BE677178A - - Google Patents

Description

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  " Procède de réduction de minerais de ter par réaction en lit fluide " 

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La présente invention concerne un procédé perfectionné de production de fer   à   partir de minerai de fer. Plus particulièrement, elle concerne un procédé de réduction directe de minerai de fer dans lequel on utilise des hydrocarbures pour réduire ce minerai. 



  Spécifiquement, l'un des modes de réalisation particulier de la présente invention réside dans un procédé de réduction directe d'un minerai de fer dans un réacteur   à   lit fluide par injection directe   d'hydrocarbu-   res dans le lit, procédé grâce auquel les hydrocarbures sont craqués de façon endothermique et le minerai de fer est réduit de façon endothermique, la chaleur nécessaire pour ces deux réactions étant fournie par un dispositif de chauffage externe. Dans ce dispositif de chauffage, les gaz provenant des réactions de craquage sont partiellement oxydés avec un gaz contenant de l'oxygène pour chauffer le fer réduit recouvert de charbon qui est transféré de la zone de réduction à la zone de chauffage et qui est recyclé dans la zone dé réduction.

   Les conditions d'oxydation dans le dispositif de chauffage à conduit de transfert sont critiques et sont contrôlées d'une manière telle que le fer réduit ne soit pas réoxydé pendant que le fer est chauffé à une température supérieure. 



   Spécifiquement, un autre mode de réalisation 

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 particulier de l'invention réside dans un procédé de réduction directe d'un minerai de fer dans un réacteur à lit fluidifié, procédé qui comprend l'injection directe d'hydrocarbures et d'un   ga   contenant de l'oxygène dans un lit contenant du minerai de fer réduit, grâce à quoi les hydrocarbures sont partiellement oxydés et sont craqués et du carbone est déposé sur le fer réduit. 



   Le craquage des hydrocarbures et la réduction des minerais de fer sont des réactions fortement endothermiques et un apport de chaleur est nécessaire pour exécuter ces réactions. On obtient la chaleur nécessaire en exécutant le craquage ou la gazéification dans des conditions telles que du carbone en excès soit déposé sur le fer réduit, ce fer réduit ainsi que le carbone étant recyclés dans un dispositif de combustion externe dans lequel une partie du charbon en excès brûle de façon exothermique avec un gaz contenant de l'oxygène, ce qui chauffe les particules de fer réduit, ces particules chauffées étant recyclées dans les zones de réduction et gazéification et fournissant la chaleur nécessaire.

   La quantité de gaz contenant de l'oxygène in- troduite dans la zone de gazéification est telle que la production de C02 et H20 soit maintenue à une va- leur minimum, que du carbone se trouve déposé et qu'une quantité relativement faible de chaleur soit engendrée par le craquage et l'oxydation partielle de   l'hydr@@@r-   bure. Les conditions d'oxydation dans le dispositif de combustion sont critiques et sont contrôlées de façon qu'une partie du charbon déposé soit oxydée sélective- 

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 ment, et que le fer réduit ne soit pas soumis à une réoxydation pendant que le fer est chauffé jusqu'à une température élevée et est recyclé dans la zone de ré- duction. 



   En exécutant le craquage, l'oxydation partiel- le et la réduction dans des zones de réaction distinc- tes, et en produisant la chaleur nécessaire pour ces réactions endothermiques dans une zone de réaction dif- férente, par combustion d'une partie du carbone déposé provenant du fer réduit, chacune des réactions peut être exécutée d'une manière plus efficace et plus économique.
De cette manière, on peut choisir pour chacune des zones de réaction, les conditions qui permettent de mettre en oeuvre les réactions désirées avec un rendement maximum. 



   On a fait de nombreux essais pour réduire du minerai de fer dans des lits fluidifiés en utilisant des   ;hydrocarbures.   On a rencontré des difficultés d'ag- glomération du lit et de frittage des particules quand on opère   à   des températures élevées. Ces difficultés se traduisent habituellement par une fluidification insuf- fisante et une impossibilité de mettre le procédé en oeuvre. En outre, dans la plupart de ces procédés, les gaz réducteurs étaient principalement de l'hydrogène ou un mélange d'hydrogène et d'oxyde de carbone prove- nant du reformage de divers combustibles hydrocarbures. 



   Le reformage est une opération à la fois ennuyeuse et coûteuse et entraîne un prix élevé des gaz réducteurs ainsi que le passage de quantités de gaz excessives dans l'installation de réduction. 



   L'une des raisons sans doute la plus impor- 

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 tante pour laquelle on, n'utilise pas des hydrocarbures pour réduire directement le minerai de fer réside dans les caractéristiques thermiques particulièrement médiocres des hydrocarbures ordinaires, quand on les utilise comme agents réducteurs pour un minerai de fer, spécialement un minerai d'oxyde de fer. Les réactions de réduction qui font appel à de tels hydrocarbures sont fortement endothermiqueset leur rendement ne devient appréciable qu'à des températures relativement élevées. Pour fournir la chaleur nécessaire pour ces réactions et pour maintenir les températures aux valeurs élevées nécessaires dans la zone de réduction par préchauffage du gaz de départ et/ou du minerai, des températures de préchauffage anormalement élevées sont requises.

   Si cette chaleur doit provenir d'une source externe et ai elle doit traverser les parois de la zone de réduction, les gradients de température sont indési-   rablement   élevés. Si l'on   essaie   d'engendrer la chaleur à l'intérieur de la zone de réduction elle-même en faisant brûler des combustibles, les réactions doivent être soigneusement contrôlées de manière que le rapport des constituants dans la phase gazeuse reste au-dessous de la valeur d'équilibre, à la température utilisée. des réactions d'oxyde-réduction des oxydes de fer en présence d'oxydes de carbone. En ce qui concerne le dispositif de combustion externe, cette limitation est supprimée par l'application du revêtement de carbone et par le maintien d'un tempsde séjour bref. 



   Quand on utilise le minerai sous une forme pulvérulente, en particulier quand on fait appel   à   la 

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 technique des matières solides fluidifiées, on doit éviter des températures très élevées dépassant 982 C, parce qu'on a constaté que ces températures élevées aboutissent à l'agglomération des particules, sans doute en raison d'une plastification des matières solides, en particulier du fer réduit lui-même. 



   Quand on tente d'engendrer une quantité de chaleur suffisante uniquement par combustion partielle d'hydrocarbures en contact avec le minerai et/ou le fer réduit dans la zone de réduction, il surgit d'autres difficultés. Tout d'abord, l'oxydation des hydrocarbures en vue de former simplement CO n'a qu'un effet calorifique positif assez insignifiant, ce qui fait que lorsqu'on désire obtenir des quantités notables de chaleur, la consommation d'hydrocarbures est excessive. 



  On peut aussi obtenir un apport de chaleur beaucoup plus important en faisant brûler les hydrocarbures en totalité pour former CO2 et de l'eau. Toutefois, seule une quantité limitée de CO2 peut être tolérée dans la zone de réduction si l'on veut éviter une réoxydation du métal. Il est extrêmement difficile de concilier les exigences d'une production efficace de chaleur et d'une réduction efficace quand on utilise des hydrocarbures à la fois comme agents réducteurs et comme agents entre- . tenant la combustion. Il est difficile d'utiliser des hydrocarbures comme source de gaz réducteurs pour ré- duire FeO en fer métallique et de chauffer cette zone en ajoutant de l'air pour oxyder partiellement les hy- drocarbures, en raison du danger d'une réoxydation du fer réduit qui donnerait des oxydes de fer. 

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   On a essayé d'obtenir la chaleur nécessaire pour les réactions endothermiquesexécutées dans une zone de réaction en faisant passer dans   uette   zone des matières solides inertes chauffées, qui sont chauffées extérieurement et sont ensuite transférées dans la zone de réaction où elles cèdent leur chaleur. Toutefois, l'utilisation de matières solides inertes qu'on fait circuler à travers la zone de réaction a donné des ré- sultats peu satisfaisants parce qu'il est difficile d'obtenir une séparation efficace entre les matières solides inertes,et les matières soumises   à   une réaction   dans.la   zone de réaction. Une séparation insuffisante se traduit par une consommation du fer réduit obtenu avec des matières solides inertes.

   De plus, il se pro- duit une perte d'énergie thermique produite dans un procédé de ce genre lors de la transmission de la cha- leur au minerai, du fait qu'il est nécessaire   d'utili-   ser des particules de produit inerte plus grosses et plus denses que les.particules de   minerai, a   titre d'a- gents de transmission de chaleur, afin qu'une sépara- tion entre l'agent en question et le minerai   puisée   être obtenue. 



   Les gaz réducteurs provenant de la zone- de ré- duction peuvent être partiellement oxydés avec de   1 air   pour fournir la chaleur nécessaire pour la réduction en- dothermique dans le premier (et le second)   étuge   de la zone de réduction, dans   lesquels   les oxydes de fer fer-   riquea   sont amenés pur réduction à un état d'oxydation inférieur. Par exemple, lors de la réduction de   Fe203   en Fe, les gaz réducteurs peuvent être partiellement 

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 oxydés avec de l'air dans des conditions soigneusement contrôlées, pour fournir la chaleur nécessaire à la réduction effectuée dans cette zone.

   La raison en est que, par suite de l'état d'oxydation supérieur du fer dans cette zone, le danger de réoxydation par CO en H2O contenus dana les gaz réducteurs est beaucoup plus faible que dans la zone contenant FeO et le fer métallique. 



   La production de gaz réducteurs en utilisant une zone distincte de production de gaz pour former de l'hydrogène ou un mélange d'oxyde de carbone et d'hydrogène augmente le prix de revient du gaz de synthèse. 



  L'une des dépenses principales   da@ la   réduction des minerais de fer est due au coût de la production des gaz réducteurs. L'article qui entraîne le plus de frais dans le procédé est le combustible qu'il faut utiliser pour fournir la chaleur nécessaire pour les réactions endothermiques telles que le craquage des hydrocarbures et la réduction de l'oxyde de fer en fer métallique. 



  N'importe quel procédé qui utilise efficacement les gaz réducteurs et qui réduit la demande de chauffage par un combustible permet d'améliorer sensiblement les procédés de réduction directe des minerais de fer. Une utilisation efficace des gaz provenant de la réduction du minerai de fer étant difficile à obtenir, car si le procédé utilise de l'air, les gaz sortants ont une valeur relativement basse comme combustible par suite de leur teneur élevée en aote, et parce que ces gaz ne peuvent pas être recyclés dans le procédé de réduction du minerai de fer, sans entraîner l'installation très onéreuse d'un appareil spécial pour éliminer l'azote, 

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 l'anhydride carbonique et l'eau.

   Un autre problème qui se pose dans la réduction directe de ces minerais de fer réside dans le fait que le métal réduit possède normalement une nature extrêmement pyrophore et qu'il s'oxyde très rapidement au contact de l'air. Selon la présente invention, l'injection directe des hydrocarbures et la réduction du minerai de fer sont accomplies dans une zone de réduction du minerai de fer et   la   chaleur nécessaire pour les réactions endothermiques est fournie par un dispositif de chauffage externe. On a constaté que, lorsque le procédé est mis en oeuvre dans une série de lits denses et fluidifiés de minerai de fer finement divisé, on obtient des caractéristiques de transmission de chaleur idéales et une vitesse de mélange permettant d'obtenir sensiblement une uniformité parfaite de la composition des matières solides. 



  Ceci permet de maintenir les conditions critiques quant à la production de chaleur, à la température   et à   la pression et de maintenir   également ,   antre les réactifs gazeux contenus dans les produits de la réaction, des rapports appropriés compris dans les limites étroites requises pour la mise en oeuvre du procédé. Quand le procédé est mis en oeuvre dans des zones de réaction à lit fluidifié, la circulation des matières peutêtre soigneusement contrôlée et on peut maintenir les   condi-   tions désirées. 



   Conformément à un premier mode de réalisa- tion de la présente invention, le minerai de fer est réduit en trois stades,   c'est-à-dire   que le 0. est ré- duit en Fe3O4, que Fe304 est réduit en FeO et que ce- 

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 lui-ci est, à son tour, réduit en Fe. A chacun des trois stades peut correspondre une ou plusieurs zones distinc- tes. L'une des phases les plus critiques de ce procédé est la réduction de FeO an Fe dans la troisième zone. 



  La majeure partie du frittage et de l'agglomération a lieu quand on opère à des températures élevées dans cet- te zone. Conformément à l'invention, pour empêcher cet inconvénient, en carbonise FeO introduit dans la zone de réduction de FeO en Fe en craquant un hydrocarbure   approprié   une température d'environ   982 C,   au-dessus du fer. Ainsi, le minerai de fer qui est en train de subir une réduction de FeO en Fe est recouvert d'une couche de   car@@oe   qui empêche l'agglomération, le frit- tage et la réoxydation du 'fer réduit. Le craquage de l'hydrocarbure de départ forme un gaz comprenant de l'hydrogène et du carbone élémentaire. L'hydrogène réa- git avec l'oxyde de fer en formant de l'eau, t'out en ré- duisant l'oxyde de fer en fer métallique.

   Simultané- ment, l'eau ainsi formée transforme en gaz une certaine quantité de carbone pour former de l'oxyde de carbone qui réagit lui-même avec l'oxyde de fer pour former de l'anhydride carbonique, et du fer métallique. L'anhy- dride carbonique ainsi obtenu peut réagir avec le car- bone pour former une nouvelle quantité de CO qui réagit également avec FeO pour former Fe. 



   La cadence d'introduction de l'hydrocarbure est réglée à une valeur telle   qu'on   obtienne une atmos- phère réductrice vis-à-vis de FeO et qu'on puisse satis- faire les exigences calorifiques globales du procédé entier tout en obtenant simultanément une relation d'é- 

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 quilibre dans les zones de réduction. On chauffe cette zone en faisant circuler du fer revêtu de carbone à travers un brûleur à conduit de transfert, qu'on alimente en combustible et en air. Quand on fait fonctionner ce brûleur en utilisant des temps de contact très courts des matières solides, par exemple inférieurs à 2 secondes, il est possible de faire sélectivement brûler le combustible hydrocarbure au lieu du carbone ou du fer. Il ne se produit essentiellement pas de réoxydation du fer réduit revêtu de carbone, dans le brûleur.. 



