BE1007346A6 - Perfectionnement d'un procede pour l'elaboration directe d'un metal a partir d'un minerai sous forme d'oxyde et de charbon fin. - Google Patents
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Abstract
Un charbon fin, séché et préchauffé, est soumis à une opération de distillation combinée à la gazéification du semi-coke résultant de la distillation. On produit ainsi un gaz réducteur composé essentiellement de CO et H2 qui sert, en plusieurs étapes, à sécher et préchauffer un minerai, à le préréduire et à le réduire. Le mélange gazeux quittant ces différentes étapes est recyclé, au moins en partie, dans l'étape de distillation et de gazéification, le CO2 et le H2O servant à y oxyder partiellement le semi-coke. On obtient ainsi une éponge de fer utilisable pour produire de la fonte ou de l'acier de qualité. Le perfectionnement consiste en ce que, avant de recycler dans l'installation de distillation et de gazéification la majeure partie du mélange gazeux provenant d'au moins une des étapes de réduction finale, de préréduction et de séchage et préchauffage du minerai, on réduit le volume du mélange gazeux en lui faisant subir un traitement physique, chimique ou physico-chimique, de préférence en diminuant la teneur en CO2, par exemple par décarbonatation éventuellement partielle.
Description
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Perfectionnement d'un procédé pour l'élaboration directe d'un métal à partir d'un minerai sous forme d'oxyde et de charbon fin.
La présente invention a trait à un perfectionnement d'un procédé pour l'élaboration directe d'un métal à partir d'un minerai sous forme d'oxyde et de charbon fin tel que décrit dans la demande de brevet belge déposée le 19.5. 1993 sous le numéro 09300520.
La description qui va suivre est principalement axée sur l'élaboration de fer à partir de minerai constitué d'oxydes de fer. Cette application particulière est uniquement destinée à servir d'exemple pour illustrer le procédé précité, qui peut en fait s'appliquer avec avantage à d'autres métaux dont l'élaboration fait appel à des techniques de même nature.
A l'heure actuelle, la voie usuelle pour transformer du minerai de fer en acier comporte généralement les étapes de préparation des minerais de fer, par exemple par agglomération, de production de coke à partir de charbons sélectionnés, d'élaboration de fonte dans un haut fourneau et d'affinage de cette fonte dans des aciéries presque toujours pneumatiques.
Ce processus classique permet de fabriquer successivement une fonte et un acier de bonne qualité, mais il présente actuellement plusieurs inconvé- nients. Pour atteindre le niveau de qualité requis, le haut fourneau exige que le coke et le minerai soient préparés de manière optimale. La fabrica- tion du coke nécessite d'une part des installations coûteuses et d'autre part l'utilisation de charbons cokéfiables ; ceux-ci ne constituent qu'une faible partie des réserves de charbon connues et sont par conséquent éga- lement chers. De même, l'agglomération des minerais est réalisée dans des installations qui requièrent des investissements élevés et elle consomme actuellement du minerai spécialement préparé appelé"sinter feed".
Enfin, aussi bien la fabrication du coke que l'agglomération des minerais sont soumises à des prescriptions de plus en plus sévères en matière de protec- tion de l'environnement, ce qui contribue à augmenter encore le prix de revient de ces matières.
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D'autres voies sont actuellement explorées pour tenter de remédier à ces inconvénients. On a ainsi proposé différents procédés de fusion réductrice, pour produire du fer directement à partir de minerai de fer et de charbon fin. Ces procédés sont en général handicapés par le fait qu'ils génèrent un excédent de gaz, constitué principalement de CO et de Czar il est nécessaire de produire d'une part un gaz réducteur tel que CO pour assurer la réduction et d'autre part une quantité de chaleur, par combustion sous forme de CO2, suffisante pour réaliser la fusion. Une autre voie envisage l'utilisation d'un four électrique consommant des ferrailles.
On se heurte ici au problème de la pureté de l'acier, en raison notamment de la présence d'éléments d'alliage ou de revêtement dans les ferrailles ; en outre, la croissance de la demande fait augmenter le prix des ferrailles d'autant plus que la quantité de ferrailles internes des usines sidérurgiques diminue du fait de la généralisation de la coulée continue de l'acier.
