BE403618A - - Google Patents

Description

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  BREVET D'INVENTION 
 EMI1.1 
 aaeaaaaaxaaeaa=aa "Procédé et appareil pour fabriquer des   aoiers   spéciaux " 
L'invention concerne un procédé pour traiter simultané- ment en commun, par voie chimique et métallurgique des combusti- bles solides de qualité inférieure, pour les ennoblir, des hydro- carbures lourdes pour les transformer en d'autres légères et des minerais de fer pour les carburer, et pour traiter ensuite ces produits améliorés, dans un four métallurgique , en vue d'obtenir des fontes synthétiques ou des aciers spéciaux éven- tuellement riches en manganèse, chromo,   silicium,   etc,, en une seule fusion, et elle concerne aussi un four pour   l'accomplis-   sement du procédé. 



   On sait que les minerais de fer sont traités dans les hauts fourneaux pour obtenir de la fente et que les procédés respec- tifs consistent à chauffer les minerais en contact aveo du coke métallurgique ou du charbon de bois et des fondants, en   injec-   tant de l'air chaud, et que les fentes ainsi obtenues sont transformées ultérieurement, par d'autres opérations métallur- giques, en aciers. 



   On sait également,que des hydrocarbures lourdes de quali- té inférieure,telles que des résidus de la distillation de pro- duits pétrolifères(mazout) ou des   goudrons,sont   transformés en hydrocarbures légères à bas point d'ébullition par dépolymérisa- tion ou par cracking d'après des procédés, qui   consistent   à les vées ,éventuellement chauffer à des températures et des pressions souvent très éle/ 

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 en présence de catalyseurs. Les procédés connus ont dependant le désavantage que les produits légers résultants contiennent souvent de phénols, que leur rendement est réduit et qu'ils produisent des grandes quantités de coke de qualité inférieure ou de valeur minime. 



   On sait en outre qu'un coke de haute valeur,. c.à.d. un coke métallurgique, ne peut êtreobtenu que d'un combustible de bonne qualité, qui ne contient que des proportions déterminées de gaz, pas de soufre et peu de substances minérales qui se transforment en cendres. 



   Le procédé suivant l':invention nous donne la possibilité de fabriquer directement des fontes ou aciers dans deux opérations chimiques et métallurgiques, éxécutées en plusieurs étapes dans une série d'appareils appropriés, en partant de minerais pauvres, pulvé- rulents, contenant même du soufre, de combustibles qui jusqu'à pré- sent n'étaient pas coksifiables et d'hydrocarbures lourdes, telles que des résidus de la distillation du pétrole brut ou de celle d'au- tres combustibles.

   Bien entendu que le procédé peut être dirigé de sorte à faire varier suivant les besoins, soit la quantité, soit les propriétés de l'un ou de l'autre des produits et qu'il peut être in-   terrompu   après l'une ou l'autre des étapes, en considérant un produit intermédiaire comme produit final, tel qu'un coke métallurgique ou une hydrocarbure légère, susceptible d'être utilisée dans des moteurs à explosion ou bien un   minerait   purifié, enrichi ou carburé. 



   Pour exécuter le procédé 1l'on peut utiliser: 
Un combustible solide de qualité inférieure, tel que le   bois   le lignite, le charbon   non-coksifiable,   contenant même du sou- fre. 



   Un minerai de fer en morceaux pu pulvérulent, contenant de l'oxyde de fer, du manganès, di chrome, du   silicium, (1410,     En 2,   SiO2) et même un minerai contenant du soufre. 



   Un résidu de la distillation du pétrole, même paraffineux ou bien un goudron. 