  Le combustible introduit dans le brûleur comprend principalement les gaz résiduels provenant de la zone de réduction de Fe3O4. On peut ajouter du   naphtu   complémentaire aux gaz résiduels quand cela est nécessaire,
Les gaz engendrés lors du craquée de l'hydrocarbure envoyé dans le stade de réduction   PeO -   Fe forment les gaz de fluidification   destinés à   cette zone qu'ils maintiennent sous forme d'un lit fluidifié denue, Ces gaz comprennent principalement de l'hydrogène et   CO   ainsi que de petitesquantités de CO2 et   d'eau.   Les gue sortant de cette zone se   déplacent   vera la haut pour passer dans la zone de réduction Fe3O4 - FeO   dune     la-   quelle ils réduisent   Fe304   en FeO. 



     Dans   un second mode de réalisation de lu résente invention, le minerai de fer est réduit en deux stades, c'est-à-dire que F"2O3 est réduit en FeO et FeO en Fe. Il peut cependant y avoir plus de deux   stade@.   



   La phase la plus critique dans ce   aecond   procédé est l'opération de gazéification exécutée dans la troisième zone en présence de particules de fer réduit 

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 revêtu de carbone. La majeure partie du frittage et de l'agglomération se produit quand on opère à des températures élevées dans cette zone. Conformément à la présente invention, on supprime ces difficultés en déposant un revêtement de carbone sur le fer réduit. Lorsque l'oxyde de fer a été réduit en fer métallique dans les zones de réduction, le carbone qui est formé dans la zone de gazéification se dépose de façon uniforme sur le fer réduit, sur lequel il constitue un revêtement protecteur. 



   Dans la zone de gazéification contenant Fe et du charbon, un gaz contenait: de 'oxygène oxyde partiellement l'hydrocarbure qui, aux températures élevées règnant dans cette zonese trouve ainsi craqué. Les réactions suivantes ont lieu dans la zone de gazéification. 
 EMI12.1 
 Hydrocarbure + 02 002 + 00 + Il20 
 EMI12.2 
 
<tb> 
<tb> Hydrocarbure <SEP> 0 <SEP> + <SEP> H2
<tb> 
 
 EMI12.3 
 o + I120 CO + H2 00 + H20 C02 + H2 CO+FeO C02 + Fie H2 ... FeO H20 + Fe 0 02 COg 
 EMI12.4 
 
<tb> 
<tb> 20 <SEP> + <SEP> O2 <SEP> 200
<tb> 
 Le degré d'achèvement d'une réaction particulière et la quantité d'un produit particulier qui est formée dépendent des conditions de la réaction ainsi que du rapport entre 02 et le carbone dans le gaz oxydant et dans l'hydrocarbure de départ, respectivement. 



   On établit le débit d'introduction de l'hydro- 

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 carbure et de O2 de manière à maintenir une atmosphère qui assure la réduction de FeO et le dépôt de carbone. 



  L'oxydation partielle de l'hydrocarbure est conduite de manière à former des quantités maximum de CO et une quantité minimum de CO2 et de H2O. La réaction générale est fortement endothermique et on doit fournir de grandes quantités de chaleur. On obtient l'apport de chaleur en faisant circuler une partie du fer réduit et revêtu de carbone dans un dispositif de chauffage externe dans lequel une partie du revêtement de carbone est brûlée sélectivement avec un gaz contenant de l'oxygène, ce qui chauffe le fer et le charbon sans réoxyder le fer réduit. 



   Les gaz engbndrés par l'oxydation partielle et le craquage de l'hydrocarbure introduit dans la zone de gazéification comprennent des gaz réducteurs et des gaz de fluidification servant à maintenir les lits réducteurs sous forme de lits fluidifiés denses. Les gaz produits comprennent des quantités principales de CO et de H2 et des quantités faibles de CO2 et de H20. 



   Les gaz chauds sortant de la zone de gazéification circulent vers le haut en direction de la zone de réduction de FeO en Fe dans laquelle ils fournissent la chaleur nécessaire pour la réduction et sont   partiel-'   lement oxydés tout en réduisant l'oxyde de fer en fer métallique dans le lit de cette zone. Le gaz sortant de cette zone circule vers le haut en direction de la zone de réduction de Fe2O3 en FeO, dans laquelle les gaz sont encore oxydés tandisque l'oxyde de fer contenu dans ce lit subit une nouvelle réduction l'amenant dans un état 

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 d'oxydation inférieur. Le gaz sortant de la zone de ré- duction de Fe2O3 est encore relativement chaud et peut être utilisé pour préchauffer le minerai à traiter, ou bien il peut être brûlé ultérieurement à titre de com- bustible. 



   Les réactions de réduction exécutées dans la   Zone   de réduction de   Fe203   en FeO sont endothermique et on obtient la chaleur nécessaire dans ces zones en pré- chauffant le minerai de fer à traiter qui est envoyé dans la zone de réduction de   Fe203   et en utilisant éga- lement la chaleur résiduelle des gaz sortant de la zone de réduction de FeO en Fe. En outre, on peut fournir de la chaleur supplémentaire dans cette zone, c'est-à-dire la zone de   rédu@tion   de   Fe203  en FeO, en oxydant par- tiellement une partie du gaz réducteur par introduction d'un gaz contenant de l'oxygène dans cette zone, ce gaz brûlant sélectivement le gaz réducteur tout en mainte- nant une atmosphère qui est encore réductrice vis-à-vis de l'oxyde de fer. 



   La majeure partie de la chaleur nécessaire pour préchauffer le minerai de départ à une température élevée peut être obtenue par la mise en contact de ce minerai, dans un cyclone de préchauffage ou dans un au- tre dispositif approprié, avec le gaz sortant du dispo-   sitif   de chauffage externe. Une partie notable de la chaleur supplémentaire fournie à   la   zone de réduction de FeO en Fe peut être obtenue en envoyant dans cette zone une partie des particules de fer réduit, revêtu de carbone et chauffé, qui sort du brûleur à conduit de      transfert. La majeure partie de la chaleur requise est 

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 fournie à la zone de gazéification par le recyclage de .la majeure partie de ces particules de fer dans cette zone à partir du dispositif de chauffage. 



   Il est essentiel, dans la mise en oeuvre du procédé de l'invention, que le rapport entre O2 et l'hydrocarbure introduit dans la zone de gazéification soit réglé de façon telle que le rapport entre CO et CO2 et entre   H2 et   H20 dans cette zone reste inférieur à celui pour lequel l'oxydation du métal devient prédominante, mais en même temps, ce rapport doit être réglé de façon à maintenir un potentiel d'oxydation d'une valeur élevée appropriée afin que le dépôt de carbone excessif par craquage de l'hydrocarbure soit réduit.

   La quantité de carbone déposée sur le fer est critique en ce sens que, ai des quantités excessives de carbone sont déposées, la réaction devient plus fortement endothermique, ce qui exige l'apport de chaleur supplémentaire dans cette zone, pour exécuter la réaction et ce qui représente en outre une déperdition de chaleur notable et une perte de gaz réducteurs, la quantité de combustible nécessaire pour la réduction se trouvant minai augmentée. Par contre, si la quantité de carbone déposée est trop faible, il n'y a pas suffisamment de carbone pour fournir la chaleur   nécessaire   et en laisser   malgré   tout assez pour   emp3cher   une   réoxydution   du fer réduit. 



   Dans une   variante   du premier mode de réalisa- tion susmentionné, non représenté sur le demain unns é, une partie des particules solides provenant du cyclone du brûleur a conduit de transfert peut être dirigée vers la zone de réduction de Fe3O4 pour chauffer cette 

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 .zone sans modifier notablement la teneur en oxygène du fer mis en circulation, A cet effet, on peut augmenter faiblement la quantité de combustible hydrocarbure introduite dans le procédé afin de maintenir la composition des gaz sortant de la zone de réduction de Fe3O4 à la valeur d'équilibre de   C02/CO   et de H20/H2 pour la réduction   FeO - Fe.   Le combustible supplémentaire peut âtre ajouté,

   ou bien dans la zone de réduction de FeO ou bien dans la zone de réduction de   Fe304.   En opérant de manière qu'une partie des particules solides chaudes provenant du cyclone du conduit de transfert soit acheminée dans la zone de réd  @ction   de Fe3O4 avant de revenir dans la zone de réduction de FeO, il est possible d'obtenir un réglage indépendant de la température de la zone de réduction de Fe3O4. Dans beaucoup de cas, ceci peut avoir des avantages considérables. 



   Les gaz sortant du cyclone du brûleur à con- duit de transfert sont réducteurs par rapport à l'équi- libre entre Fe2O3 et   Fe304   et servent à accomplir cette réduction. Les gaz sortant de la zone de réduction de Fe2O3 sont utilisés dans un cyclone de préchauffage à temps de contact court pour préchauffer le minerai de fer de départ envoyé dans le premier étage de réduction*
Il est essentiel que l'hydrocarbure introduit dans la zone de réduction FeO - Fe soit contrôlé de fa- çon telle que lesrapports CO2/CO et H2O/H2 dans le gaz sortant reste inférieur à celui pour lequel l'oxydation du métal devient prédominante,et, en même temps,

   ce rapport doit être réglé de manière que le potentiel d'oxydation reste suffisamment élevé pour réduire sen- 

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   aiblement   le dépôt excessifsur le fer réduit, du carbone formé par craquage de   l'hydrocarbure   de départ. La quantité de carbone déposée sur le fer est critique en ce sens que si des quantités de carbone excessives sont déposées, la réaction devient plus fortement endothermique, ce qui exige l'apport de chaleur supplémentaire dans cette zone pour exécuter la réaction. Elle repré-   aente   en    nitre   une déperdition notable de chaleur, ce qui augmente la quantité de combustible nécessaire pour exécuter la réaction de réduction. 



   Un mode de mise en oeuvre préféré de ce premier mode de réalisation de la présente invention nécessite l'injection directe d'hydrocarbures dans une zone de réduction dans laquelle les hydrocarbures sont craqués et forment les gaz réducteurs et dans laquelle l'oxyde de fer est réduit en fer métallique. Le fer réduit est recouvert d'un revêtement protecteur de carb.onne qui empêche une réoxydation, et qui rend le fer non pyrophore, et qui empêche également l'agglomération et le frittage dans la zone réductrice. Les gaz formés dans cette   zone   servent de gaz réducteurs dans les autres étages et constituent également le combustible .qu'on fait brûler avec un gaz contenant de l'oxygène pour chauffer le fer se trouvant dans le conduit de transfert du brûleur.

   La chaleur adsorbée par ce far et par le carbone fournit la chaleur nécessaire pour la réduction endothermique et pour la réaction de craquage exécutées dans les zones de réduction du fer. En recy clant le fer réduit plus le carbone, qui est l'agent de transmission de chaleur de la zone de combustion à la 

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 zone de réduction, et en les chauffant, on pallie les difficultés que présente la séparation d'un véhicule inerte de transmission de chaleur à partir des matières de la réaction. Le fer servant d'agent de transmission de chaleur n'est pas   réoxydé.et   constitue le produit recherché qu'on re.tire simplement de la zone de réduction. Le prix du gaz de synthèse est réduit par la combustion des gaz résiduels pour chauffer le fer recyclé. 



  La quantité d'air requise et recyclée dans le procédé est réduite par l'utilisation de l'oxygène contenu dans les oxydes de fer pour fournir l'oxygène nécessaire dans la zone de réduction. 



   Dans un mode de mise en oeuvre préféré du second mode de   @@alisation   mentionné de la présente invention, les hydrocarbures sont injectés dans une zone de gazéification dans laquelle ils sont partiellement oxydés avec de l'air et sont craqués, ce qui provoque le dépôt de carbone sur le fer réduit et forme les gaz réducteurs qui réduisent l'oxyde de fer en fer métallique dans les zones de réduction. Le dépôt de carbone forme sur le fer réduit empêche sa réoxydation, rend le fer produit non pyrophore et empêche l'agglomération et le frittage du fer réduit dans la zone de gazéification. 



  Les gaz formés dans cette zone servent de gaz réducteurs dans les zones de réduction et le carbone déposé est partiellement brûlé avec de l'air pour chauffer le fer recyclé se trouvant dans le brûleur externe. Le chauf- fage du fer revêtu de carbone fournit, lors du recyclage, la chaleur nécessaire pour exécuter le craquage endo- thermique et les réactions de réduction qui ont lieu 

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 dans les zones de gazéification et de réduction du fer, respectivement. En recyclant le fore qui constitue l'agent de transmission de chaleur, de la zone de combustion à la zone de gazéification et à la zone de réduction de fer, et en chauffant ce fer, les exigences et les difficultés rencontrées pour séparer un agent inerte de transmission de chaleur des produits de la réaction sont palliées.

   Etant donné que l'agent de transmission de chaleur n'est pas réoxydé au contact de l'atmosphère grâce au revêtement protecteur de carbone, cette substance peut être extraite de la zone de réduction et être envoyée au stockage sans traitement ultérieur. 



   Sur la fig. 1 du dessin annexé, on a représenté schématiquement la zone de réduction, le brûleur à conduit de transfert, la zone de fusion et le procédé de mise en oeuvre du premier mode de réalisation de l'invention. 



   Les combustibles hydrocarbures introduits dans la   zone   de réduction FeO - Fe, qui sont craqués pour produire les gaz réducteurs et qui réduisent FeO en Fe, peuvent être des hydrocarbures, normalement guzeux, tels que le gaz naturel, le méthane, l'éthane, le propane, le butane ou des hydrocarbures normalement liquides tels que l'essence, le naphte, le pétrole lampant, les   gua-oils   légers et lourds   provenant   d'une dis-   tillation   sous vide, les huiles lourdes, les huiles pour Diesel, les hydrocarbures résiduels ou des produits analogues. La quantité de combustible nécessaire pour réduire une quantité spécifique de minerai de fer dépend du combustible utilisé.