Le procédé décrit dans la demande de brevet belge 09300520 permet de remédier aux divers inconvénients précités. Ce procédé pour l'élaboration directe d'un métal à partir d'un minerai sous forme d'oxyde et de charbon fin remplace les opérations de fabrication de coke et d'agglomération des minerais ainsi que de production de fonte au haut fourneau. Il permet de générer de façon simultanée et indépendante le gaz réducteur et la chaleur nécessaires à la production de métal totalement réduit. Dans le cas particulier du minerai de fer, on obtient ainsi une éponge de fer pouvant ensuite alimenter un réacteur de fusion pour produire une fonte de qualité, ou un four d'aciérie, tel qu'un four électrique ou un convertisseur, pour produire un acier de qualité.
Pour rappel, ce procédé pour l'élaboration directe d'un métal à partir d'un minerai sous forme d'oxyde et de charbon fin, est caractérisé par les opérations suivantes : a) on soumet le charbon fin à une opération de séchage et de préchauffage en le portant à une température comprise entre 2000C et 350oC ; b) le charbon est ensuite porté rapidement à une température comprise entre 7000C et 14000C et soumis à une opération de distillation com- binée à la gazéification, à l'aide d'un mélange gazeux contenant C02 et H2O, du semi-coke résultant de la distillation ;
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c) on recueille, à la sortie de l'étape de distillation et de gazéifi- cation (b), un gaz réducteur composé essentiellement de CO et de H2 ; d) on soumet par ailleurs le minerai à une opération de séchage et de préchauffage en le portant à une température comprise entre 200. C et 1000. C ; e) le minerai séché et préchauffé subit une préréduction au moyen d'un gaz réducteur chaud ; préférentiellement et après une période transitoire de démarrage, au moins une partie de ce gaz réducteur chaud est issue de l'étape de réduction finale (f) du minerai ; f) le minerai préréduit subit une réduction finale au moyen du gaz réduc- teur chaud, issu de l'opération de distillation/gazéification (c), à une température comprise entre 700.
C et 1400. C ; g) à la sortie des étapes de réduction finale (f), et/ou de préréduction (e) et/ou de séchage et préchauffage (d) du minerai, on recueille le mélange gazeux contenant CO, H2, CO2 et H20 et on recycle au moins une partie de ce mélange dans l'étape de distillation et de gazéification (b), le CO2 et le H20 servant à y oxyder partiellement le semi-coke ; h) on brûle une autre partie du mélange gazeux chaud quittant au moins une desdites étapes de réduction finale (f), de préréduction (e) et de séchage et préchauffage (d) du minerai pour maintenir la température de l'étape de distillation et de gazéification (b) entre 700 C et 1400.
C ; i) on recueille le métal chaud réduit à la sortie de l'étape de réduction finale (f).
Dans la description ci-après de l'invention, il est question d'une étape de distillation et de gazéification. Sauf indication contraire, il s'agit de l'étape (b) ci-dessus, de production de gaz réducteur contenant CO et H2 non seulement par distillation proprement dite du charbon fin mais aussi par réaction de gazéification partielle ou totale du semi-coke avec des gaz recyclés contenant C02 et H2O, comme cela a été dit plus haut.