   Toutes ces matières premières, prises dans des proportions 

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 suivant leur nature, et celle des produits à prépa.rer, sont introduits ensemble à la pression atmosphérique dans une oornue xxxxx soumise à. un chauffage extérieur. Il est à remarquer que la première opéra- tion est à exécuter   à,   une température relative basse d'environ   500 0,   et que l'oxyde de fer, respectivement le minerai qui prend.

   part à la, réaction, sert en même temps comme un catalyseur, motif pour le- quel les réactions peuvent être exécutées à basse température* 
Les phénomènes qui pendant l'opération ont simultanément lieu entre les matières premières, respectivement entre les produits de leur distillation ou de leur cracking, se trouvant en état nais- ssant et en présence d'un catalyseur, sont très complexes et ne peuvent pas encore être expliqués complètement; mais vu les résultats pratiques réalisés, il est à supposer qu'ils sont brièvement les suivants :

   a) L'eau contenue,' dans le combustible et le minerai se dissocie et il en résulte de l'oxygène (0) et de l'hydrogène (H). b) Le combustible d.istille et donne naissance à des gou- drons, de l'hydrogène (H) et du méthane (CH4), tandis qu'une partie de son carbone donne ensemble   avec une   partie de l'oxygène obtenu sous a), du monoxyde de carbone (C + 0   = 00).   c) Le minera.i, au contact du monoxyde de carbone résulté sous b), est sujet à une réduction et une carburation donnant nais- sance à d.u bioxyde de carbone (FeO + 00 = CO2 + Fe) lequel, par une réaction réversible se combine avec le carbone du combustible (CO2 + 0 = 2CO), tandis que le fer est carburé au contact du carbone libre déposé dans le minerai. 



   D'autre part ,l'action catalytique du monoxyde de carbone en présence des va.peurs d'eau, donne naissance à de l'hydrogène (CO + H20 = CO2 + Eg), lequel sert ensemble avec l'hydrogène, qui a résulté de la dissociation de l'eau de sous a), µ la hydrogéna- tion des produits de distillation des hydrocarbures ou goudrons in- troduits dans la réaction. 

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 d) Les hydrocarbures (résidus ou goudrons) introduites, commencent par être décarbarées par l'oxygène disponible, provenant des vapeurs d'eau dégagées par le minerai et le combustible et par être hydrogénées en $mëme temps en subissant une dépolymérisation ou un craking dans le milieu riche en hydrogène.

   C'est ici que nais- sent des isoparaffines et des oléfines et que l'on évite la formation des phénoles ; la àistillation ayant lieu dans un milieu riche en hydrogène et méthyle (CH3), qui provient soit du combustible, soit du méthane de sous b) ou bien de la synthèse des hydrocarbures trai- tées à mesure qu'elles sont dépolymérisées. 



   Le soufre contenu dans le corhbustible ou le minerai est éliminé de la réaction d'après les formules suivantes : 
S + O2 = SO2 
SO2 + 6H = H2S + 2H20 
 EMI4.1 
 2H;S + S02 = 2H20 + 3S 
Il en résulte soit un gaz, soit du soufre colloidal qui passe dans les déchets (brai, cendres,etc.) 
Cette première opération du procédé donne donc : 
1) Du coke métallurgique, c.à.d. un combustible ennobli provenant d'un combustible de qualité inférieure, même pulvérulent, dont le pouvoir calorique a augmenté par le carbone qui provient de la conversion du'résidu ou des goudrons, carbone qui est en même temps agglutinant. 



   2) Du minerai aggloméré et carburé (sans commencement de fusion) de la même manière que le combustible; minerai qui est fa- cile à fondre et qui a donc des propriétés, que l'on ne pouvait jusqu'à présent réaliser que dans le xxx   haut-foarneau.   



   3) Des hydrocarbures légères, riches en aromates qui pro- viennent des goudrons et également des isoparaffines et oléfines. 



   L'opération suivante du procédé s'exécute dans   le our   à fusion décrit plus bas, dans lequel on introduit les produits obte- nus précédemment,   c.à.d.   le coke, le minerai et leshydrocarbures dans des proportions nécessaires pour obtenir le résultat désiré. 

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   EXEMPLE 
Pour exécuter la première opération du procédé l'on a utilisé : 
150 kg. de résidus de la distillation du pétrole (mazout) 
50 kg. de minerai de fer pulvérulent contenant du manga- nèse et un peu de soufre. 