   Un combustible préféré est un 

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 hydrocarbure liquide lourd ayant une teneur basse en   aoufre   et en métaux. Les gaz sortant des zones de réduction sont partiellement oxydés dans le brûleur à conduit de transfert avec un gaz contenant de l'oxygène. 



  On utilise en général de l'air. Des minerais de fer ayant des degrés de pureté variables peuvent être réduits conformément à la présente invention. Les minerais réduits sont généralement formés en majeure partie de Fe2O3.Avant d'être envoyés dans la zone de réduction du minerai de fer, le   minerai, et-t   pulvérisé jusqu'à obtention d'une granulométrie telle qu'on puisse le transformer en lit fluidifié et   ..\le   les réactions puisaent être mises en oeuvre dans des lits fluidifiés den-   se se   
Le degré de réduction des oxydes de fer dans le lit dans lequel les hydrocarbures sont injectés est , déterminant et est soigneusement contrôlé. Ce lit con-   tient   FeO soumis à une réduction en Fe et de grandes quantités de Fe.

   Ces substances constituent un catalyseur pour le craquage des hydrocarbures et la production des gaz réducteurs et fluidifiants. Les réactions dans cette zone sont contrôlées de maniera telle que les produits contiennent de 2 à 20 % de carbone sur la base du fer. Le pourcentage de carbone moyen est con-   trôlé   de manière que chaque particule porte au moins un peu de carboneLe fer réduit pourvu d'un revêtement de carbone est prélevé comme produit ou bien est recyclé dans le brûleur à conduit de transfert à des cadences telles que le pourcentage désiré de carbone aux le fer ainsi que la composition du catalyseur permettant d'ob- 

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 tenir la réduction désirée soient maintenus. 



   D'une manière générale, on ne considère pas les pressions comme des variables importantes dans le procédé, à cette exception qu'elles doivent être suffisantes pour maintenir une circulation appropriée des matières solides dans le système. En général, le procédé est mis en oeuvre à des pressions comprises entre la pression atmosphérique et une pression (relative) de 10,5 kg/cm2. Toutefois. on peut utiliser des pressions supérieures ou inférieures   à   ces dernières, si on le désire. On n'entend pas limiter le procédé à des pressions particulières. En outre, on peut modifier les pressions selon les réactions mises en oeuvre dans une zone particulière de manière que le gaz exerce uneaction réductrice ou oxydante sur les réactifs, selon les nécessités. 



   Les conditions de température et le rapport entre 0 2 et CO et entre H2O et H2 dans chacune des zones de réduction ainsi que dans le conduit de transfert du brûleur sont critiques et seront décrites en détail. Ces conditions sont réglées de façon telle que le procédé entier soit équilibré en ce qui concerne les réactions endothermiqueset exothermiques, et que la chaleur nécessaire pour les réactions endothermiques soit engendrée dans le brûleur à conduit de transfert, dans lequel le combustible principal est constitué par les gaz sortant de l'une des zones réductrices. La réduction d'un minerai de fer peut être exécutée dans un, deux ou trois étages réducteurs, chaque étage con- tenant un ou plusieurs lits. 

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   A titre d'illustration de ce premier mode de mise en oeuvre de la présente invention, on réduit un minerai de fer en trois stades. Au cours du premier stade, le minerai de fer   (Fe203)   est réduit en   Fe304   à une température de 704 à   8i6 C,   bien qu'on puisse également utiliser des températures de 649 à 982 C, et sous des pressions (relative) comprises entre 0 et 2,45   kg/cm2,   bien qu'on puisse également utiliser des pressions de 0 à 21 kg/cm2.

   Par suite de l'état d'oxydation élevé du minerai de fer, des gaz réducteurs contenant des quantités relativement élevées de C02 et de H2O peuvent être efficacement utilisés pour réduire Fe2O3 en Fe3O4.   Le-.,   gaz résiduels provenant de ce   attela   contiennent CO2 et CO dans un rapport de 50 à 300 et de préférence de 200 à 250 et H2O et H2 dans un rapport de 50-250 et de préférence de 150-200. Plus le degré de réduction du minerai de fer est élevé, plus la concentration de CO2 et H2U dans les gaz réducteurs est critique. Dans la   zone   de réduction de Fe3O4, on peut utiliser des températures de   649 à   871 C, bien qu'on préfère qu'elles soient comprises entre 704 et 816 C. 



  Le rapport entre CO2 et CO peut être de 0,2 - 1,5, mais on préfère qu'il aoit de 0,75 - 1,0. Le rapport entre H2 et H2O peut être égal à 0,2 - 3,0, un rapport de 0,5-1,0 étant préféré. Ces rapports concernent les con- stituants des gaz sortant de cette zone. Les gaz sor- tant de la zone de réduction de   Fe304 ont   une valeur calorifique considérable et sont utilisés comme combus-   tible   primaire envoyé au brûleur à conduit de transfert, où ils sont partiellement oxydés avec de l'air pour 

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 fournir la chaleur nécessaire pour chauffer les particules de fer qui sont renvoyées dans la zone de réduction pour fournir la chaleur nécessaire pour les réactions endothermiques ayant lieu dans cette,zone. 



   Dans la zone de réduction de FeO en Fe, les températures sont comprises entre 704 et 1038 C et de préférence entre 871 et   982 C.   Dans cette zone, le rapport entre C02 et CO est réglé de manière telle   qu'il   assure la réduction de FeO en Fe. On utilise un rapport de 0,2 -   0,6,.un   rapport de 0,2 - 0,4 étant préféré. Le rapport entre H20 et H2 peut être égal à   0,2-0,6.   De préférence, le rapport entre H20 et H2 est maintenu à 0,3 - 0,5. Les rapports ci-dessus représentent le degré maximum d'oxydation des gaz réducteurs qui est permis dans cette zone et ils sont également les mêmes pour les gaz sortant de cette zone.

   Afin de ne pas utiliser de quantités excessives d'hydrocarbures, la quantité de carbone déposée sur le fer réduit dans cet étage est maintenue   à   environ 0,2 -   10,0   en poids, par rapport au poids de fer. De préférence, en réglant étroitement les conditions régnant dans cet étage, une quantité de carbone comprise entre 3,0 et 6,0   %   en poids peut être déposée sur le fer réduit. La quantité de carbone déposée sur le fer réduit doit âtre juste suffisante pour empêcher l'agglomération et le frittage, pour maintenir le fer dans une condition non pyrophore et pour protéger le fer d'une réoxydation dans le brûleur à conduit de transfert.

   Un dépôt excessif de carbone   sur.le   fer augmonte la quantité de chaleur requise pour la mise en oeuvre du craquage et se traduit généralement pour une 

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 opération de réduction et de craquage moins efficace. les conditions régnant dans cet étage sont soigneusement contrôlées de manière que seule la quantité minimum de carbone désirée soit déposée sur le fer réduit. 



  En outre, on règle soigneusement la quantité de FeO à réduire en Fe qui est envoyée dans cet étage de manière que la quantité d'oxygène introduite dans cette zone avec FeO soit suffisante pour une réduction avec les produits craqués provenant de la réaction de craquage des hydrocarbures,en vue de produire de l'oxyde de carbone et de l'eau nécessaires pour la fabrication des gaz réducteurs. En contrôlant la   cadrée   d'introduction de FeO dans cette zone, la température et la pression, la quantité d'oxygène fournie avec FeO Introduit dans cette zone est suffisante pour une réaction avec le carbone formé par le craquage des hydrocarbures, de manière qu'une quantité minimum seulement de carbone soit déposée sur le minerai réduit.

   En raison de la mise en oeuvre de la réaction en lit fluidifié, un minerai réduit sur lequel se trouve   déposéeune   quantité de   3,0 à   6 % en poids de carbone, par exemple, peut être rapidement enlevé de cette zone et/ou être recyclé dans le brûleur à conduit de transfert. 



   Essentiellement, la totalité de la chaleur nécessaire pour les réactions de réduction et de cra-   quge   conformes au procédé de l'invention est engendrée dans le brûleur à conduit de transfert) La chaleur de préchauffage de l'air et du combustible est fournie ex- térieurement. Une partie de la chaleur engendrée par le brûleur est adsorbée par Fe revêtu de carbone se trou- 

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 vant dans ce brûleur, et est transférée dans la zone de réduction sous-forme de chaleur sensible dégagée par le fer revêtu de carbone, chauffé et réduit, qui y circule. 



  Une partie de la chaleur est transmise à la zone réductrice par l'intermédiaire des gaz chauds sortant du conduit de transfert du brûleur et qui sont envoyés dans la zone de réduction de   Fe203   pour chauffer l'oxyde de fer se troivant dans cette zone tout en réduisant le fera Le combustible principal envoyé dans le conduit de transfert du brûleur est constitué par les gaz sortant de la zone de réduction de   Fe-,0..   Toutefois, quand cela est. nécessaire, on peut envoyer un combustible supplémentaire dans le brûleur. La concentration en oxyde de carbone et en hydrogène dans les gaz provenant de la zone de réduction de Fe3O4 est relativement élevée et la chaleur de combustion de ces gaz est élevée.

   Ces gaz sont partiellement oxydés dans le brûleur   à   conduit de transfert, dans lequel une partie de   1- oxyde   de carbone est oxydée en formant de l'anhydride carbonique et l hydrogène est oxydé en formant de l'eau, ce qui dégage des quantités considérables de chaleur qui est adsorbée sous forme de chaleur sensible par le fer réduit   revêtu   de carbone qui est en circulation. Il ne reste dans le gaz que la quantité de CO et de H2 suffisante pour ré- duire Fe2O3en Fe3O4. 



   Les gaz sortant du brûleur à conduit de trans- fert et se trouvant à des températures très élevées sont utilisés pour fournir de la chaleur et servent de gaz réducteurs pour la zone de réduction de Fe2O3. Par sui- te de l'état d'oxydation très élevé du minerai dans 

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 cette' zone, le rapport relativement élevé entre 002 et CO et entre H20 et H2 dans les gaz de combustion sortant du brûleur n'a pas d'effet nuisible -sur cette réduction, et lés gaz conservent cependant un pouvoir réducteur suffisant pour réduire   Fe203   en Fe3O4.

   Les conditions de combustion dans le brûleur à conduit de transfert sont critiques, car on désire obtenir une combustion d'un rendement maximum des gaz sortants dans l'air pour augmenter la température du fer recyclé, sans toutefois oxyder le revêtement de carbone ni réoxyder le fer réduit. La réoxydation du fer réduit ne se produit pas car le revêtement de carbone protège le fer et serait oxydé   d@   façon préférentielle avant le fer dans les conditions régnant dans le brûleur à conduit de transfert. 



   Dans le brûleur à conduit de transfert, la température est maintenue à environ 760 - 1204 C, bien que des températures de 871à   1093 C   soient préférées pendant l'oxydation des gaz sortants. Cette oxydation augmente la température du fer recyclé d'environ 55 à
165 C, de préférence d'environ 55 - 110 C. Le facteur le plus important pour empêcher la réoxydation du fer réduit dans le brûleur   à   conduit de transfert est de maintenir un temps de contact très court dans ce brûleur.

   Le temps de séjour du fer réduit dans le brûleur est compris entre 0,1 et 2,0 secondes, bien que des pé- riodes de 0,1 à 0,5 seconde soient préférées, les par-   ticules   solides et les gaz circulant dans le brûleur viennent en contact et les gaz réagissent dans une con- dition de phase gaz-particules solides se déplaçant 

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 violemment. Le rapport entre CO2 et CO dans le brûleur à conduit de transfert est de 2,0 - 10,0 et le rapport entre H20 et H2 dans le brûleur à conduit de transfert est de 1,5 - 25,0. Le rapport préféré entre C02 et CO est de 4,0 - 6,0 et le rapport préféré entre H2O et H2 est de   4,5 -   12,0. 



   En contrôlant soigneusement la combustion dans le brûleur à conduit de transfert,   c'est-à-dire   les rapports entre CO2 et CO et entre H2O et H2, ainsi que le temps de séjour, les gaz sortants sont brûlés préférentiellement et le fer réduit n'est pas réoxydé. 



  Les gaz sortants sont renvoyés dans le brûleur à conduit de transfert depuis la zone de réduction avec un rapport appropriéCO2. CO et H2O   il 21   à raison   d'en-*   viron 561,6 - 811,2 m3/tonne de fer, de préférence   à   raison d'environ 624 - 748,8 m3/tonne de fer. L'air est introduit dans le brûleur à raison de 1 ,0 à   1,25   dm3   d'air/dm   de gaz sortants et de préférence à raison de   1,0   à 1,1  dm3/dm3   de gaz sortants. 



   Un réacteur d'une capacité de réduction du fer de 90 tonnes/jour et comprenant trois étages de   réduc-   tion peut avoir un diamètre de 0,30 m et une hauteur totale de 27,5 m. Un brûleur à conduit de transfert destiné à fournir la chaleur nécessaire à la mise en oeuvra des réactions endothermiques et pouvant être   utilité   avec une telle zone de réaction peut avoir un   @@     @mètre   de 0,6 à 1,8 m et une hauteur de 4,5 - 13,7 m. Des pompes, des vannes, des fours de chauffage, des cyclones destinés à séparer les particules solides des gaz, des tubes de descente et des tubes de montée sont utilisés 

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 dçune manière connue dans la technique.

   On peut opérer la réduction dans un système à   1   ou 2 lits, au lieu de . l'opérer dans un système   à  3 lits. En outre, les lits peuvent être divisés en sections de réduction et de préchauffage. Le nombre des lits utilisés pour mettre en oeuvre la réduction n'entre pas dans le cadre de l'invention. 



