oxyde de carbone CO et de gaz carbonique C02. La régénération implique que du gaz carbonique soit transformé dans la plus grande mesure possible en oxyde de carbone. Ceci est obtenu en chauffant le gaz à l'arc, le gaz carbonique étant ainsi décomposé en formant de l'oxyde de carbone et de l'oxygène. En ajoutant du carbone (matière carbonacée), on fixe l'oxygène libre de manière à former davantage d'oxyde de carbone. Un tel réacteur peut remplacer avantageusement des brûleurs à plasma du procédé de l'art antérieur décrit ci-dessus. Du carbone peut être fourni, soit sous forme de poudre finement broyée, ou sous forme combinée par un hydrocarbure , par exemple du pétrole, du gaz naturel, du gaz de pétrole liquéfié, du propane, du butane, etc. Si l'on fournit un hydrocarbure, il est décomposé également par l'arc, de sorte que du carbone libre se degage sous forme de suie, ainsi que de l'hydrogène. De l'hydrogène forme donc aussi un constituant utile du gaz régénéré. Un réacteur suivant l'invention est représenté au dessin annexé. Deux électrodes en graphite à canaux creux, la cathode 1 et l'anode 2, reliées à une source de courant continu (non représentée) sont introduites dans une cuve de réacteur ayant un garnissage 3 en céramique. Les électrodes sont munies de joints d'électrodes 4, 5 refroidis par de l'eau. Le gaz à produire est disposé de manière à être fourni par plusieurs moyens différents, tels que par un canal 8 creux de la cathode 1, par des buses 6 voisines du joint d'électrode 4 de la cathode 1, ou par des buses 7 sur le fond de la cuve du réacteur. On peut également envoyer,-par les mêmes ouvertures, du carbone, ou des produits apportant du carbone, tels que du pétrole ou du gaz naturel. Mais la sortie du gaz régénéré chaud s'effectue seulement par une seule ouverture, à savoir le canal 9 creux de l'anode 2. Au lieu d'électrodes en graphi te , il est, bien entendu, possible d'utiliser des électrodes en carbone. Lorsqu'on utilise le réacteur suivant l'invention, la partie principale du gaz et du carbone du produit apportant du carbone est amenée, de préférence, par les buses du fond, et tourbillonnera vers le haut dans la cuve du réacteur 3. Le rayonnement provenant de l'arc 10 est absorbé, d'une manière efficace, par les particules de carbone libre ou de suie, ce qui favorise la réaction tout en protégeant les parois de la cuve du rayonnement direct. Le gaz doit alors traverser l'arc 10 pour s'écouler hors du réacteur 3, ce qui chauffe encore plus intensément le gaz et achève la réaction.Le trajet de passage représenté pour le gaz coopère avec la convexion naturelle de l'arc 10, puisque celui-ci agit comme une pompe à gaz puissante qui aspire le gaz de l'endroit se trouvant immédiatement en-dessous de la cathode 1 et le conduit vers le bas à grande vitesse, vers le canal 9 de l'anode 2. S'il reste des résidus d'oxygène quand le gaz de l'arc 10 atteint l'anode 2, cele-ci sera attaquée. Pour s'opposer à cela, on peut charger du carbone ou des produits apportant du carbone en sup plément, le-cas échéant avec addition d'un peu de gaz porteur, directement dans l'arc 10, par l'intermédiaire du canal 8 de la cathode 1. Cette possibilité d'injecter directement dans l'arc rend possible d'effectuer le procédé avec un rendement élevé et avec une usure minimale des électrodes. Une autre possibilité d'effectuer et d'influencer le procédé lorsque le réacteur est utilisé, est procurée par les buses d'entrée 6 proches de l'amenée de la cathode 1. Ce qui y est chargé ira partiellement directement dans l'arc 10, en raison de l'effet de succion de l'arc, et se mélangera partiellement avec le gaz tourbillonnant et les courants de particules dans la cuve du réacteur. Aussi, du point de vue du procédé, le chargement par les buses 6 de la cathode constitue-t-il un stade intermédiaire entre le chargement direct dans l'arc 10 par le canal 8 de la cathode 1 et le chargement par les buses 7 du fond. Pour obtenir le meilleur transfert de chaleur au gaz et la moindre usure des électrodes, on utilisera un arc relativement long, c'est-à-dire un arc ayant une tension relativement élevée et un courant relativement bas. A titre indicatif, pour un réacteur de 6 MW, on propose une tension de 300 V et un courant de 20 kA, ce qui donne une longueur d'arc de 700 mm environ. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit. En particulier, elle peut être utilisée avec d'autres générateurs de gaz ou avec Ges réacteurs chimiques à arc. REVENDICATIONS 1. Four à arc de production d'un gaz réducteur destiné à être utilisé en liaison avec la réduction directe d'oxydes métalliques et de matières contenant des oxydes,telles que du concentré de minerai de fer, caractérisé en ce que le four comprend un réacteur ayant des électrodes (1, 2) en graphite ou en carbone, reliées aux pôles d'une source de courant continu, en ce qu'un gaz, par exemple C02 + CO, contenant dù gaz carbonique, ainsi que du carbone ou de la matière carbonacée, est disposé de manière à être injecté dans l'arc (10) formé, de l'oxyde de carbone (CO) étant formé suivant C + C02 , CO, et aussi éventuellement de l'hydrogèpe gazeux. 2. Four à arc suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode (1) montée en cathode est munie d'au moins un canal (8) de traversée pour l'alimentation en gaz qui doit être régénéré, et le cas échéant aussi, en carbone ou en matière carbonacée. 3. Four à arc suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que du gaz, du carbone, ou de la matière carbonacée sont également envoyés par des buses (6) au voisinage du joint de la cathode/électrode (1), ou par des buses (7) au fond de la cuve du réacteur, la plus grande partie de l'alimentation s'effectuant, le cas échéant, par ces dernières buses. 4. Four à arc suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'oxyde de carbone formé est disposé de manière à être évacué par au moins un canal (9) de l'anode/électrode (2).