Il a été aussi signalé dans la demande de brevet belge précédemment citée que la mise en oeuvre de ce procédé peut être réalisée suivant différentes variantes particulières, qui peuvent être combinées entre elles. A cet égard, on peut avantageusement :
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- effectuer l'étape de distillation et de gazéification (b) à une tempéra- ture comprise entre 800'C et 1100oC ;
EMI4.1
- opérer la réduction finale du minerai préréduit, à une température comprise entre 7000C et 1100oC ; - sécher et préchauffer le minerai au moyen de fumées provenant du chauf- fage (h) de l'étape de distillation et de gazéification (b) ;
- séparer le séchage et le préchauffage du minerai, le séchage étant ef- fectué au moyen de fumées provenant du chauffage (h) de l'étape de dis- tillation et de gazéification (b) et le préchauffage étant effectué au moyen d'au moins une partie du gaz réducteur chaud quittant l'étape de préréduction (e), et/ou l'étape de réduction finale du minerai (f) ; - sécher et préchauffer le charbon fin au moyen d'au moins une partie des fumées provenant du chauffage de l'étape de distillation et de gazéifi- cation (b) et/ou de l'étape de séchage et/ou de préchauffage du minerai (d) ; - sécher et préchauffer le charbon fin au moyen de fumées oxydantes, pour détruire les propriétés agglutinantes dudit charbon ;
- sécher et préchauffer le minerai et/ou le charbon fin, par combustion directe d'au moins une partie du mélange gazeux chaud quittant l'étape de préréduction (e) et/ou l'étape de réduction finale (f) du minerai ; - opérer le séchage et/ou le préchauffage du minerai au moyen d'au moins une partie du mélange gazeux quittant l'étape de préréduction (e) et/ou l'étape de réduction finale (f) du minerai ; - remplacer totalement ou partiellement le mélange gazeux quittant l'étape de préréduction (e) et/ou l'étape de réduction finale (f) du minerai par du gaz réducteur chaud recueilli en (c) pour opérer le séchage et/ou le préchauffage (d) du minerai ; - remplacer totalement ou partiellement le mélange gazeux quittant l'étape de réduction finale (f) du minerai par du gaz réducteur chaud recueilli en (c) pour opérer la préréduction (e) du minerai ;
EMI4.2
- injecter de l'oxygène ou un gaz contenant de l'oxygène dans l'étape de distillation/gazéification, au moins pendant la phase de démarrage de la réaction de distillation du charbon ; - soutirer au moins une partie du semi-coke résultant de la distillation du charbon fin et brûler ce semi-coke pour maintenir la température de l'étape de distillation et de gazéification et/ou pour sécher et pré- chauffer le minerai et/ou le charbon fin et/ou pour réchauffer ou sur-
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chauffer le gaz recyclé ; - effectuer dans une étape unique le séchage, le préchauffage et la dis- tillation et la gazéification du charbon fin ; - effectuer dans une étape unique les opérations de préréduction (e) et de réduction finale (f) du minerai ;
- effectuer dans une étape unique les opérations de séchage et préchauf- fage (d) et préréduction (e) du minerai ;
EMI5.1
- effectuer dans une étape unique les opérations de préchauffage, préré- duction (e) et réduction finale (f) du minerai ; - effectuer dans une étape unique les opérations de séchage et préchauf- fage (d), préréduction (e) et réduction finale (f) du minerai ; - effectuer à une'même température de l'ordre de 1000oC, les étapes de distillation et de gazéification (b), de préréduction (e) et de réduction finale (f) ;
- opérer à une pression différente de la pression atmosphérique dans au moins une des étapes de distillation et de gazéification (b), de préré- duction (e) et de réduction finale (f) du minerai, par exemple en légère dépression dans l'étape de distillation et de gazéification (b) et en surpression dans les étapes de pré-réduction (e) et/ou de réduction finale (f) du minerai ; - effectuer l'opération de distillation du charbon dans une étape dis- tincte, avant l'étape de gazéification du semi-coke obtenu ; - prélever une partie du mélange gazeux quittant l'étape de réduction (f) et/ou l'étape de préréduction (e) et le brûler pour maintenir la tempé- rature de l'étape de distillation et de gazéification (b) entre 7000C et 1400oC ;
- recueillir le gaz quittant l'étape de séchage et pré-chauffage du mine- rai et le brûler pour maintenir la température de l'étape de distilla- tion et de gazéification entre 7000C et 1400oC ; - laver et dépoussiérer le mélange gazeux provenant d'au moins une des étapes de réduction finale, de préréduction et de séchage et préchauf- fage du minerai, comprimer ledit mélange, brûler au moins une partie dudit mélange pour maintenir la température de l'étape de distillation et de gazéification (b), réchauffer le reste dudit mélange à une tempé- rature comprise entre 500'C et 14000C et le recycler dans l'étape de distillation et de gazéification (b) ;
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- brûler ladite partie du mélange gazeux à l'extérieur de l'étape de dis- tillation et de gazéification, et maintenir la température de ladite étape de distillation et de gazéification au moyen des fumées produites par ladite combustion ; - réchauffer ledit reste du mélange gazeux au moyen soit des fumées quit- tant le chauffage de l'étape de distillation et de gazéification (b), soit de fumées produites par la combustion d'une partie du mélange gazeux recyclé.