   Les matières solides chauffées sortant du brû- leur à conduit de transfert peuvent être renvoyées en totalité dans la zone de réduction de FeO en Fe, ou bien peuvent être dirigées dans la zone de réduction de Fe293, ou de Fe3O4. Dans ce dernier cas, il se produirait une certaine réoxydation des matières solides en circula- tion. De préférence, les particules solides chauffées sont renvoyées en totalité dans la zone de réduction de
FeO. En outre, on peut ajouter des quantités supplémen- taires de' combustible hydrocarbure et d'oxygène dans le brûleur à conduit de transfert pour obtenir la quantité supplémentaire de chaleur nécessaire pour les réactions endothermiques.

   Toutefois, on préfère utiliser surtout les gaz sortant de l'une des zones de réduction, de pré- férence la zone de réduction de   Fe304   pour économiser du combustible, en réduisant ainsi le prix de revient global du procédé. En outre, selon le degré de contrôle qu'on désire exercer sur l'ensemble du processus, le mi- nerai de fer envoyé dans le brûleur à conduitde trans- fert peut être revêtu de carbone ou ne pas en être re- vêtu. Toutefois, s'il est revêtu de carbone, le contrôle du chauffage dans le brûleur a conduit de transfert n'est pas nécessairement aussi strict que s'il n'en 

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 était pas revêtu. 



   Conformément à ce premier mode de réalisation de l'invention, une zone de réduction à trois étages est mise en oeuvre avec un brûleur externe à conduit de transfert. Dans ce mode de réalisation, les vannes 35,38 et 39 sont fermées. Sur le dessin, on a représenté un four de préchauffage 1 dans lequel un hydrocarbure combustible, tel que du naphte léger, qui est introduit par un conduit 2, est chauffé   à   une température d'environ   482 à     53 8  C,   mais inférieure à celle à laquelle le naphte forme du coke dans le four. Le combustible préchauffé est ensuite envoyé dans un lit 9 d'un récipient de réduction 6 par un conduit 2.

   Le naphte est pulvérisé directement dans le lit fluidifié contenant FeO et Fe, dans lequel le fer réduit sert de catalyseur et craque le naphte en formant du carbone élémentaire et de l'hydrogène. Les produite craqués régissent avec FeO dans le lit fluidifie en réduisant FeO en Fe, tout en oxydant le carbone en oxyde de carbone et en anhydride carbonique et l'hydrogène en H2O. L'oxyde de carbone peut encore réagir avec H20 pour former de l'anhydride carbonique et de l'hydrogène, et l'hydrogène peut réagir avec une quantité supplémentaire de FeO pour former H20 et Fe. 



   La température dans le lit 9 est maintenue à environ 871 - 982 C. Le rapport CO CO2 dans ce lit est critique et est soigneusement réglé et maintenu à 0,2 - 0,4 tandis que le rapport H2:H2O dans le lit, qui estégalement critique, est maintenu à 0,3 -   0,5.   



  Des quantités supplémentaires de FeO sont continuelle- 

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 ment introduites à partir du lit 11 par un tube de descente 22 à une cadence suffisante pour fournir au lit la quantité d'oxygène.nécessaire pour produire de l'o- xyde de carbone et H20 dont la présence est requise pour former le gaz de synthèse utilisé dans la réduc- tion.

   La cadence d'introduction de FeO est critique, étant donné que, si la quantité d'oxygène introduite dans le lit 9 de cette manière n'est pas suffisante, des quantités excessives de carbone se déposent sur le minerai   ruit.   En outre, l'introduction du combustible doitêtre contrôlée de manière   à   régler l'équilibre en- tre la chaleur et les matières tout en maintenant une combustion   satisfaisante   des gaz, en vue de l'exécution du procédé décrit. La cadence d'introduction de   FeO   dans le lit 9 est contrôlée à l'aide de dispositifs bien con- nus dans la technique.

   La cadence de prélèvement du fer réduit par les conduits 23 et/ou 25 est telle que le carbone ne puisse pas s'accumuler en quantités   excessi-   ves sur le minerai réduit, et la quantité de fer réduit maintenue dans le lit 9 est contrôlée de manière à main- tenir un rapport approprié entre FeO et Fe afi.n que, les réactions désirées aient lieu.'
Les réactions de craquage et de réduction dans le lit 9 sont fortement endothermiqueset une grande quantité de chaleur doit être fournie au lit 9 pour main- tenir la température de réaction. Les produits- craqués et partiellement oxydés tels que H2, CO, H2O et CO2 con- sti.tuent le gaz de fluidification servant à maintenir le lit 9 sous forme d'un lit fluidifié dense.

   Ces gaz traversent le lit 9, un espace 10 et une grille de flui- 

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   di.fication   7 ou un autre dispositif approprié et sont introduits dans le lit 11 où les gaz   fluidifient   Fe3O4 contenu dans ce lit, en maintenant ainsi un lit fluidifié dense. Dans ce lit, les gaz de fluidification réduisent Fe3O4 en FeO. Fe3O4 passe continuellement dans le lit 11 à partir de la zone 13 de réduction de   Fe304   par un tube de descente 21. La cadence d'introduction de Fe3O4 dans le lit 11 est contrôlée d'une façon   clas-   sique dans la technique. Dans le lit 11, CO et H2 contenus dans les gaz réducteurs sont partiellement oxydés en   C02 et   H20, tout en réduisant   Fe304   en FeO.

   Le lit 11 est maintenu à une température d'environ 704 à 816 C, le rapport entre CO et CO2 dans ce lit est maintenu entre 0,75 et 1,0 et le rapport entre H2 et H2O dans ce li.t est maintenu entre 0,5 et 1,0. Seule une partie de CO et H2 provenant du lit 9 et introduits dans le lit 11 se trouve oxydée en C02 et H2O. Une quantité considérable de CO et de H2 reste dans ce gaz. Le gaz passe dans l'espace 12 et en sort par un conduit 14 pour parvenir dans   ur.   cyclone   4,   dans lequel les particules solides entraînées sont séparées et renvoyées par un   (,on-   duit 42. Le gaz sortant du cyclone 4 est envoyé à un brûleur 5 à conduitde transfert avec de l'air pour chauffer le fer revêtu de carbone envoyé à ce brûleur. 



  Le brûleur 5 à conduit de transfertfournit la chaleur nécessaire au lit 9 et, dans certains cas, à un lit 13, en   vue   des réactions de réduction endcthermique et de craquage exécutées dans les lits 13 et 9. 



   Dans le lit 9, le craquée et l'oxydation partielle des produi ts craqués sont soigneusement con- 

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   frôlés   de manière que la quantité de carbone déposée sur le fer réduit prélevé soit maintenue à environ 3,0 à 6,0   %   en poids, et, lorsque cette quantité moyenne de carbone est déposée sur le fer réduit, on retire ce der- nier. Une partie du fer revêtu de carbone est prélevée par le conduit 23,la vanne   34   et le conduit 30 et con- stitue le produit obtenu conformément   à   l'invention. Le revêtement de carbone déposé sur le fer rend ce dernier non pyrophore et facilite sa manutention. Le reste du fer revêtu de carbone est envoyé dans le brûleur 5 à conduit de transfert.

   L'air de combustion pour le brû- ,leur 5 est introduit par le   condu'.'   3 dans le four de   préchauffage   1, dans lequel l'air est chauffé jusqu'à environ 482 à 982 C. Le gaz sortant se trouvant dans le conduit 26 recueille le fer réduit revêtu de carbone circulant dans le conduit 25 et l'entraîne à travers le tube montant 25 jusque dans le brûleur 5 à conduit de transfert,   où.   il vient en contact avec l'air préchauffé. 



   A l'orifice d'admission du brûleur à conduit de trans- fert, de l'air préchauffé provenant du conduit 3 est mé- langé avec des gaz sortants qui contiennent le fer ré- duit revêtu de carbone qui sort du lit 11. Dans le brû- leur à conduit de transfert 5, les gaz sortants sont partiellement oxydés par l'air préchauffé et la tempé- rature des particules de fer revêtu de carbone se trouve ainsi élevée de 55 à 110 C. Le brûleur 5 fonctionne à une température de 871 à   1093 C.   Le temps de séjour des particules de fer revêtu de carbone dans un brûleur à conduit de transfert eat de 0,1 à 0,5 seconde. 



   Le fer réduit chauffé dans le brûleur   à   con- 

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 duit de transfert peut être revêtu ou non d'un dépôt de carbone. Toutefois, les conditions de mise en oeuvre du chauffage sont moins critiques si les particules sont revêtues de carbone. Dans un mode de mise en oeu vre préféré, les particules de fer réduit sont revêtues de 5 à 10 % en poids de carbone. Le rapport entre CO2 et CO dans le brûleur à conduit de transfert est de 4,0 à 6,0 et le rapport entre H20 et H2 est de 4,5 à 12,0. 



  On n'ajoute dans le brûleur que la quantité d'air suffisante pour oxyder partiellement les gaz sortants afin que les particules de fer réduit revêtues de carbone contiennent la quantité de chaleur sensible supplémentaire nécessaire pour les réactions devant avoir lieu dans le lit 9. Le chauffage qui se produit dans le brûleur 5 et la quantité de matières solides mises en cir-   culation   doivent être réglés de manière à fournir la. chaleur nécessaire pour exécuter les réactions de cra- quage et de réduction désirées dans le lit 9. 



   Les gaz réducteurs sortant du lit 11 ne sont que partiellement oxydés dans le brûleur 5   à   conduit de transfert, les gaz sortant en tête de ce   .brûleur   en même temps que les particules de fer réduit étant prélevées par le conduit 32 et introduites dans le séparateur cy- clone 28. Ces gaz sortants sont   à   une température de
871 à 1093 C environ. Dans le séparateur cyclone 28, les matières solides sont séparées et sont ensuite renvoyées par un conduit 29 dans le lit   9 où   les particules chau- des de fer réduit fournissent la chaleur nécessaire pour les réactions qui ont lieu dans ce lit. Les gaz de tête séparés sortent par un conduit 27sont introduits dans 

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 un espace 36 et traversent une grille de fluidification 8.

   Les gaz chauds ont pour rôle de chauffer, de fluidifier et de réduire les oxydes de fer contenus dans le lit 13. Etant donné que les oxydes de fer contenus dans le lit 13 sont dans un état d'oxydation élevé, c'est-àdire sous forme de Fe203' les gaz sortants qui circulent dans le conduit 27 possèdent encore un pouvoir réducteur suffisant pour réduire le fer en   l'amenant   de cet état d'oxydation élevé à un état d'oxydation inférieur. Il en est ainsi même si ces gaz possèdent une concentration relativement élevée en CO2 et en H2O par suite d'une combustion partielle dans le brûleur 5 à conduit de transfert. Le   -apport   entre C02 et CO est compris entre environ 4,0 et 6,0 et le rapport entre H2O et H2 est compris entre environ   4,5   et 12,0. 



   Le minerai de fer de départ est introduit par le conduit 19 dans un séparateur cyclone de réchauffage
16 ou dans un autre dispositif de contact approprié dans lequel le minerai de départ est directement mis en contact avec les gaz chauds sortant du lit 13 et introduits par le conduit   15,   et le minerai est préchauffé jusqu'à une température d'environ 204 à 316 C ou plus. Le minerai préchauffé est introduit par un conduit 20 dans le lit 13. Les gaz sortants refroidis sortent du séparateur cyclone de chauffage 16 par un conduit 17 et peuvent être utilisés pour chauffer d autres courants de pro- duits dans le procédé, par échange de chaleur indirect. 



   Dans le lit 13,   Fe203   est réduit en   Fe304.   La chaleur nécessaire pour exécuter la réduction est fournie prin- cipalement par les gaz chauds introduits par le conduit 

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 27. la température de réduction dans le lit 13 est d'environ 704 à   816oC.   Le rapport entre C02 et CO est de 200-250 et le rapport entre H20 et H2 est d'environ 150- 200. L'oxyde de fer sous forme Fe2O3qui a étéréduit   en-Fe304   sort du lit 13 par le tube de descente 21 et passe dans le lit 11, comme on l'a décrit précédemment. 



  Dans un autre mode de mise en oeuvre de ce premier mode de réalisation de la présente invention, le minerai réduit revêtu de carbone est envoyé directement dans une zone 31 de fusion du fer. Dans ce cas, la vanne 34 est fermée et la vanne 35 est ouverte. Quant aux vannes 38 et 39 elles.peuvent être toutes deux partiellement ouvertes, ou bien l'une peut être ouverte tandis que l'autre est fermée. Le minerai réduit chaud et recouvert de carbone est prélevé dans la zone 9 et, au lieu d'être envoyé au stockage par l'intermédiaire de la vanne 34 et du conduit 30, il est envoyé directement dans la zone de fusion 31 qui est maintenue à   1593-16490C   par oxydation du revêtement de carbone du fer réduit en CO et CO2.

   Lorsque le carbone subit l'oxydation, il chauffa la zone de fusion et fait fondre le fer spongieux   sous   forme de métal liquida. L'air préchauffé est   introduit   dans la zone de fusion par le conduit 44 pour entretenir la combustion.Les gaz sortants ou de combustion sortent par un conduit 41 et passent duns une chaudière de récupération 37 dans laquelle ils sont ramenés à une température de 760 à   1093 C.   Ces gaz ont une énergie   ca-   lorifique considérable, peuvent servir de combustible et possèdent une capacité réductrice.

   Les gaz se trou-   vant à   cette température peuvent être introduits dans 

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 le brûleur 5 à conduit de transfert, en vue d'une utilisation comme combustibles ou bien être envoyés dans les zones de'réduction de   Fe203  ou de Fe3O4 pour être utilisés comme gaz de préchauffage et de réduction. 



  Sur la fig. 1, les flèches montrent que les gaz de combustion traversent   la   vanne 39 et 42 pour parvenir dans la zone de réduction de   Fe304   et traversent la vanne 38 et le conduit 25 pour parvenir dans le dispositif de chauffage 5. 



