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PROCEDE POUR L'OBTENTION D'UN GAZ COMBUSTIBLE PRECIEUX A PARTIR DE COMBUSTIBLES
BITUMINEUX COLLANTS.
La présente invention concerne, d'une manière générale, un procédé pour l'obtention de gaz précieux à partir de houille collante finement divisée, et elle concerne, en particulier, un procédé dans lequel est associé., à la production de gaz précieux, l'obtention de métaux ou d'alliages métallique s, un mélange de houille et de minerai fin étant d'abord cokéfié en donnant lieu à la formation de gaz combustible et le coke formé étant ensuite traité.
On a déjà proposé d'entreprendre la distillation sèche de houille bitumineuse dans des fours de distillation appropriés, par exemple dans des fours à chambre'horizontale, en préparant d'abord un mélange de menu et de minerai fin; pour le cokéfier ensuite dans la chambre de cokéfaction dans les conditions connues. Dans ce cas, il se forme, d'une part, un gaz riche et, d'autre part, un coke qui renferme le métal ajouté sous forme de minerai, en partie sous forme élémentaire, en partie sous forme partiellement réduite et en partie sous la forme du minerai d'origine. Cette proposition connue servait en premier lieu à traiter dans le haut fourneau le minerai fin non utili - sable en soi.
Le coke métallifère préparé de cette façon (pour le cas où des minerais de fer ont été ajoutés, c'est-à-dire si l'on a affaire à un coke renfermant du fer et que l'on désignera plus brièvement ci-après par coke ferreux) peut, pour autant qu'il possède une résistance suffisante à la pression et un grain grossier, 'être traité ultérieurement dans un haut-fourneau normal, c'est- à-dire dans un four de fusion ou de réduction possédant une grande hauteur de cuve. Dans ce cas, il se forme, à côté du fer et des scories, un gaz qui est à vrai dire combustible, mais dont le pouvoir calorifique (900à 950 kilocalories par m3) n'est pas suffisant dans beaucoup de cas pour des buts industriels.
La gazéification du coke ferreux, préparé de la manière connue, dans un générateur de gaz,sans liquéfaction de la cendre, opération qui de-
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vrait donner lieu en soi à la formation d'un gaz à haut pouvoir calorifique en tant que gaz de haut-fourneau, ne peut cependant pas être envisagée pour deux'raisons, d'abord et notamment parce que dans les générateurs de gaz usuels, comme par exemple un générateurà grille tournante ou analogue, le métal ou minerai renfermé dans le coke se déposerait en mélange avec la cendre de telle sorte que l'on devrait procéder à une séparation coûteuse du fer de.la cendre.
La seconde raison pour laquelle on ne peut pas ajouter du coke ferreux dans les générateurs usuels de gaz réside dans le fait que le gaz de générateur obtenu lors d'une telle gazéification est d'un prix de revient plus élevé par calorie que le gaz riche usuel obtenu lors de la distillation de charbon, si bien qu'il y aurait un inconvénient, du point de vue économique, à remplacer par exemple le gaz riche, pour le chauffage des fours de cokéfaction, par le gaz de générateur obtenu de cette façon.
L'invention poursuit maintenant l'idée d'obtenir par gazéification à partir d'un coke métallifère, d'une part, des gaz combustibles précieux dont le pouvoir calorifique est supérieur à celui du gaz de haut-fourneau et, d'autre part, le métal séparé de la scorie. Cette idée est mise en oeuvre de telle manière qu'à partir d'un coke formé par cokéfaction d'un mélange de houille collante finement divisée et de minerai fin, on obtient des gaz combustibles dans un four bas à cuve, réalisé sous la forme d'un générateur de gaz à trou de coulée, par gazéification à l'aide d'oxygène et, le cas échéant, d'agents de gazéification réágissant endothermiquement, en provoquant la réduction du minerai renfermé dans le coke, ainsi que la liquéfaction du métal et de la cendre.,
le métal et la scorie pouvant pour euxmêmes être extraitssà l'état liquide du four à cuve, d'une manière continue ou par intermittence. Le pouvoir calorifique du gaz combustible produit dans le four à cuve réalisé sous la forme d'un générateur de gaz à trou de coulée est de l'ordre de 1150 à 1200 kilocalories environ par m3 et, par suite, est sensiblement plus élevé que celui du gaz usuel de haut-fourneau. De plus, dans ce mode de gazéification du coke- ferreux, il se forme une fonte d'une grande valeur qualitative qui peut être traitée ultérieurement suivant les méthodes usuelles dans la métallurgie du fer.