Certaines des modalités avantageuses précitées ne sont à prendre en compte qu'après la période transitoire de démarrage du procédé en question car certains composants recueillis n'existent pas au démarrage ; éventuellement les substances précitées pourraient être issues de sources distinctes extérieures au procédé décrit.
A titre d'exemple non limitatif, la figure annexée illustre les différentes réactions présentes dans le procédé décrit dans la demande de brevet belge déposée le 19.05. 1993 sous le numéro 09300520.
Dans la figure en question, on a représenté schématiquement le chauffage de l'installation de distillation et de gazéification (B) par une double enveloppe (1), elle-même alimentée en gaz chaud par un brûleur (2). Il va de soi que tout autre moyen de chauffage pourrait convenir ; un brûleur est cependant avantageux parce qu'il permet d'une part de brûler le semi-coke SC produit dans le gazéificateur (B) et d'autre part de consommer le gaz réducteur excédentaire, comme cela sera indiqué plus loin. Le brûleur (2) est bien entendu relié à une source d'oxygène dz qui est généralement l'air atmosphérique.
Parallèlement, un minerai de fer oxydé M (contenant par exemple Fe203 et/ou Felde préférence fin, est chargé à 250C dans un sécheur (C) alimenté en gaz chaud.
Le minerai est ensuite transféré dans une installation de préréduction (D), où l'oxyde initial est partiellement réduit (par exemple en FeO) à l'aide de gaz réducteur chaud provenant d'une installation de réduction (E).
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Le minerai préréduit est enfin transféré dans le réducteur final (E), où la réduction est achevée au moyen du gaz réducteur venant de l'installation de distillation/gazéification (B) pour donner essentiellement du fer (Fe). On obtient ainsi dans ce cas une éponge de fer à environ IOOOOC, qui peut être utilisée de diverses façons.
Dans la variante représentée en trait plein, les opérations de réduction, de préréduction et de séchage-préchauffage du minerai sont assurées en série au moyen du gaz réducteur (CO + H2) produit dans l'installation de distillation/gazéification (B) et ayant une température initiale d'environ 1000. C. A chaque opération, le gaz s'appauvrit en CO et H2 tandis que les teneurs en CO2 et en HO augmentent.
Le gaz réducteur (CO + H) est utilisé en premier lieu pour la réduction finale, car sa pureté permet d'effectuer la réduction du FeO en Fe, qui est une réaction relativement difficile à réaliser. Le gaz chaud permet également de porter le minerai à une température suffisante pour la réaction.
Le gaz légèrement refroidi quittant l'installation de réduction (E) est encore un gaz réducteur, avec toutefois une certaine teneur en HO et CO2.
Ce gaz est utilisé dans l'installation de préréduction (D) pour l'échauf- fement et la préréduction du minerai, c'est-à-dire la réduction du Fie203 et/ou du Fe304 en FeO, qui est une réaction plus aisée et plus rapide.
Le mélange gazeux quittant l'installation de préréduction (D) présente une température plus faible et une teneur accrue en CO2 et HO. Toutefois, sa température est encore suffisante pour qu'il puisse assurer le séchage et le préchauffage du minerai. Ce mélange constitué essentiellement de CO, CO, H2 et HO, est recyclé dans le procédé éventuellement après avoir été dépoussiéré et épuré pour éliminer par exemple les composés sulfurés, et ensuite porté à la pression requise par un compresseur (4).
Une partie de ce gaz est réchauffée dans un échangeur de chaleur (5) par les fumées provenant de la double enveloppe (1), puis elle est réintroduite dans l'installation de distillation/gazéification (B) où le CO et le H20 se transforment en CO et H2 en présence de carbone solide :
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EMI8.1
Chacune de ces réactions donne deux molécules de gaz à partir d'une seule molécule de gaz et d'un atome de carbone solide. C'est pourquoi il convient de ne recycler qu'une partie du mélange gazeux dans l'installation, afin de conserver un volume et une pression constants.