   La chaudière de récupération a pour rôle de réduire la température des gaz sortant de la zone de fusion depuis environ 1649 C   jusque-   760 -   1093 C.   Les gaz peuvent être traités beaucoup plus facilement aux températures plus basses. La combustion du revêtement de carbone de fer réduit, qui se produit dans la zone de fusion, et l'utilisation des gaz de combustion comme gaz de préchauffage, comme gaz réducteurs et comme combustible, représentent une économie considérable en ce qui concerne le combustible utilisé dans le procédé. Le fer liquide se trouvant à environ 1649 C est prélevé par un conduit 33 et est soumis à un autre traitement. 



  La chaleur adsorbée dans la chaudière 37 est utilisée pour le préchauffage ou bien est transformée en énergie utilisée dans le procédé. 



   Sur la fig. 2 du dessin annexé, on a représenté schématiquement la zone de gazéification, les zones de réduction et le brûleur à conduit de transfert, qui correspondent à un mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention. 



   Le combustible hydrocarbure introduit dans la 

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 zone de gazéification où il est partiellement oxydé et craqué pour former les gaz réducteurs peut également être constitué par un hydrocarbure normalement gazeux. 



  La quantité de combustible requise pour réduire une quantité spécifique de minerai de fer dépend du type du combustible qui est utilisé et du minerai qui est soumis à la réduction. De préférence, on utilise un gaz naturel comprenant essentiellement du méthane, et des hydrocarbures normalement liquides tels que le naphte. 



   Une partie du carbone déposé sur le minerai réduit est oxydée dans le brûleur externe par contact avec un gaz contenant de l'azote. En général, on préfère de l'air. On peut réduire divers types de fer et, principalement, les minerais contenant Fe2O3 qui ont été pulvérisés jusqu'à une granulométrie telle qu'ils puissent être fluidifiés en vue de la mise en oeuvrc des réactions en lits fluidifiés denses. L'état de réduction du fer dans la zone de gazéification dans laquelle les hydrocarbures sont injectés est important et doit être soigneusement contrôlé. Ce lit   contient   un peu de FeO en cours de réduction en Fe et de grandes quantités de Fe et de carbone. Ces substances constituent des catalyseurs pour le craquage des hydrocarbures et la production des gaz de réduction et de   fluidi-   fication.

   On peut régler le taux de dépôt du carbone en contrôlant le rapport entre.l'oxygène et le carbone dans l'hydrocarbure de départ introduit dans la zone de gazéification. La réaction dans cette zone est contrôlée de façon telle que 5 à 30   %   en poids de carbone, sur la base du fer réduit, soient uniformément déposés 

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 sur le fer réduit. Le fer réduit pourvu d'un revêtement de carbone est prélevé comme produit et est recyclé dans le brûleur externe à des cadences telles qu'on maintienne le même pourcentage moyen de carbone sur le fer et qu'on maintienne la composition de catalyseur permettant de mettre en oeuvre les réactions désirées de réduction et de craquage. 



   Les pressions, comme on l'a mentionné, ne sont généralement pas considérées comme une variable importante en ce qui concerne le procédé, sauf au degré nécessaire pour maintenir une circulation approp-   riée   des matières solides dans le système. En général, le procédé est mis en oeuvre à des pressions comprises sensiblement entre la pression atmosphérique et 10,5 kg/ cm2 (pressions relatives). Toutefois, on peut utiliser des pressions notablement plus élevées ai on la désire. 



  On n'entend pas limiter la portée de la présente invention à des pressions particulières. En outre, les pressions peuvent être modifiées selon la réaction qu'on exécute dans une zone particulière, de manière que le gaz soit oxydant ou bien réducteur vis-à-vis d'un réactif particulier, selon les nécessités. 



   Les conditions de température et le rapport entre CO et C02 et entre H2 et H2O dans la zone de gaz-   éification   ainsi que dans chacune des zonesde réduc- tion et dans le brûleur externe sont critiques et seront décrits en détail. Ces conditions sont réglées de façon telle que le procédé entier soit équilibré en ce qui concerne les réactions endothermiques et exother-   miques,   et que la chaleur nécessaire pour les réactions 

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 endothermiques soit engendrée dans le brûleur externe qui utilise comme combustible uns partie du carbone déposé sur le fer réduit..La rédaction du fer peut avoir lieu. dans une, deux ou trois zones (ou étages) de réduction. La présente invention va être décrite en ce qui concerne l'utilisation de deux zones de réduction. 



  Dans la première zone ou premier étage, le minerai de fer (Fe2O3) est réduit en FeO à une température de 538 à 982 C, bien qu'on puisse également utiliser des températures de 593 à 871 C, et à des pressions de 0 à 7   kg/cm2,   bien que des pressions de 0 à 1,4   kg/cm2   puissent également convenir. En raison de l'état d'oxydation élevé du minerai de fer, des gaz réducteurs contenant des quantités relativement importantes de CO2 et de H20 peuvent être utilisés efficacement pour réduire Fe203 en   FeO.   Dans cet étage, les gaz réducteurs contiennent CO et CO2 dans un rapport de 2-6 et de   préfé-     rence   de 3-5, et H2 et H2O dans un rapport de 1-4 et de préférence de 2-3. 



   Plus le degré de réduction du minerai de fer est élevé, plue la concentration de CO2 et de H2O dans les gaz réducteurs devient critique. Dans la zone de   ré-   duction de FeO en Fe, les température  peuvent être comprises entre 538 et 982 C, bien que des températures de   593 à     871 C   soient préférées, et les pressions peuvent être comprises entre 0 et 7 kg/cm2, des pressions de 0 à   1,4     kg/cm2   étant préférées. Le rapport entre   CO   et C02 peut être de 20-100, bien que des rapports de   40-80   soient préférés. Le rapport entre H2 et H20 peut être de 20-100, un rapport de 50-90 étant préféré.

   Les gaz 

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 sortant du second étagé de réduction de FeO e: Fe ont un pouvoir réducteur considérable et sont utilisés pour réduire   Fe203   en FeO dans le premier étage de réduction. 



   Dans la   zone   de gazéification, les températures sont comprises entre 760 et 1093 C et do préférence entre 816 et 982 C. Pour éviter une consommation exces-   si,ve   de combustible hydrocarburé, la quantité de carbone déposée sur le fer réduit dans cet étage est maintenue à 10-30 % en poids, sur la base du fer réduit. De préférence, en réglant étroitement les conditions dans cet étage, un pourcentage de 20 à 25 % en poids, par rapport au fer réduit, peut être déposé sur le fer.

   La quantité de carbone déposée sur le fer réduit dans la zone de gazéification doit être suffisante pour fournir le combustible nécessaire pour brûler dans le dispositif de chauffage externe, et pour qu'il   n   subsiste assez pour empêcher l'agglomération et le frittage du minerai réduit dans la zone de gazéification., pour maintenir le fer réduit constituant le produit dans un état non   pyro-   phore et pour protéger le fer d'une réoxydation dans le brûleur externe. Toutefois, un dépôt excessif de' carbone sur le fer représente une perte en gaz réducteurs, une augmentation de la quantité de chaleur nécessaire pour exécuter le craquage et généralement une opération moins efficace de réduction etde craquage. 



   Les conditions de la réaction dans la zone de gazéification sont soigneusement contrôlées de manière que seule la quantité en excès minimum du carbone re- quis soit déposée sur le fer réduit. Le rapport entre
O2 contenu dans les gaz de combustion et le carbone con- 

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 tenu dans l'hydrocarbure de départ introduit dans cette zone est soigneusement contrôlé, de manière que la quantité de carbone désirée se trouve déposée. Ce rapport O2 carbone peut être de 0,02 à 0,4, mais il est de préférence de 0,05 - 0,20. En contrôlant la quantité de O2 envoyée dans la zone de gazéification, il y a suf-   fisamment   d'oxygène pour réagir avec une partie seulement du carbone résultant du. craquage de l'hydrocarbure, afin que la quantité désirée de carbone résiduel soit déposée sur le minerai réduit.

   En raison de la mise en oeuvre de cette réaction dans un lit fluidifié, du minerai pourvu   d'un   revêtement de carbone peut être prélevé efficacement et continuellement dans cette zone et être envoyé dans le brûleur externe ou être emmagasiné. 



   La majeure partie de la chaleur nécessaire pour exécuter les réactions de réduction et de craquage de ce procédé est engendrée dans le brûleur externe, Cette chaleur est   transmise   dans la zone de réduction du minerai de fer   et/ou   dans la zone de   gazéification   sous forme de chaleur   sensible   transmise au fer réduit et chauffé, revêtu de carbone, depuis le brûleur à conduit de transfert. Le combustible primaire envoyé au brûleur à conduit de transfert est le carbone déposé sur le minerai réduit.

   Quand le carbone a formé   CO   et CO2 par oxydation, il fournit une certaine   quanti t,:   de chaleur, Une partie du revêtement de carbone est oxydée dans le brûleur externe, ce qui engendre une quantité de chaleur considérable qui est absorbée sous forme de chaleur sensible par le fer réduit revêtu de carbone. 



  Les gaz sortant du brûleur externe sont à. des tempéra- 

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 tures très élevées et sont utilisés pour préchauffer le minerai de fer de départ. 



   Les conditions d'oxydation dans le brûleur externe sont critiques, étant donné qu'on désire obte- nir une combustion efficace maximum d'une partie seule- ment du revêtement de carbone avec de l'air pour augmen- ter la température du fer recyclé et ne pas oxyder le fer réduit. La réoxydation du fer réduit est ramenée à   @   un minimum, car seule une partie du revêtement de car- bone brûle et le carbone restant protège le fer et se- rait préférentiellement oxydé en premier dans les con-   ditions   régnant dans le brûleur externe. La caractéris- tique critique m ce qui concerne le fonctionnement du brûleur est le maintien d'un temps de séjour extrême- ment court des particules revête de carbone dans le brûleur.

   Dans celui-ci, la température est maintenue à environ 927 - 1371 C et, de préférence,   à   982 - 1204 C. 



   Le brûleur fonctionne à une pression (relative) de 0 à 
3,5kg/cm2 et, de préférence, de 0 à   1,4   kg/cm2. Cette oxydation accroît la température du fer recyclé d'envi-   ron   38 à 260 C, de préférence de 93 à   204 C.  Le temps de séjour du fer réduit dans le brûleur à conduit de transfert est court, et est habituellement de 0,1 à   5,0   ' secondes, bien que des périodes de 0,4 à 1,0 seconde ' soient préférées. Les matières solides et les gaz dans   @   le brûleur réagissent en phase solide dispersée. 



   La quantité d'air en excès se trouvant dans le brûleur est réglée à 0 - 20 %. La quantité d'air en excès préférée est de 0 à 10 %. La quantité d'air en excès est calculée d'après la quantité de carbone brû- 

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 lée ;la quantité de carbone total présente est beaucoup plus élevée mais le temps de contact est trop court pour permettre une combustion complète du carbone. 



   La quantité de carbone brûlée dans le brûleur à conduit de transfert est de 0,06 à 0,20 tonne/tonne de minerai réduit, de préférence de 0,08 à 0,15 tonne/   onne   de minerai réduit. Ceci représente de 2 à 8 %, en poids, de préférence de 4 à 6 % en poids, du carbone déposé qui est brdlé en formant CO et CO2. Une quantité de particules de fer chauffé d'environ 16 à 22 tonnes, par tonne de minerai réduit, est recyclée dans le réacteur à partir du dispositif de chauffage. 



   Pour une installation donnant   90   tonnes de minerai réduit par jour, qui utilise un réacteur à trois étages ayant un diamètre de 2,4 m et une hauteur   de 9  m et contenant deux zones de réaction et une zone  9 de   gazé-   ification,     des   lits fluides de 2,4m de hauteur peuvent être utilisés. Le brûleur externe nécessaire pour les réactions endothermiques aura dans ce cas 0,60 m de diamètre et 9 m de hauteur. Des pompes, des fours, des dispositifs de réchauffage, des cyclones destinés à séparer les matières solides des gaz, des tubes du descente assurant une connexion et des tubes de montée, peuvent être utilisés d'une manière courante dans la technique. 



  Le nombre des lits utilisés dans l'exécution de la réac-   ti.on   de réduction n'entre pas dans le cadre de   l'inven-   tion. Les matières solides chauffées provenant du Brûleur externe peuvent être renvoyées en totalité dans la zone de gazéification ou bien une partie de ces matières peut être envoyée dans la zone Fe/PeO. Une quantité 

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      supplémentaire d'hydrocarbure combustible ou de gaz de combustion provenant d'une zone de réduction peut être introduite dans le brûleur à conduit de transfert pour fournir une quantité de chaleur supplémentaire au fer en circulation. Toutefois, on préfère ne faire brûler que le carbone déposé. 



   Conformément à un mode de mise en oeuvre pré- féra de ce second mode de réalisation de l'invention, on utilise deux étages de réduction conjointement avec un   brûleur   externe' à conduit de transfert. Un hydrocar-   bure   combustibletel que du naphte est introduit dans un four de préchauffage dans lequ'l il est préchauffé à une température d'environ 482 à 538 C, et en tout cas inférieure à celle à laquelle le naphte subit un cra-   quae.   Le combustible préchauffé est ensuite envoyé par un conduit 104 (fig. 2) dans une zone de gazéification
109 d'un récipient de réduction 106 à l'aide d'un dis- positif approprié de distribution de liquide, en même   tomba  que de l'air   préchauffé   538 C qui est introduit par un conduit 103.

   Le naphte est projeté directement danun lit fluidifié contenant du fer revêtu de   carbone.   



   Le er réduit sert de catalyseur et craque le naphte en carbone élémentaire et en oxygène, tandis que O2 contenu dans l'air oxyde partiellement les hydrocarbures ou l'hy- drogène en formant CO et H2O. L'oxyde de carbone peut également réagir avec H20 pour former de l'anhydride carbonique ou de l'hydrogène et il peut, en outre, réa- gir avec FeO résiduel pour former de l'anhydride carbo- nique ou de l'hydrogène et il peut, en outre, réagir avec
FeO résiduel pour   former-   de l'anhydride carbonique et Fe. 