La caractéristique déterminante du procédé conforme à l'invention est donc l'utilisation d'un four à cuve, bas en comparaison d'un haut-fourneau, réalisé à la manière des générateurs de.gaz à trou de coulée connus en eux-mêmes. Par oxygène, il y a lieu d'entendre ici de l'air, ainsi que de l'air enrichi en oxygène, le cas échéant de l'oxygène à concentration élevée. L'agent de gazéification "oxygène" peut être insufflé dans le générateur de gaz à trou de coulée à la température normale, de préférence cependant à l'état préchauffé. Comme agents de gazéification réagissant endothermiquement, on utilisera avantageusement, le cas échéant, de la vapeur d'eau, du dioxyde de carbone ou un mélange des deux, de préférence à l'état fortement préchauffé.
Par minerai fin, il y a lieu d'entendre, dans le cadre de l'invention, du minerai ou une fraction de minerai en grains fins jusqu'à l'état pulvérulent, obtenu par exemple à partir du minerai naturel par criblage, flottation ou lavage.
L'invention prévoit, en outre,de séparer, avant la gazéification, la fraction de coke en grains fins du coke obtenu renfermant du minerai ou du métal, car celle-ci pourrait entraîner dans le générateur de gaz à trou de coulée des difficultés de fonctionnement, puis de mélanger ce grain fin avec d'autres quantités de charbon et de minerai fin, et de procéder à la cokéfaction.
Pour augmenter la densité apparente du mélange de charbon et de minerai, l'invention prévoit, en outre, .d'ajouter à ce mé ange, avant la cokéfaction, une huile minérale lourde ou de l'huile de goudron, du brai, de l'asphalte ou analogue, sous une forme finement divisée, à peu près dans la quantité de 1 à 3 pour cent. Par suite du cracking de l'huile lors de la cokéfaction du mélange de minerai et du charbon, il se produit une élévation du pouvoir calorifique du gaz riche qui se forme.
Le gaz combustible produit à partir du coke métallifère dans le
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générateur de gaz à trou de coulée peut être utilisé directement. Si cependant, l'on gazéifie le coke métallifère avec de l'oxygène et de là vapeur d'eau pré- chauffée, on peut préparer,par carburation ou méthanisation du gaz produit, un gaz riche possédant la qualité du gaz de ville. Ce gaz peut alors avanta- geusement être utilisé en mélange avec le gaz riche se formant lors de la co- kéfaction du mélange de minerai et de charbon.
Le coke métallifère peut, d'une manière connue en soi, dans un four à cuve réalisé sous la forme d'un générateur de gaz à trou de coulée, être transformé de la manière indiquée ci-dessus, d'une part, en gaz et, d'autre part, en métal.
Dans le cas où, comme substance de départ pour la préparation du coke métallifère, on utilise des houilles ne donnant en elles-mêmes pas de coke utilisable pour le haut-fourneau ou pour le générateur de gaz, l'inven- tion propose de soumettra de telles houilles, avant la cokéfaction et après avoir ajouté des minerais oxydants de l'étage d'oxydation le plus élevé, en particulier des minerais de fer, de nickel ou de cuivre, à un -traitement thermique à une température d'environ 100 ou au-dessus, en présence ou en l'ab- sence d'air. Si l'on utilise, par exemple, une houille riche en gaz et en bitume qui ne donnerait en soi aucun coke solide, mais au contraire un coke spongieux ou écailleux, on ajoute alors avantageusement un minerai de fer du type Fe203, dans une quantité de moins de 3 %.
Ce mélange de minerai et de charbon est alors chauffé, pendant un certain temps, à des températures supérieures à 100 . Le charbon ainsi traité fournit alors un coke en morceaux suffisamment solide pour des buts métallurgiques ou analogues. Si l'on utili- se toutefois pour la préparation du coke métallifère du charbon collant et en particulier du charbon gonflant, il est avantageux d'augmenter à plus de 3 % l'addition de F32O3. Le traitement thermique subséquent provoque alors un abaissement du pouvoir gonflant du charbon.
L'invention est surtout mise en pratique avec un -rendement écono- mique particulier lorsque le gaz formé lors de la gazéification du coke renfermant du fer sert de gaz de chauffage pour alimenter les foyers des fours de distillation de la houille assurant la cokéfaction du mélange de minerai et de charbon. Comme on le sait, le four de distillation de charbon est un fort utilisateur du gaz riche qu'il produit, lorsque le chauffage par en-dessous de ce four de distillation est en totalité ou en partie couvert par la quantité de gaz riche produite, si bien que ce n'est que la fraction de gaz en excès qui peut servir pour d'autres buts.