L'excédent du gaz comprimé en (4) peut, après avoir éventuellement subi un traitement complémentaire en (6), être consommé dans le brûleur (2), ou éventuellement dans d'autres brûleurs, non représentés, équipant les sécheurs (A) et/ou (C), ou encore dans un échangeur de chaleur réchauffant le gaz réducteur recyclé.
Il est encore prévu la possibilité d'injecter un gaz oxygéné (02) dans le gazéificateur (B) pour y assurer le démarrage des réactions. En régime normal de fonctionnement, cette alimentation en oxygène est généralement fermée et l'oxygène nécessaire est fourni par les réactions de réduction du minerai dans les réacteurs (D) et (E). L'injection d'oxygène peut cependant être utilisée pour faciliter le maintien de l'installation (B) à sa température de fonctionnement.
La figure montre encore, en trait mixte, une variante selon laquelle le réacteur (C) est scindé en un sécheur (C') et un préchauffeur (C") pour le minerai. Dans ce cas, le sécheur (C') est chauffé, en série avec le sécheur (A), par les fumées provenant de l'enveloppe (1) de l'installation (8), et le préchauffeur (C") est chauffé par le gaz provenant de l'installation de préréduction (D).
D'autres variantes, illustrées également en trait mixte, indiquent que du gaz peut être prélevé à la sortie de l'installation de réduction (E) et/ou de l'installation de préréduction (D), pour alimenter l'installation (B) et/ou le brûleur (2).
Dans le contexte d'une exploitation industrielle du procédé en question, le fait de ne recycler qu'une partie du mélange gazeux, comme dit précédemment, présente l'inconvénient de ne pas valoriser de façon optimale la
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partie non recyclée, celle-ci étant simplement brûlée alors qu'elle présente encore un potentiel réducteur non négligeable de par ses teneurs en CO et H2.
Un soucis de perfectionnement a conduit l'inventeur à rechercher des moyens pour augmenter la proportion du mélange gazeux recyclé tout en veillant à maintenir constant le débit de gaz à l'entrée de l'installation de réduction finale du minerai.
Le perfectionnement, objet de la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce que l'on recycle dans l'installation de distillation et de gazéification la majeure partie du mélange gazeux provenant d'au moins une des étapes de réduction finale (f), de préréduction (e) et de séchage et préchauffage (d) du minerai, après en avoir réduit le volume initial en lui faisant subir un traitement physique, chimique ou physicochimique, préférentiellement en diminuant la teneur en composants totalement oxydés tels que CO2 et H2O.
Une modalité de réalisation particulièrement intéressante consiste à procéder à une décarbonatation partielle du mélange gazeux en question.
Cette modalité opératoire conduit à une amélioration du procédé objet de la demande de brevet belge déposée le 19.05. 1993 sous le numéro 09300520 car l'opération de décarbonatation partielle permet d'ajuster tant le volume global que la teneur en C02 du mélange gazeux recyclé vers l'installation de distillation/gazéification avec pour effet favorable d'accroître la proportion des gaz recyclés tout en gardant constant le débit du mélange gazeux à l'entrée de l'installation de réduction finale du minerai.
Cette manière de procéder a pour résultat de diminuer la quantité de gaz non recyclés et influençe donc favorablement le coût de fonctionnement de l'installation globale.
Dans le contexte des opérations représentée sur la figure annexée, le traitement du mélange gazeux recyclé, objet de la présente invention, est effectué dans un dispositif approprié (3).
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Dans une mise en oeuvre avantageuse du procédé de l'invention, le traitement du mélange gazeux est effectué après traitement de dépoussiérage et/ou épuration de ce mélange.