   La température dans la zone 109 est maintenue à environ
816-982 C et la pression à environ 

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   0 -   1,4 kg/cm2.   Le   débit d'introduction de l'air est suffisant pour fournir   au- lit   la quantité d'oxygène né- cessaire pour former de l'oxyde de carbone destiné à la production du gaz de synthèse. Le débit d'introduc- tion de l'air est critique car,   si. l'on   n'introduit pas suffisamment d'oxygène dans la zone 109, la quanti- té de chaleur fournie par le brûleur externe ne sera      pas assez élevée pour entretenir la réaction de craquage et si on introduit une trop grande quantité d'oxygène, il ne se dépose pas de carbone. 



   Le débit   d'Introduction   de Fe dans la zone   4   109 est réglé par une vanne appropriée montée dans le tube de descente 122 et qui n'est pas représentée. On règle l'extraction du fer réduit dans la zone 109 par le conduit 124 de façon telle quela quantité de FeO résiduel contenue dans la produit   réduit   ait une valeur faible satisfaisante, habituellement moins de 10 %. et la quantité de fer réduit dans la zone 109 est   contrô-     lée   de façon à maintenir un   revêtement   de carbone sof- fisant pour protéger le fer réduit d'une   réoxydution   dans le brûleur externe.

   Le craquage et les réactions exécutés dans la zone 109 sont fortement endothermiques et il faut fournir   à   cette zone une grande quantité de chaleur pour maintenir la température de réaction à 816-   982 0.   Le produit craqué partiellement oxydé,savair CO et H2 et de petites quantités de H20 et de CO2 consti-   tue   le gaz   fluidifiant   servant à maintenir un lit dense et fluidifiédans la zone   109,   
Les gaz de fluidification circulent vers le haut dans le lit, et traversent l'espace   110   et la grille 

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 de fluidification 107 ou un autre distributeur de gaz approprié, puis ils   passent   dans le lit 111 dans lequel les gaz fluidifient Fe contenu dans ce lit,

   en le maintenant aous forme d'un lit dense fluidifié. Dans ce lit, les gaz de fluidification réduisent FeO en Fe. Le tube de descente 121 permet l'introduction continuelle de FeO provenant du lit de Fe2O3, 113.  Le   débit d'introduction de FeO dans le lit 111 est contrôlé par une vanne appropriée, non représentée. Dans le lit 111, l'oxyde de carb.one, et H2 que contiennent les gaz réducteurs sont partiellement oxydés en CO2 et en H2O, tandis que   FeO   est réduit en Fe.

   Le lit 111 est maintenu à une température de 593 à 871  et à une pression (relative) de O à 1,4   kg/cm2     et,   dans ce lit, le rapport entre 00 et CO2est compris entre 3 et 5 et le rapport entre H2 et   H20   est compris entre 2 et   3.   Seule une petite partie de 00 et H2 provenant de la zone 109 et introduite dans le lit 111 est   aoumise     l'oxydation   en CO2et H2O. Il existe une quantité considérable de 00 et de H2 résiduels dans le gaz qui pause dans l'espace 112 pour les gaz et qui traverse la grille de fluidification 151 pour passer dans le lit 113 dans lequel il réduit Fe2O3 en FeO. 



     @   Le brûleur 105 à conduit de transfert consti- tue un dispositif d'apport de chaleur préféré pour la zone 109 et le lit 111 en vue de la réduction endothermique dans le lit 111et des réactions de craquage endothermique dans le lit 109. Dans ce dernier, le cra- quage et l'oxydation partielle des produits craqués sont contrôlés soigneusement de manière que la quanti- té de carbone déposée sur le fer réduit qui sort par le 

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 conduit 124 soit maintenue à une valeur d'environ 20 à
25 % en poids.'sur la base du fer et, lorsque cette quantité moyenne de carbone a été déposée sur le fer, celui-ci est alors récupéré. Une partie du fer revêtu de carbone sort par le conduit 124 et constitue le pro- duit recherché dans le procédé.

   Le revêtement de car- bone formé sur le fer rend ce dernier non pyrophore quand il est exposé à l'atmosphère et permet de le mani- puler plus facilement. Le reste du fer revêtu'de carbone est renvoyé par les conduits 124, 125 et 143 dans le brûleur 105 à conduit de transfert. L'air de combustion destiné au brûleur est préchauffé  à   une température d'en- viron 482 à   53800.   L'air recueille le fer réduit revêtu de carbone dans le conduit   125 et   l'entraîne dans le tube montant 143 jusque dans le brûleur 105 à conduit de transfert. Dans ce brûleur, la carbone est oxydé par l'air préchauffé et forme CO et C02' ce qui augmente la température des particules revêtues de carbone d'envi- ron 110 à 220 C.

   Le brûleur à conduit de transfert fonc- tionne à une température d'environ   982   1204 C et uns pression (relative) d'environ 0 à 1,4   k/cm.   Le temps de séjour des particules de fer revêtues de carbone dans le brûleur est d'environ 0,4 à 1,0 seconde. 



   Dans un mode de mise en oeuvre préféré de ce second mode de réalisation, les particules de fer   ré-   duit sont enduites de 10 à 30 % en poids de   carbone,   aur la base du fer. La quantité de carbone revotant les particules est critique car, si cette quantité est ex- cessive, cela correspond   à   une perte en ce qui concerne le rendement de combustible et en ce qui concerné la 

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 quantité de gaz réducteurs formée. Par contre, si le revêtement de carbone est trop peu important, il n'est pas suffisant pour fournir le combustible destiné au brûleur et pour protéger le fer d'une réoxydation dans le brûleur. La quantité d'oxygène en excès dans le brûleur est d'environ 0 à 10 %.

   On ajoute un excès d'air suffisant dans ledit brûleur pour que les particules de fer réduit revêtues de carbone reçoivent une quantité de chaleur sensible suffisante pour fournir la chaleur nécessaire pour la zone 109 et le lit 111. Les particules de fer réduit ainsi enduites de carbone sont mises en circulation avec un   débit     sufi   .sant pour transmettre cette chaleur dans la zone 109 et le lit 111. Le degré de chauffage dans le brûleur 105 et la quantité de recyclage peuvent être réglés de manière à fournir la chaleur nécessaire pour l'exécution des réactions désirées de craquage et de réduction dans la zone 109 et le lit 111.

   Les gaz sortant en tête du brûleur à conduit de transfert 105 et se trouvant à une température de 982 à 1204 C sont recueillis conjointement avec les particules de fer réduit chauffées et sortent par un conduit 132 et passent ensuite dans un séparateur cyclone
128. Ces gaz sont à une température très élevée. Dans le séparateur cyclone 128, les matières solides sont séparées et elles sont ensuite renvoyées par les conduits
129, 145 et 146 dans les zones 109 et 111 dans lesquel- les les particules de fer chaudes fournissent la cha- leur nécessaire pour les réactions endothermiques. Les gaz de tête séparés sortent par le conduit 127 et ser- vent   à   préchauffer le minerai de départ. 

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   Le minerai de départ est introduit à une température d'environ 25 C dans un séparateur cyclone de préchauffage 116 dans lequel le minerai est mis directement en contact avec les gaz sortants chauds provenant du brûleur 105 à conduit de transfert et introduits par le conduit 127, et le minerai est préchauffé à une température de 538 à 871 C. Le minerai préchaufféest introduit par un conduit 120 dans le lit   113.   Les gaz par-   tiellement   refroidis et sortant du séparateur cyclone de préchauffage 116 par le conduit 117 peuvent être utilisés grâce à un échange de chaleur indirect pour chauffer d'autres courants de produits dans le procédé.

   Dans le lit   113,     Fe203 est   réduit en   FeO.   La chaleur nécessaire pour exécuter la réduction provient principale-, ment de la chaleur sensible des gaz réducteurs sortant du lit 111 et, de façon complémentaire, d'une injection d'air à travers le conduit 154 qui détermine une augmentation de la température grâce à la combustion d'une partie des gaz réducteurs. Dans le lit   113,   la température est d'environ 593 à 871 C et la pression (relative) est d'environ 0 à 1,4 kg/cm2. Le rapport entre 00 et CO2 est de 0,3-1,6 et le rapport entre H2 et H2O est de 0,2 - 2,5. A partir du lit 113, FeO réduit passe dans le lit 111 en passant par le tube de descente 121, comme on l'a déjà expliqué. 



   Les gaz sortants qui proviennent de l'espace 153 en passant par un conduit 152 possèdent une quantité considérable de chaleur résiduelle et peuvent être utilisés en vue d'un échange de chaleur destiné à chauffer des courants de produits dans le procédé. Ces gaz 

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 seront normalement utilisés également comme combustible. 



  On pourrait aussi les refroidir et les condenser pour éliminer H20, puis les traiter pour éliminer CO2 et les recycler dans le lit 109 ou le lit 111 pour fournir des gaz réducteurs supplémentaires. 



   L'exposé qui précède se rapporte uniquement à deux modes de mise en oeuvre préférés de deux modes de réalisation de la présente invention. Sur le dessin, on a supprimé les pompes, les vannes, les séparateurs cyclones et divers appareils de l'installation d'échange de chaleur pour simplifier la représentation, mais on utilise ces appareils d'une manière connue dans la technique. 



   Le fer réduit qui constitue le produit et est enduit de 2 à 10 % de carbone, fer qu'on a obtenu conformément au premier mode de réalisation de la présente invention, peut être facilement   manipulé   et stocké car, dans cette condition, il n'est pas pyrophore. Ce produit constitue des déchets synthétiques parfaits et peut être utilisé comme déchets dans des procédés classiques en aciérie. Le fer liquide peut être utilisé directement dans un procédé d'élaboration de l'acier. 



   Le recyclage du fer revêtu de carbone conformément au second mode de réalisation de la présente invention permet d'effectuer une élimination interne du soufre qui peut être présent sous la forme FeS et qui peut être dû à l'utilisation d'un combustible hydrocarbure contenant du soufre pour la gazéification. Lors de la gazéification de l'hydrocarbure, le soufre est libéré et est adsorbé par le fer réduit en formant, dans la 

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 zone de gazéification, FeS qui est recyclé dans le brûleur externe à conduit de transfert. Dans ce dernier, le soufre contenu dans le fer est libéré sous la forme H2S. On renvoie Fe dans le réacteur. On prélève H2S dans le système avec les produits de combustion formés dans le brûleur à conduit de transfert.

   Le fer réduit et exempt de soufre peut être obtenu en prélevant le produit dans la zone de réduction finale 111 par le conduit 114. Dans les cas où le soufre ne constitue pas un problème d'importance capitale, le fer réduit exempt de soufre et revêtu de carbone peut être obtenu en prélevant le produit dans la zone de gazéification 109 par le conduit 124. 



   On comprendra mieux la présente invention   à   la lecture des exemples non limitatifs suivants 
 EMI51.1 
 :.E±.P1JLl On préchauffe à environ bzz0" in naphte 14our bouillant entre 38 et 204 C, eton   l'introduit   duns une zone de réduction contenant   FeO   et du fer métallique. 



  On introduit le naphte léger duns la zone de réduction   à   raison d'environ 0,225 kg/tonne de minerai de far réduit obtenu. La zone de réduction en question fonctionne à une température de   982 C.   Dans ces conditions, le naphte de départ est craqué en hydrogène et en carbone élémentaire. Le carbone élémentaire réunit avec   l'@@v-   gène dans FeO pour former de l'oxyde de carbone et de l'anhydride carbonique et l'hydrogène réagit avec l'oxygène de l'anhydride carbonique ou de FeO pour former H2O. Ce dernier peut encore réagir avec CO pour 

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 former CO2 et de l'hydrogène. Ces réactions sont simul- tanées et la quantité de chacun des produits présents dépend des conditions de la réaction.

   Le rapport entre   C02 et   CO dans la zone de réaction est d'environ 0,211 et le rapport entre H20 et H2 est de 0,346. Les condi- tions de la réaction sont telles que 5,5 % de carbone soient déposés sur le minerai réduit. Les gaz sortant   .-de   la zone de réduction   FeO/Fe   à une température d'en- viron 982 C. Les gaz chauds sortant de la zone de ré- duction de FeO et Fe3O4 chaud sortant de la zone de ré- duction de Fe2O3 fournissent la chaleur nécessaire pour la réduction de Fe3O4 en FeO.

   On prélève 700 m3 de gaz de combustion, par tonne de minerai, dans la zone de ré- duction de Fe3O4, à une température de   7600C   environ et on envoie ce gaz dans le brûleur externe   à   conduit de transfert dans lequel il est partiellement oxydé grâce   à   l'addition d'air dans le brûleur   à   raison de 764,5m3 d'air/tonne de minerai réduit. 



   Dans le brûleur à conduit de transfertla température du fer réduit revêtu de carbone est augmen- tée de 68 C par rapport à la température du fer dans la zone 9. Le temps de séjour du minerai de fer dans le brûleur   à   conduit de transfert est d'environ 0,2 secon- de. Les gaz de combustion sortant du brûleur sont intro- duits dans la zone de réduction de Fe2O3 dans laquelle ils chauffent ce lit et servent de gaz réducteurs pour réduire   Fe203  en Fe3O4. Ces gaz sont à une température comprise entre environ 1038 et 1093 C et fournissent la chaleur nécessaire pour exécuter la réaction   endother-   mique dans la zone de réduction. Le fer chauffé est ren- 

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 voyé dans la zone de réduction FeO - Fe à raison de 59.500 kg de Fe/tonne de fer réduit obtenu.

   Environ   1310,5   m3 de gaz, par tonne de minerai réduit, sortent du séparateur cyclone et sont introduits dans la zone de réduction de Fe2O3. Les gaz .sortant en tête de la zone de réduction de Fe2O3,à une température d'environ 649 à   760 0,   servent à préchauffer le minerai envoyé dans la zone de réduction de Fe2O3 poux faire passer sa température d'environ   25 C   à environ   204 - 316 C.   



   Les indications du tableau ci-après montrent les économies de combustible et d'air qu'on peut réaliser quand on injecte directement des hydrocarbures en utilisant le moyen général du brûleur à conduit de transfert, par comparaison avec   l'injection   directe d'hydrocarbures et d'air dans la zone de réduction pour obtenir la chaleur nécessaire à la mise en oeuvre des réactions exothermiques. 