Il s'ensuit que les proportions n'ont pas manqué, tendant à assurer le chauffage par en-dessous des fours de distillation du charbon à l'aide d'un autre gaz combustible approprié, en particulier avec un gaz présentant un pouvoir calorifique moindre (gaz faible) et à rendre disponibles, de cette manière, des quantités accrues de gaz riche précieux pour une utilisation plus large.
Le gaz de haut-fourneau d'un pouvoir d'environ 900 à 1000 kilocalories par m3 constitue une source importante de gaz faible servant au chauffage par en-dessous des fours. Par préchauffage convenable, aussi bien du gaz de haut-fourneau que de l'air de combustion, le gaz de haut-fourneau est approprié comme gaz servant au chauffage par en-dessous et a, en conséquence, été utilisé. L'utilisation de gaz de haut-fourneau comme gaz servant au chauffage des fours par en-dessous est cependant liée à la proximité d'un haut-fourneau fournissant du gaz, afin que les frais de transport du gaz du haut-fourneau depuis ce dernier jusqu'à la batterie de fours de distillation n'entraîne pas d'augmentation insupportable des frais de fonctionnement de la batterie de fours de distillation.
Là où l'on ne dispose pas de gaz de haut-fourneau, on a aussi déjà repris le générateur de gaz. L'obtention, directement à partir de la houille, dans des générateurs, d'un gaz utilisable pour le chauffage des fours par en-dessous est liée cependant à un domaine très limité de sortes de charbon, notamment à des sortes de charbon qui ne collent pas ou ne collent sensiblement pas. A cela vient encore s'ajouter le fait que l'obtention d'un gaz faible,
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directement à partir de houille, dans des générateurs, est également toujours associée en général à la perte de gaz riche et de produits secondaires précieux, en particulier d'hydrocarbures benzéniques.
En outre, le gaz degéné- rateur obtenu à partir de la houille renferme, à côté de-goudron et d'hydrocarbures lourds, également des oxydes d'azote, ce qui peut causer des dépôts gommeux dans les tubulures de gaz et les organes de réglage.
Le générateur de gaz de coke connu fournit à vrai dire un gaz fai- ble utilisable en soi (1000 à 1100 kilocalories par m3) pour le chauffage par en-dessous des fours de distillation, mais le prix de revient du gaz faible fabriqué dans des générateurs à partir de coke usuel, rapporté au même po uvoir calorifique que le gaz fort, est tellement élevé que l'utilisation de ce gaz pour le chauffage par en-dessous des fours a pour conséquence une augmentation du prix du gaz riche qui n'est en général plus supportable.
A cela s'ajoute le fait que la quantité de coke qu'il est possible d'obtenir par criblage à partir de coke normal destiné à des buts métallurgiques n'est pas suffisante pour couvrir les besoins du générateur, si bien qu'il est nécessaire de concasser du coke métallurgique précieux. Ceci augmente aussi indésirablement le rendement en menu coke.
La présente invention résoud, dans une autre forme d'utilisation, le problème consistant à libérer à partir de charbon la quantité maximum de gaz riche, en remplaçant totalement par du gaz faible la fraction de gaz riche nécessaire jusqu'à présent pour le chauffage par en-dessous du four à coke, et elle suit alors l'idée directrice consistant à adjoindre aux fours de distillation de la houille servant à obtenir le gaz nécesaire au chauffage par en-dessous, un four à cuve réalisé sous la forme d'un générateur de gaz à trou de coulée, appelé plus brièvement dans ce qui suivra "générateur de gaz à coke ferreux", c'est-à-dire un générateur dans lequel est gazéifié un coke en morceaux avec liquéfaction du résidu de la gazéification, ledit coke renfermant une fraction notable de fer métallique ou de minerai de fer réduit.
La liaison fonctionnelle entre les fours de distillation de charbon, d'une part et les générateurs de gaz de coke, d'autre part, délivrant pour ces fours ld gaz nécessaire à leur chauffage par en-dessous, est obtenue par les mesu- res suivantes :
1) L'obtention du gaz faible servant an chauffage des fours par en-dessous s'effectue dans un générateur de gaz à coke avec liquéfaction du résidu, le mode de fonctionnement de ce générateur de gaz à coke travaillant avec liquéfaction du résidu étant caractérisé en ce que l'on délivre au générateur de gaz un coke renfermant du fer métallique dans une proportion comprise entre 20 et 50 %, c'est-à-dire que l'on fait fonctionner de telle sorte le générateur de gaz à coke, servant à l'obtention du gaz destiné à chauffer les fours par en-dessous,
qu'il se forme à l'intérieur une quantité notable de fer liquide,
2) Le coke renfermant le fer métallique dans une proportion de 20 à 50 % est produit dans les fours de distillation de la houille qui sont reliés fonctionnellement avec le générateur de gaz à coke précité, dans la mesure où le générateur de gaz à coke fournit le gaz servant au chauffage par en-dessous de ces fours de distillation de la houille.