Claims (3)
- REVENDICATIONS 1. Perfectionnement d'un procédé pour l'élaboration directe d'un métal à partir d'un minerai sous forme d'oxyde et de charbon fin, comprenant les opérations suivantes : a) on soumet le charbon fin à une opération de séchage et de pré- chauffage en le portant à une température comprise entre 2000C et 350ici b) le charbon est ensuite porté rapidement à une température comprise entre 700*C et 1400.C et soumis à une opération de distillation com- binée à la gazéification, à l'aide d'un mélange gazeux contenant C02 et H2O, du semi-coke résultant de la distillation ; c) on recueille, à la sortie de l'étape de distillation et de gazéifi- cation (b), un gaz réducteur composé essentiellement de CO et de H ; d) on soumet par ailleurs le minerai à une opération de séchage et de préchauffage en le portant à une température comprise entre 2000C et 1000 ex ; e) le minerai séché et préchauffé subit une préréduction au moyen d'un gaz réducteur chaud ; préférentiellement et après une période transi- toire de démarrage, au moins une partie de ce gaz réducteur chaud est issue de l'étape de réduction finale (f) du minerai ;f) le minerai préréduit subit une réduction finale au moyen du gaz réducteur chaud, issu de l'opération de distillation/gazéification (c), à une température comprise entre 7000C et 1400 C ; g) à la sortie des étapes de réduction finale (f), et/ou de préréduc- tion (e) et/ou de séchage et préchauffage (d) du minerai, on re- cueille le mélange gazeux contenant CO, H2, CO2 et H20 et on recycle au moins une partie de ce mélange dans l'étape de distillation et de gazéification (b), le CO2 et le H20 servant à y oxyder partielle- ment le semi-coke ;h) on brûle une autre partie du mélange gazeux chaud quittant au moins une desdites étapes de réduction finale (f), de préréduction (e) et de séchage et préchauffage (d) du minerai pour maintenir la tempéra- ture de l'étape de distillation et de gazéification (b) entre 7000C et 1400OC ; i) on recueille le métal chaud réduit à la sortie de l'étape de réduction finale (f) ;<Desc/Clms Page number 12> essentiellement caractérisé en ce que l'on recycle dans l'installation de distillation et de gazéification la majeure partie du mélange gazeux provenant d'au moins une des étapes de réduction finale (f), de préré- duction (e) et de séchage et préchauffage (d) du minerai, après en avoir réduit le volume initial en lui faisant subir un traitement physique, chimique ou physico-chimique, préférentiellement en diminuant la teneur en CO.
- 2. Perfectionnement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on procède à une décarbonatation partielle du mélange gazeux en question.
- 3. Perfectionnement suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le traitement du mélange gazeux est effectué après traitement de dépoussiérage et/ou épuration de ce mélange dans un dispositif approprié (3).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BE9300880A BE1007346A6 (fr) | 1993-08-27 | 1993-08-27 | Perfectionnement d'un procede pour l'elaboration directe d'un metal a partir d'un minerai sous forme d'oxyde et de charbon fin. |
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| BE9300880A BE1007346A6 (fr) | 1993-08-27 | 1993-08-27 | Perfectionnement d'un procede pour l'elaboration directe d'un metal a partir d'un minerai sous forme d'oxyde et de charbon fin. |
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| BE1007346A6 true BE1007346A6 (fr) | 1995-05-23 |
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ID=3887287
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| BE9300880A BE1007346A6 (fr) | 1993-08-27 | 1993-08-27 | Perfectionnement d'un procede pour l'elaboration directe d'un metal a partir d'un minerai sous forme d'oxyde et de charbon fin. |
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| Country | Link |
|---|---|
| BE (1) | BE1007346A6 (fr) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014187327A1 (fr) * | 2013-05-23 | 2014-11-27 | 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 | Nouveau procédé et système pour fusion en lit mobile froid de gaz de réduction préparé par gazéification de charbon de rang intermédiaire à bas |
| WO2014187329A1 (fr) * | 2013-05-23 | 2014-11-27 | 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 | Nouveau processus et système pour fusion à lit mobile de transport à froid de gaz réducteur préparé par utilisation d'une gazéification de charbon de rang moyen/faible |
| WO2014187326A1 (fr) * | 2013-05-23 | 2014-11-27 | 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 | Nouveau procédé et système pour fusion en lit mobile de gaz de réduction préparé par gazéification d'un charbon de rang intermédiaire à bas |
-
1993
- 1993-08-27 BE BE9300880A patent/BE1007346A6/fr not_active IP Right Cessation
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