    T A B L S A U    
 EMI53.1 
 
<tb> 
<tb> Cas <SEP> Injection <SEP> directe <SEP> Injection
<tb> 
 
 EMI53.2 
 d'hydrocarburs et directe et 
 EMI53.3 
 
<tb> 
<tb> d'air <SEP> dans <SEP> les <SEP> brûleur <SEP> à <SEP> 
<tb> zones <SEP> de <SEP> réduction <SEP> conduit <SEP> de
<tb> sans <SEP> brûleur <SEP> à <SEP> con- <SEP> transfert
<tb> duit <SEP> de <SEP> transfert
<tb> Air <SEP> requis, <SEP> m3/tonne
<tb> de <SEP> fer <SEP> 1319,8 <SEP> 731
<tb> Combustible <SEP> envoyé
<tb> dans <SEP> les <SEP> zones <SEP> de <SEP> réduction, <SEP> grandes <SEP> calories/tonne <SEP> de <SEP> fer <SEP> 3400 <SEP> 2300
<tb> 
 
On peut facilement voir, en examinant le tableau ci-dessus,

   que les exigences concernant l'air quand on utilise le moyen général d'un brûleur à con- 

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 duit de transfert sont réduites d'environ moitié et que les exigences' concernant l'hydrocarbure requis pour la mise en oeuvre de la réaction sont réduites d'environ
1/3, ce qui représente des économies considérables en dépenses pour le carburant et en air introduit dans le procédé  et ce qui représente également une réduction des dimensions de l'installation, car des volumes plus faibles de matières sont mis en circulation. Ce procédé réduit considérablement le prix de revient du gaz de synthèse et la quantité de combustible requise, ce qui fait que le procédé est plus efficace, plus économique et plus pratique. 



    Exemple II   
Un naphte léger en C5-C6 bouillant entre en-   vi.ron   49 et 82 C est préchauffé à environ 527 C et est introduit dans une zone de gazéification contenant du fer métallique et du carbone. Le naphte léger est intro- duit dans la zone de gazéification à raison d'environ
600 kg/tonne de minerai de fer réduit constituant le ; produit, en même temps que 750-875 dm3 d'air par kg de naphte. La zone de gazéification fonctionne à une tempé- rature d'environ   871 C   et une pression (relative) d'environ 0,7   kg/cm2;   Dans ces conditions, le naphte de dé- part subit une oxydation partielle donnant CO, CO2, et H20 et subit un craquage formant de l'hydrogène et du carbone élémentaire.

   Le carbone élémentaire réagit avec l'oxygène de l'air pour former de l'oxyde de carbone et l'hydrogène réagit avec l'oxygène de l'anhydride carbo- nique ou avec celui de l'air pour former H2O. De nou- veau, H20 peut réagir avec CO pour former CO2et de 

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 l'hydrogène. Ces réactions sont simultanées et la quantité de chacun des produits dépend des conditions des réactions. Le rapport entre O2 et C danc le naphte léger de départ est d'environ 0,1. La réaction de gazéification est mise en oeuvre de manière qu'environ 24 % en poids de carbone soient déposés sur le minerai réduit.

   Dans la zone de gazéification, il faut   455.650   koal par tonne de minerai réduit, et dans la zone de réduction de FeO en   Fe;   il faut   272.280     kcal/tonne   pour exécuter la réaction de réduction dans cette zones Les gaz de combustion de la zone de gazéification sortent à une température d'environ   871 C   et sont introduits dans la zone de réduction de FeO en Fe. La   tempé-   rature dans cette dernière zone de réduction est d'environ 871 C et la pression (relative) est de 0,42 kg/ cm2.

   Les gaz chauds   sortant   de la zone de gazéification, ainsi que FeO   cnaud   sortant de la zone de   réduc-   tion de Fe3O4 en FeO et les matières solides sortant du brûleur fournissent les calories   nécessaires   pour réduire FeO en Fe.

   Les gaz de combustion sortant de la zone de réduction de   FeO   sont à une température de   87100   et sont envoyés dans la zone de réduction de Fe2O3 où ils sont oxydés par Fe2O3 tout en   réduisant   Fe2O3 en   Fe304   et en   FeO,   On peut fournir une uantité de chaleur supplémentaire dans cette zone en injectant de l'air qui oxyde une partie des gaz   réducteurs,   Dans le brûleur à conduit de transfert,

     145   50   kg   de carbone déposé sur le fer réduit revêtu de carbone sont brûlés par   1685   m3   4'air   préchauffés par tonne de minerai ré- duit constituant le produit et une quantité d'environ 

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 19 tonnes de particules de fer par tonne de minerai réduit est recyclée. Dans le brûleur à conduit de transfert, la température du fer réduit revêtu de carbone est augmentée d'environ 168 C. Le temps de séjour du minerai de fer dans ce brûleur est d'environ 0,5 seconde. Les gaz de combustion sortant du brûleur à conduit de transfert contiennent CO2 et de l'azote à une température très élevée et sont utilisés pour préchauffer le minerai de départ.

   Ces gaz sont à une température d'environ 1093 C et préchauffent   le minorai   de départ à environ 5380C Les gaz chauds   contenant   le minerai réduit chaud et entraîné hors du   orûle@@   à conduit de transfert sont introduits dans un séparateur cyclone dans lequel les gaz sont séparés du minerai de fer. Les matières solides chaudes sont recyclées dans la zone de réduction de l'oxyde de fer ferreux et la zone de gazéification   à   une cadence de recyclage d'environ 19 tonnes par tonne de minerai réduit obtenu. 



   Le procédé décrit ci-dessus permet de résoudre de nombreuses difficultés des procédés connus dans la technique antérieure pour la réduction des minerais de fer grâce à une injection directe d'hydrocarbures par la technique des lits fluidifiés. Toutefois, le moyen général du brûleur   à   conduit de transfert peut être mis en oeuvre dans d'autres procédés de réduction directe des minerais de fer, que les gaz réducteurs soient formés par injection directe d'hydrocarbures ou qu'ils soient formés dans une zone de gazéification distincte. 



   Les caractéristiques principales de la présente inven- tion résident dans l'extraction du fer réduit ou de fer 

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 réduit revêtu de carbone dans les zones de réduction de l'oxyde de fer ferreux ou de gazéification, respectivement, dans le chauffage de ce fer dans une zone de chauffage externe, dans le recyclage du fer chauffé réduit dans la zone de réduction de FeO en Fe et/ou dans la zone de gazéification pour obtenir la chaleur nécessaire pour les réactions de craquage endothermique et de réduction. Cette technique résout les problèmes de l'apport de grandes   qu-ntités   de chaleur dans les zones de réduction et de gazéification et pallie les difficultés que présente l'opération consistant à séparer du produit obtenu les particules de la substance inerte servant d'agent de transmission de chaleur.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS 1.- Procédé de réduction directe d'oxydes de fer en fer métallique en contact de ces oxydes avec des gaz réducteurs, où la réaction de réduction est sensiblement endothermique et nécessite l'apport de grandes quantités de chaleur, caractérisé en ce qu'il consiste à prélever une partie du fer réduit, à l'envoyer dans une zone de chauffage externe, 4 chauffer le fer réduit jusqu'à une température élevée, et à recycler ce fer dans la zone de réduction, ce qui fournit à la zone de réduction dù fer une quantité de chaleur supplémentaire suffisante pour mettre en oeuvre la réaction de réduction désirée.

   2.- @@océdé suivant la revendication 1, aracté risé en ce que la quantité du fer réduit envoyée dans la zone de chauffage externe et recyclé dans la. zone de réduction est teille que l'apport de chaleur supplémen- taire soit suffisant pour la réduction *des oxydes de fer en fer métallique.

   3.- Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce qu'on injecte directement un combustible hydrocarbure dans la zone de réduction dans laquelle il subit un craquage, et les produits claqués réagissent avec l'oxyde de fer pour former des gaz réducteurs qui réduisent l'ox/de de fer en fer métallique.

   4.- Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce qu'on 'Injecte directement un combustible hy- drocarburé dans une zone de gazéification dans laquelle il est craqué et les produits craqués réagissent pour . "former des gaz réducteurs quï réduisent former des gaz réducteurs qui réduisent l'oxyde de fer en fer métallique. <Desc/Clms Page number 59>

   5,- Procédé de réduction directe des minerais de fer suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4 dans lequel les oxydes de fer sont réduits en fer métallique, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre à un craquage endothermique un combustible hydrocarbure et à soumettre à une réduction endothermique des oxydes de fer pour former du fer métallique, dans une zone de réduction? en l'absence d'oxygène libre, dans des conditions réductrices telles qu'il se forme du carbone et de l'hydrogène au cours du craquage et que du carbone soit déposé de façon uniforme sur les particules de fer métallique réduit,

   une partie des particules revêtues de carbone étant prélevée et envoyée dans une zone de chauffage externe dans laquelle ces particules sont mises en contact avec un gaz contenant de l'oxygène et un gaz de combustion provenant d'une zone de réduction, ce qui détermine l'oxydation d'una partie des gaz résiduels, les particules de fer revêtues de carbone et se trouvant ainsi chauffées étant recyclées dans la zone de réduction pour fournir la chaleur nécessaire sous forme de chaleur sensible des particules chauffées en vue de l'exécution des réactions endothermiques dans cette zone, 6.- Procédé de réduction directe des Minerais de fer suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4 dans lequel les oxydes de fer sont réduite en far métallique,

   caractérisé en ce qu'on soumet un combustible hydrocarbure à un craquage endothermique et à une oxyda- tion partielle dans une zone de gazéification et on soumet les oxydes de fer à une réduction endothermique <Desc/Clms Page number 60> pour former du fer métallique dans une zone de réduction dans laquelle règnent des conditions réductrices, du carbone et de l'hydrogène étant formés au cours de la réaction de craquage et le carbone étant uniformément déposé sur les particules de fer métallique réduit, on prélève une partie des particules revêtues de carbone et on les envoie dans une zone de chauffage externe dans laquelle ces particules sont mises en contact avec un gaz contenant de l'oxygène et dans laquelle une partie du carbone est soumise à une oxydation exothermique, ce qui chauffe les particules de fer revêtues de carbone,

   et on recycle ces particule dans @@ zone de gazéification et de réduction pour fournir la chaleur nécessaire sous forme de chaleur sensible des particules chauffées en vue de l'exécution des réactions endothermiques dans ces zones.

   7.- Procédé de réduction directe suivant la revendication 1, pour réduire des oxydes de fer en fer métallique, caractérisé en ce qu'il consiste: (1) à gazéifier un combustible hydrocarbure dans une zone de réaction, à une température élevée, avec l'oxygène contenu dans les oxydes de fer, afin de former de l'hydrogène et du carbone, ainsi que des produits d'oxydation de l'hydrogène et du carbone, cette réaction étant mise en oeuvre dans un lit fluidifié dense d'oxydes de fer et 'de particules de fer réduit, le carbone formé lors de la réaction de gazéification étant déposé uniformément sur le fer réduit;

   (2)mettre en contact, dans ladite zone de réaction, les gaz provenant de la réaction de gazéi- fication et comprenant de grandes quantités de 00. et H2, <Desc/Clms Page number 61> avec lesdits oxydes de fer, et à soumettre ces oxydes 4 une réduction endothermique donnant du fer métallique tout en oxydant partiellement les gaz réducteurs;

   (3) à fournir la chaleur nécessaire pour les réactions endo- thermiques de gazéification et de réduction en prélevant dans la zone de réaction précitée une partie des parti- cules de fer réduit revêtues de carbone et en envoyant ces particules dans un brûleur externe, ce qui fait qu'elles sont mises en contact avec un gaz contenant de l'oxygène et avec des gaz de combustion provenant d'une zone de réduction de l'oxyde de fer ferreux, gaz qui contiennent H2 et CO, une partie de ces gaz brûlant pour former H20 et C02 en engendrant une grande quantité de chaleur qui est adsorbée sous forme de chaleur sensible par les particules de fer réduit revêtues de carbone dont la température se trouve ainsi portée au-dessus de la température régnant dans la zone de réaction;

   (4) à recycler les particules de fer réduit ainsi chauffées et sortant du brûleur dans une zone de réaction, pour four- nir la chaleur nécessaire pour les réactions endothermi- mises ques, qui y sont en oeuvre.

   8.- Procédé de réduction directe suivant la re- vendication 1, pour réduire des oxydes de fer en fer métallique, caractérisé en ce qu'il consiste : (1) à ga- zéifier un combustible hydrocarbure dans une zone de ga- zéification, à une température élevée, avec un gaz con- tenant de l'oxygène, pour former de l'hydrogène et du carbone ainsi que des produits d'oxydation de l'hydro- gène et du carbone, cette gazéification étant mise en oeuvre dans un lit fluidifié dense de particules de fer <Desc/Clms Page number 62> réduit sur lesquelles le carbone formé lors de la gazéification est déposé uniformément,'(2)

   à envoyer les gaz formés dans cette zone de gazéification et comprenant de grandes quantités de CO et de H2 dans une zone de réduction des oxydes ferreux dans laquelle un lit fluidifié d'oxydes ferreux est mis en contact avec les gaz réducteurs et est réduit en fer métallique par une réaction endothermique, tandis qua les gaz réducteurs se trouvent partiellement oxydés;

   (3) à fournir la chaleur nécessaire pour les réactions endothermiques de gazéification et de réduction en prélevant une portion des particules de fer réduit revêtues de carbone dans la zone de gazéification et en les envoyant dans un brûleur externe dans lequel elles sont mises en contact avec un gaz contenant de l'oxygène et dans lequel une partie du revêtement de carbone brûle en formant CO et C02 et en engendrant une grande quantité de chaleur qui est adsorbée sous forme de chaleur sensible par lesdites particules, ce qui augmente leur température en la portant au-dessus de la température des zones de gazéification et de réduction, (4)

   à recycler les particules de fer réduit ainsi chauffées sortant du brûleur pour les renvoyer dans la zone de réduction des oxydes ferreux et dans la zone de gazéification afin de fournir la chaleur nécessaire pour les réactions endothermiques exécutées dans ces zones.