   100 kg. de bois avec un pouvoir calorique de 2500 - 3000 cal/kg. 



   Le rendement a été le suivant : a) 45 kg. de minerai carburé,aggloméré et libre de soufre. b) 48 kg. de coke métallurgique aggloméré ayant un pou- voir calorique d'environ 8000 cal/kg. c) 150 kg. d'hydrocarbures légères, qui ayant été soumises à des analyses officielles, on a constaté   que :   
La fraction qui distille de cette hydrocarbure jusqu'à la température de 95 C est de   34,07%   et jusqu'à la température de 200 C de   89,5%   de la quantité totale. 



   Les fractions qui distillent jusqu'à 150 C ne contiennent pas de phénole, celles qui distillent entre 150 et   200 C   contiennent   1,76%   de phénole et les fractions plus lourdes contiennent 3,10% de phénole. 



   On a obtenu de ces 100 kg. combustibles avec 2500 - 3000 cal/kg. 48 kg   c.à.d.     48%   de coke métallurgique avec 8000 cal/kg., donc un combustible final dont le pouvoir calorique total est plus grand que celui du combustible initial, tandisque d'après d'autres procédés on n'aurait obtenur qu'approxivement 30% charbon de bois avec 7000 cal/kg. 



   Il est à remarquer que dans d'autres expériences similaires exécutées d'après ce procédé avec du lignite, dont le pouvoir calo- rique était d'environ 3500 cal/kg. on a obtenu une quantité de 60- 70% de coke métallurgique, avec 7700 cal/kg et libre de soufre. 



   Comme les résultats des expériences parmi lesquelles l'ex- emple cité, prouvent que toute la quantité de coke obtenu contient 

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 plus de calories que la quantité de bois introduit, nous devons admettre que ce résultat ne peut être attribue qu'au fait que les dérivées riches en carbone gras, sous fore de   vapeur,   résultant des hydrocarbures lourdes introduites dans la réaction,   .se   fixent sur le combustible par une action similaire à une cémentation ou par une pénétration réciproque qui a lieu entre le combustible so- lide, qui distille et les hydrocarbures lourdes qui se dissocient. 



   Le combustible qui distille dégage d'abord des haz légers, tels que de l'hydrogène (H) et du méthane (CH4) qui se répandent dans le milieu d'hydrocarbures lourdes, tandis que le carbone gras, qui résalte de la conversion, pénètre sous la forme de monoxyde de car- bone (CO) dans le combustible, où il se transforme suivant la for- mule 2CO = CO2 + C, ce dernier carbone se fixant sur le combustible. 



  Cette réaction continue jusqu'à ce que le combustible commence lui- même à dégager des goudrons qui, au contact des produits de disso- ciation des hydrocarbures, deviennent agglutinants et pénètrent de nouveau dans le combustible et produisent son agglomération. 



   Ensuite on a vu que de ces 150 kg. d'hydrocarbures lourdes introduites dans la réaction, il en est résulté   89,5%   d'hydvocar- bures légères, susceptibles d'être utilisées dans des moteurs à ex- plosion, et il est à remarquer qu'en dirigeant la réaction d'une ma- nière judicieuse, on peut obtenir jusqu'à 100%. 



   Le résultat de l'expérience démontre donc un autre avantage particulier du nouveau procédé, consistant en ce que les produits de distillation provenant de la carbonisation à   basse .température   des matières carbonifères introduites, se mélangent, immédiatement ;prés leur naissance, avec les hydrocarbures, qui ont été introduites et c'est ensemble avec celles-ci qu'ils sont   soamis   au cracking, de manière que le rendement en produits légers est plus grand que celui qu'on obtiendrait en soumettant au cracking seulement les hydrocar- bures introduites. 



   Le résultat de l'expérience, nous montre suivant l'exemple cité, que le procédé de l'invention nous donne par la   cohversion   

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 d'hydrocarbures lourdes,   (d'autres   légères, qui distillent entre 150 - 200 C et qui sont libres de phénole, tandis que des hydro- carbures légères obtenues d'après d'autres procédés, contiennent   jusqu'à,     40-50%"   de   phénolé.   Le motif du résultat suivant le nou- veau procédé doit être vu dans le fait, que les goudrons issus du combustible et les hydrocarbures lourdes sont soumis en commun au cracking en la présence de l'hydrogène résulté de la dissociation des vapeurs de l'eau qui était contenue dans le combustible et le minerai et de l'hydrogène qui résulte des réactions-même,

   qui ont lieu pendant la;' distilla.tion en présence des catalyseurs: minerai (de préférence riche en manganèse respectivement en   MnO   et   Mn02),   carbone et monoxyde de carbone (00); lesquels dans un milieu riche en hydrogène, donnent lieu à des réactions, qui rendent libre l'eau et le méthane (CO + 6H = CH4 + H2O). Les catalyseurs favorisent la formation par synthèse des hydrocarbures riches en méthyle (CH3), qui empêchent la formation de phénole et riches en acétylène(C2H2) lequel se transforme par polymérisation en benzènes   (CgHg).   L'on obtient ainsi par synthèse une série entière d'hydrocarbures lé- gères, susceptibles   d'être   employées dans toutes espèces de moteurs. 



   Les produits ennoblis obtenus dans la première opération du procédé, c.à.d. le minerai carburé, aggloméré et libéré de sou- fre, le coke métallurgique et également libéré de soufre, a.insi que les hydrocarbures légères et libres de phénoles ou d'autres composés oxygénés - si l'on n'a pas l'intentmon de les utiliser comme tels, sont ensuite traités dans une seconde opération pour xxxx l'accom- plissement du procédé, c.à.d. pour fabriquer en une seule fusion des fontes synthétiques ou des aciers spéciaux. Dans ce but, les produits ennoblis sont introduits dans un four approprié, mais de préférence dans le four spécial dui fait l'objet de l'invention, et qui sera décrit plus ba,s.

   En dehors de ces produits on y introduit des fon- dants,des additions de minerai riche en manganèse, pour régler les oxydations et pour élinminer des traces éventuelles de soufre dans le combustible ou le minerai. On peut également ajouter de déchets de fer ou de riblons. 

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   Ce four spécial est un four a cuve, dont la hauteur to- tale n'a pas besoin de dépasser 7 à 8 m. Il possède un revêtement, qui a la haute   température   à laquelle il fonctionne (environ 2000 C) produit des scories semblables au ciment, dont on peut fabriquer des dalles, des tuiles, etc. 



   Le four mentionné est représenté sous une forme d'exécu- tion donnée comme exemple, dans les dessins annexés, dans lesquels:   Fig.l   est une section verticale, longitudinale, suivant le plan 1-1 dans la par le four et ses installations access soires. 



   Fig.2 est une section horizontale, suivant le plan 2-2 dans la Fig.l, également par le four et ses installations acessoires. 



   Fig.3 est une section verticale, transversale, suivant le plan 3-3 dans la Fig.2, par toute l'installation. 



   Fig.4 est une section similaire à celle de la Fig.3, mais représentant le four proprement dit, à une plus grande échelle. 



   Fig.5 est une section similaire à celle de la Fig.l, re- présentant le four seul à une plus grande échelle. 



   Fig.6 est une section similaire à celle de la Fig.2, re- présentant seulement le laboratoire du four à une plus grande échelle. 



   Fig.7 est une section horizontale, suivant le plan 7-7 dans la Fig.5. 



   Fig.8 est une section Horizontale, suivant le plan 8-8 dans la Fig.5. 



   Le four fonctionne à très haute température allant   jusqu'à   2000 C, réalisée par l'injection des hydrocarbures mentionnées et d'air chaad, ce qui permet ainsi de réduire même le silice (SiO2). 