   90- Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les gaz de combustion formés dans le brûleur à conduit de transfert sont mis en contact avec des oxydes ferriques dans une zone de réduction de ces oxydes pour réduire ceux-ci en oxydes ferreux. <Desc/Clms Page number 63>

   10. - Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les gaz de combustion engendrés dans le brûleur précité sont mis en contact avec le minerai de fer de départ dans un cyclone de préchauffage et le minerai est préchauffé avant sa réduction.

   11.- Procédé suivant la revendication 8, caractétisé en ce que le minerai de fer préchauffé est envoyé dans une zone de réduction des oxydes ferriques et/est ensuite envoyé dans une zone de réduction des oxydes ferreux où il est réduit en fer métallique, puis il est ensuite envoyé dans une zone de gazéification dans laquelle il sert de catalyseur de gazéification.

   12.- Procédé de réduction directe suivant la revendication 1 pour réduire des oxydes de fer en fer métallique, caractérisé en ce que (1) on gazéifie un combustible hydrocarbure dans une zone de réaction, à une température élevée, avec de l'oxygène contenu dans des oxydes de fer, en maintenant la température entre 704 et 1038 C pour produire de l'hydrogène et du carbone ainsi que des produits d'oxydation de l'hydrogène et du carbone, cette réaction étant mise en oeuvre dans un lit fluidifié dense d'oxydes de fer et de particules de fer réduit, le carbone formé dans cette réaction étant déposé uniformément sur le fer réduit, (2) les gaz provenant de la réaction de gazéification, comprennent de grandes quantités de CO et de H2 et sont de nature réductrice vis-à-vis des oxydes de fer,

   et on met ces oxydes en contact avec CO et H2 dans cette zone, puis on les réduit en fer métallique, grâce à une réaction <Desc/Clms Page number 64> endothermique tout en oxydant partiellement les gaz ré- ducteurs, ceux-ci étant envoyés dans un lit fluidifié d'oxydes ferriques dans lequel ils réduisent lesdits oxydes en oxydes ferreux, le fer contenu dans chacun des lits fluidifiés passant de la zone de réduction des oxydes ferriques à la zone de réduction des oxydes fer- reux et à la zone de réaction précitée ;

   (3)la chaleur nécessaire pour les réactions de gazéification et de ré- duction endothermique précitées est obtenue en prélevant une partie des particules de fer réduit revêtues de carbone dans la zone de réaction et en envoyant ces par- ticules dans un brûleur externe dans lequel elles sont mises en contact avec un gaz contenant de l'oxygène et un gaz de combustion provenant d'une zone de réduction des oxydes ferreux, ces gaz de combustion contenant H2 et CO, dans lequel une partie de H2 et de CO brûle de façon exothermique en formant H2O et CO2 et en engendrant une grande quantité de chaleur, le temps de séjour de ces particules dans ledit brûleur étant compris entre 0,1 et 2,0 secondes, la chaleur étant adsorbée sous forme de chaleur sensible par les particules de fer ré- duit revêtues de carbone,

   ce qui porte leur température aju-dessus de la température de la zone de réaction, (4) on recycle les particules de fer réduit ainsi chauffées, qui sortent du brûleur, dans une zone de réduction des oxydes ferreux pour fournir la chaleur nécessaire pour la mise en oeuvre des réactions endothermiques dans la- dite zone. <Desc/Clms Page number 65>

   13. - Procédé de réduction directe suivant la revendication 1, pour réduire des oxydes de fer en fer métallique, caractérisé en ce que; (1) on gazéifie un combustible hydrocarbure dans une zone de gazéification à température élevée avec un gaz contenant de l'oxygène, le rapport entre l'oxygène contenu dans le gaz et le carbone contenu dans l'hydrocarbure est compris entre 0,02 et 0,4, de manière à produire de l'hydrogène et du carbone et les produits d'oxydation de l'hydrogène et du carbone, ladite réaction de gazéification étant effectuée dans un lit fluidifié dense de particules de fer réduit, ledit carbone produit par ladite réaction de gazéification étant déposé uniformément sur ledit fer réduit, (2)

   les gaz provenant de cette zone de gazé- ification comprennent de grandes quantités de CO et de H2 et sont de nature réductrice vis-à-vis des oxydes de fer et ils sont envoyés de ladite zone de gazéification dans une zone de réduction des oxydes ferreux dans la- quelle ils viennent en contact avec un lit fluidifié d'oxydes ferreux qui sont réduits en fer métallique de façon endothermique tandis que les gaz réducteurs sont partiellement oxydés et sont ensuite envoyés dans un lit fluidifié d'oxydes ferriques dans lequel ils rédui- sent ces'oxydes en oxydes ferreux, le fer dans chacun desdits lits fluidifiés s'écoulant de la zone d'oxyde ferrique vers la zone d'oxyde ferreux et vers la zone de gazéification, (3)

   la chaleur nécessaire pour ces réactions endothermiques de gazéification et de réduc- tion étant fournie par l'envoi de particules de fer re- vêtues de carbone, prélevées dans la zone de gazéifica- <Desc/Clms Page number 66> tion, dans un brûleur externe dans lequel elles sont mises en contact avec un gaz contenant de l'oxygène préchauffé, une partie du revêtement de carbone brûlant de manière exothermique, en formant CO et CO2 et en engendrant une grande quantité de chaleur et le temps de séjour des particules dans le brûleur étant de 0,1 à 5,0 secondes, la chaleur précitée étant adsorbée sous forme de chaleur sensible par les particules de fer réduit revêtues de carbone, ce qui porte leur température au-dessus de la température des zones de réduction et de gazéification, (4)

   et on recycle les particules de fer réduit ainsi chauffées depuis le brûleur à conduite de transfert jusqu'à la zone de réduction des oxydes ferreux et à la zone de gazéification pour fournir la chaleur nécessaire à la mise en oeuvre des réactions endothermiques dans ces zones.

   14.- Procédé suivant la revendication 12. caractérisé en ce que la quantité de carbone déposée sur le fer dans ladite zone de réaction est comprise entre 2 et 10% en poids par rapport au fer.

   15.- Procédé suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la quantité de carbone déposée sur le minerai réduit est augmentée d'environ 2 à 8% dans la zo- ne de gazéification.

   16.- Procédé suivant la revendication 12, carac- térisé en ce que la température des particules qu'on envoie dans le brûleur à conduit de transfert est aug- mentée d'environ 56 à 168 C grâce à la combustion de CO et de H2 sous forme de C02 et de H2O dans ce brûleur. <Desc/Clms Page number 67>

   17.- Procédé suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la température des particules envoyées dans le brûleur est augmentée de 56 à 168 C par la combustion de 2 à 8 % par passe de carbone provenant de ces particules, dans ledit brûleur.

   18.- Procédé suivant la revendication 13,caractérisé en ce que la quantité d'air envoyée dans le brûleur dépasse de 20% celle qui est requise pour la combustion de la quantité de carbone brûlant réellement dans le brûleur.

   19.- Procédé de réduction directe suivant la revendication 1, pour réduire des oxydes de fer en fer métallique, caractérisé en ce qu'il consiste: (1) à ga- zéifier un combustible hydrocarbure dans une zone de réaction, à une température élevée, avec l'oxygène con- tenu dans les oxydes de fer, afin de former de l'hydro- gène et du carbone, ainsi que des produits d'oxydation de l'hydrogène et du carbone, ces réactions de gazéi- fication et de réduction étant mises en oeuvre dans un lit fluidifié dense d'oxydes de fer et de particules de fer réduit, à déposer 2 à 10% en poids dudit carbone, par rapport au poids du fer produit par ladite réaction de gazéification, de manière uniforme sur ledit fer réduit, (2)

   les gaz provenant da ladite zone de gazéi- fication comprennent de grandes quantités de CO et de H2 et sont de nature réductrice vis-à-vis des oxyde? de fer, à mettre ces oxydes en contact avec lesdits gaz dans ladite zone, le rapport en CO2/CO et de H20/H2 dans ladite zone étant respectivement de 0,2-0,4 et de 0,3- 0,5 et à réduire endothermiquement lesdits oxydes en fer <Desc/Clms Page number 68> métallique tout er oxydant partiellement les gaz réduc- teurs, ceux-ci étant envoyés dans un lit fluidifié, d'oxydes ferriques dans lequel ils réduisent lesdits oxydes en oxydes ferreux, le fer contenu dans chacun des lits fluididifiés passant de la zone de réduction des oxydes ferriques à la zone de réduction des oxydes ferreux et à la zone de réaction précitée;

   (3) la cha- leur nécessaire pour les réactions de gazéification et de réduction endothermique précitées est obtenue en pré- levant une partie des particules de fer réduit revêtues de carbone dans la zone de réaction et en envoyant ces particules dans un brûleur externe conduite de trans- fert, dans lequel elles sont mises en contact avec un gaz contenant de l'oxygène et un gaz de combustion pro- venant d'une zone de réduction des oxydes ferreux, ces gaz de combustion contenant H2 et CO, dans lequel une partie de H2 et de CO brûle de façon exothermique en formant H2O et CO2 et en engendrant une grande quantité de chaleur, le rapport de COg/CO et de H2O/H2 dans le- dit brûleur étant respectivement de 4,0-6,0 et de 4,5- 12,0, le temps de séjour de ces'particules dans ledit brûleur étant compris entre 0,1 et 0,50 seconde,

   la chaleur étant adsorbée sous forme de chaleur sensible par les particules de fer réduit revâues de carbone, ce qui porte leur température d'environ 38 à environ 93 C au-dessus de la température desdites zones de réaction et de réduction d'oxyde ferreux, (4) à recycler les par- ticules de fer réduit ainsi chauffées, qui sortent du brûleur, dans une zone de réduction des oxydes ferreux pour fournir la chaleur nécessaire pour la mise en oeu- vre des réactions endothermiques dans ladite zone. <Desc/Clms Page number 69>

   20.- Procédé de réduction directe suivant la revendication 1, pour réduire des oxydes de fer en fer métallique, caractérisa en ce que : on gazéifie un combustible hydrocarbure dans une zone de gazéification à température élevée avec un gaz contenant de l'ox/gène, le rapport entre l'oxygène contenu dans le gaz et le carbone contenu dans l'hydrocarbure est compris entre 0,05 et 0,20, de manière à produire de l'hydrogène et du carbone et les produits d'oxydation de l'hydrogène et du carbone, ladite réaction de gazéification étant effectuée dans un lit fluidifié danse de particules de fer réduit, ledit carbone produit par ladite réaction de gazéification étant déposé à raison de 10 à 30% en poids dudit carbone par rapport au poids du fer ;

   (2)les gaz provenant de cette zone de gazéification com- prennent de grandes quantirés de CO et de H2 et sont de nature réductrice vis-à-vis des oxydes de fer et ils sont envoyés de ladite, zone de gazéification dans une zone de réduction des oxydes ferreux dans laquelle ils viennent en contact avec un lit fluidifié d'oxydes ferreux qui sont réduits en fer métallique de façon en- dothermique tandis que les gaz réducteurs sont partielle- ment oxydés et sont ensuite envoyés dans un lit fluidifié d'oxydes ferriques dans lequel ils réduisent ces oxydes en oxydes ferreux, le fer dans chacun desdits lits flui- difiés s'écoulant de la zone d'oxyde ferrique vers la zone d'oxyde ferreux et vers la zone de gazéification, (3)

   la chaleur nécessaire pour ces réactions endothermi- ques de gazéification et de réduction étant fournie <Desc/Clms Page number 70> par l'envoi de particules de fer revêtues de carbone, prélevées dans la zone de gazéification, dans un brû- leur externe à conduite de transfert, dans lequel elles sont mises en contact avec un gaz contenant de l'oxy- gène, préchauffé, une partie du revêtement de carbone brûlant de manière exothermique en formant CO et CO2 et en engendrant une grande quantité de chaleur et le temps de séjour des particules dans le brûleur étant de 0,4 à 1,0 seconde, la chaleur précitée étant adsorbée sous forme de chaleur sensible par les particules de fer réduit revêtues de carbone,

   ce qui porte leur tempéra- ture au-dessus de la température d'environ 38 à environ 260 C au-dessus de la température des zones de réduc- tion et de gazéification, cependant que l'on brûle de 2 à 8% du carbone déposé sur le fer, (4) et on recycle les particules de fer réduit ainsi chauffées depuis le brûleur à conduite de transfert jusqu'à la zone de réduc- tion des oxydes ferreux et à la zone de gazéification pour fournir la chaleur nécessaire à la mise en oeuvre des réactions endothermiques danz ces zones, 21.-Procédé suivant la revendication 19, caractérisé en ce que les zones de réduction des oxydes ferriques et des oxydes ferreux sont maintenues à une température com- prise entre 704 et 816 C,

   la zone de réaction précitée est maintenue à une température comprise entre 871 et 982 C et le brûleur est maintenu à une température com- prise entre 871 et 1204 C.

   22.- Procédé suivant la revendication 19, carac- térisé en ce que le gaz de combustion rédacteur amené audit brûleur a un rapport CO2/CO et H20/H2 respecti- <Desc/Clms Page number 71> vement de 0,75 - 1,0 et de 0,5 à 1,0.

   23. - Procédé suivant la revendication 19, caractérisé en ce que les rapports CO2/CO et H20/H2 dans le gaz sortant de la zone de réduction des oxydes ferr- ques sont respectivement compris entre 200 et 250 et entre 150 et 200.

   24.- Procédé suivant la revendication 20, caractérisé en ce que les températures sont maintenues entre 593 et 871 C dans les zones de réduction des oxydes ferriques et des oxydes ferreux, entre 816 et 982 C dans la zone de gazéification et entre 982 et 1204 C dans le brûleur, 25.- Procédé, en substance, tel que décrit plus haut, en référence aux dessins ci-annexés.