   Il présente deux zones, l'une réductrice B dans laquelle se passe éventuellement aussi un commencement de fusion, qui est a- li...entée avec des gaz riches en monoxyde de carbone (CO) et en hydro- gène, et vu que l'on injecte un surplus de combustible liquide par rapport   à la   quantité d'air chaud, et une autre zone plus ou moins oxydante 0 dans laquelle se fait la fusion, que l'on réalise en ré- 

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 duisant la quantité de combustible liquide par rapport à. la quanti- té d'air chaud, de sorte qu'il se dégage du bioxyde de carbone (CO2). 



   Le four possède un laboratoire dans lequel on fait les additions, qui est   surchauffé   par les gaz chauds provena.nt de la zone oxydante et par l'injection d'hydrocarbures par les tuyères (Fig.4). Dans ce laboratoire on peut introduire des matières en poudre et d.u minerai de manganèse pour éliminer les dernières traces éventuelles du soufre, ces additions étant retenues dans le labora- toire par la pression des gaz arrivant dou four. 



   L'air chaud est obtenupar la combustion des gaz sortant du four, captés et collectés dans une conduite circulaire D (Fig.4 et 5) et envoyés, par une cond.uite G dans des réchauffeurs récupé- rateurs alternatifs placés près d.u four, remplis de chicanes N(Fig,1)      ces gaz étant allumés par les brûleurs x. L'air chaud, poussé par des ventilateurs appropriés, passe par des tubes 1 et K dans des conduites   circula.ires E   et F entourant les zones, et par pénètre, par des tuyères S   Départies   autour des zones, dans celles-ci. 



   Le combustible liquide se trouvant dans un réservoir V   (Fig.l),placé   dans une région chaude du four, et distribué par d.es tyauteries Q et R et il est introduit dans le four par les mêmes tuyères à air chaud mentionnée. 



   Le four est   refroidi    l'aide   de l'eau provenant d'un ré- servoir W, passant par un système de tubes P, placés dans la, maçonne- rie même du four et munis de robinets, nécessaires pour activer la      circulation de l'eau dans les régions surchauffées, signalées par un échappement de vapeurs d'eau, dont le but est d'attirer   l'a.tten-   tion qu'il faut réduire l'injection de combustible du   côté   du four opposé à la région surchauffée. 



   Le four possède un revêtement intérieur qui prend part aux réactions et donne lieu des scories abondantes, qui s'écoulent d'une manière continue du laboratoire du   fouri   Elles sont recueillies dans un bassin rempli d'eau X et peuvent être utilisées comme un agglomé- rant ayant la nature d'un ciment. 

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   Bien entendu que le procédé peut servir aussi au traite-   tient   de minerais de manganèse, de chrome, ou d'autres similaires, et que le four peut églament être utilisé dans d'autres opérations métalliurgiques sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS 1) Procédé pour ennoblir des minera,is, des combustibles solides et des hydrocarbures liquides, toutes d.e qualité inférieure, caractérisé en ce que des minerais de fer, même pulvérulents, con- tenant éventuellement du soufre, mais de préférence, des minerais contenant du manganèse, des combustibles solides non-cokisfiables, pouvant contenir du soufre, ainsi que des hydrocarbures liquides lourdes, telles que des résidus de la distillation de produits pé- trolifères, par exemple du mazout, même paraffineux ou des goudrons, sont traités en commun dans une cornue -au une succession de cornues ou appareils similaires, dans lesquels ces matériaux sont soumis en- semble à un chauffage à la basse température d'environ 500 C, et en ce que par leur distillation et leur cracking simultané,

   les réac- tions réciproques entre les produits intermédiaires en état naissant, favorisées par l'effet catalytique du minerai ou à celui d'autres éléments naissants, donnent du coke métallurgique, des hydrocarbures légères et du minerai purifié et carburé-( 2) Procédé suivant 1), caractérisé en ce que, grâce à une pénétration réciproque,d'une part les goudrons naissants soas forme de vapeurs se combinent avec les produits de dissociation des hydro- carbures, s'oxydent, deviennent agglutinants et se fixent sur le combustible introduit dans la réaction, et que d'autre part, les produits dérivés, riches en carbone, provenant de la, conversion des hydrocarbures, se fixent sous forme de gaz, par une action similaire à une cémentation, sur le combustible, prod.uisant un combustible ag- gloméré,

   ayant toutes les qualités d'un bon coke métallurgique, la quantité de coke obtenu étant de 50 à 70% de celle du combustible solide introd.uit, sa puisaance calorique spécifique dépassant 7000 cal/kg et sa puissance calorique totale étant supérieure à celle du combustible introduit.

   3) Procédé suivant 1) caractérisé en ce que par le cracking en commun des hydrocarbures lourdes et des goud.rons provenant du <Desc/Clms Page number 12> combustible; cracking qui a lieu en présence de l'hydrogène résulté de la dissociation des vapeurs d'eau provenant du combustible et du minerai et des réactions qui ont lieu dans le milieu même, en présence du minerai, du carbone et du monoxyde de carbone, faisant tous office de catalyseurs, résultent des hydrocarbures riches en méthyle (CH3) -qui empêchent la formation de phénole- et en acéty- léne, -qui par polymérisation se transforme en benzènes- de sorte que l'hydrocarbure légère, qui résulte, est susceptible d'être em- ployée cornue carburant pour moteur.

   4) Procédé suivant 1, caractérisé en ce que le minerai est aggloméré et carburé, de la même manière que le coke, sans com - mencement de fusion, et que par suite le minerai devient suscepti- ble d'être fondu et transformé en une seule fusion en acier, en a- ciers spéciaux riches en Un, Cr, Si,etc. ou dans le métal qu'il con- tient.

   5) Procédé suivant 1) caractérisé en ce que le soufre é- ventuellement contenu dans le combustible ou le minerai, quitte la féaction sous forme de sulfure de carbone ou passe sous la forme de soufre colloidal dans les déchets ou cendres.

   6) Procédé pour fabriquer en une seule fusion des aciers spéciaux, caractérisé en ce que les produits ennoblis suivant 1, 6, c.à.d. le minerai carburé et aggloméré, le coke métallurgique et les hydrocarbures légères, sont traitées en commun,éventuellement avec des additions de fondants, minerais de manganèse et des riblons, dans. un four spécial.

   7) Four à cuve étudié spécialement pour l'exécution du procédé suivant 6) caractérisé en ce qu'il fonctionne par l'injec- tion des dites hydrocarbures légères obtenues, et par l'injection d'air chaud ; en ce qu'il présente deux zones, l'une réductrice dans laquelle se passe éventuellement aussi un commencement de fusion et une autre zone, plus ou mons oxydante, dans laquelle s'accomplit la fusion, l'effet de ces zones pouvant être déterminé par le débit des injections d'hydrocarbures et d'air chaud, la température dans <Desc/Clms Page number 13> le four pouvant être poussée jusqu'à 2000 C 8) Four suivant 6) et 7), caractérisé en de que par l'in- jection d'hydrocarbures riches en hydrogène s'élimine le reste é- ventuel de soufre, dès qu'il est oxydé, par sa transformation en H2S, lequel;;

   ayant un poids moléculaire égal à la moitié de celui du S02, monte, traverse la zone réductrice et sort par la gueule du four, sans passer dans la zone de fusion.

   9) Four suivant 6) à 8), caractérisé en ce qu'il possède un laboratoire adjacent surchauffé, dans lequel on fait des additi- ons de minerai de manganèse pour éliminer les dernières traces de soufre et où on ajoute des matières en poudre pour l'affinage, et en ce que toutes ces additions sont retenues dans le laboratoire, par la pression des gaz oxydants ou réducteurs arrivant du four et provenant de l'injection à débit réglable d'hydrocarbures à la basedu four.

   10) Four suivant 6) à 9), caractérisé par l'écoulement continu des scories.

   11) Four suivant G) à 9) caractérisé par un refroidisse- ment à l'aide d'eau circulant dans des tubes situés dans la magonne- rie même du four, la surchauffe d'une région de four étant signalée par l'apparition de,vapeur dans le tube,. respectif, pour que l'on y remédie par la réduction du débit de l'injecteur d'hydrocarbure si- tué du côté opposé du four.