La production du coke métallifère s'effectue dans des fours normaux de distillation du charbon, par exemple dans des fours à chambre horizontale, par cokéfaction d'un mélange de minerai et de charbon, capable de s'ébouler, c'est-à-dire ne se présentant pas en briquettes, une certaine quantité d'huile minérale ou d'huile de goudron ou analogue étant ajoutée avant la cokéfaction audit mélange de minerai et de charbon, ce qui a pour effet, à la manière d'un agent favorisant le glissement, d'augmenter la densité apparente du mélange, de minerai et de charbon, et d'augmenter ainsi la quantité de charbon remplissant la chambre de cokéfaction.
3) Les grosseurs de grain du charbon et du minerai sont ajustées l'une sur l'autre de manière que la grosseur de grain de la fraction de minerai soit plus petite que la grosseur de grain de la fraction de charbon, si bien que l'adjonction proprement dite d'une quantité relativement grande
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de minerai de fer au charbon de coke de granulation assez grossière ne dimi- nue pas ou n'abaisse sensiblement pas la quantité de charbon pouvant tomber dans une chambre de cokéfaction d'un volume prédéterminé et ne l'abaisse no- tamment que d'environ 3 à 5 %.
4) Le minerai à ajouter au charbon de coke avant la cokéfaction est un minerai qui au dessous de la température de formation du coke lors de la cokéfaction du mélange de minerai et de charbon n'influence pas le pouvoir collant du charbon de coke ajouté, ou ne l'influence sensiblement pas. En conséquence, on utilise comme minerais, conformément à l'invention, de préférence ceux du type de l'oxyde de fer magnétique. (Fe304).
Il s'est avéré que le rendement en gaz d'un four de distillation du charbon, par exemple d'un four à coke à chambre horizontale, lorsqu'on rem- plit cette chambre avec un mélange de charbon, de minerai et d'huile, dans le- quel la grosseur de grain de la fraction de minerai est plus petite que celle du charbon, n'est pas notablement diminué par rapport au'rendement en gaz ob- tenu lorsqu'on effectue le remplissage avec du charbon de coke non mélangé.
La raison en est que, par suite du poids spécifique relativement élevé du mi- nerai par rapport au charbon, en particulier du. minerai à haut pourcentage, l'augmentation de volume du mélange de charbon et de minerai est si faible, même lors d'additions plus importantes de minerai, que l'on peut pratiquement introduire la même quantité de charbon que jusqu'à présent dans une chambre de volume prédéterminé. Lors de la cokéfaction du mélange de charbon et de minerai, il se produit une réduction du minerai de fer, essentiellement par réduction directe, c'est-à-dire par le carbone libre, tandis que la réduction indirecte, par exemple par l'oxyde de carbone, et le cas échéant, par l'hydro- gène, si elle se produit, est d'un±.. importance moindre.
Lors de la réduction directe du minerai de fer, il se produit surtout, à côté d'une quantité minime de dioxyde de carbone, de-l'oxyde de carbone, si bien que la quantité totale de gaz riche produit à partir du charbon de coke et celle de l'oxyde de carbone prenant naissance lors de la réduction du minerai de fer se combinent et qu'il se forme une quantité de gaz'dont le volume est supérieur à celui du gaz dé distillation produit à partir de la même quantité de charbon non mélangé. Le pouvoir calorifique de ce mélange gazeux est, il est vrai, quelque peu diminué par l'addition de l'oxyde de carbone se produisant lors de la réduction directe, mais l'énergie calorifique totale du gaz produit, rapportée à l'unité de poids du charbon ajouté, est notablement plus grande que lorsqu'on ajoute du charbon non mélangé.
L'addition au charbon de coke, conformément à l'invention, de quantités notables de minerai de fer, en particulier d'un minerai à haut pourcentage, influence d'autant plus favorablement le processus de cokéfaction que la conductibilité calorifique du mélange de charbon et de minerai est d'autant plus grande, par suite de la conductibilité calorifique spécifique plus grande du minerai par rapport à celle du charbon, si bien que la chaleur cédée par les parois de la chambre parvient plus vite dans le remplissage du four.
La durée absolue de cuisson pour un volume donné d'un mélange de charbon et de minerai, les conditions de chauffage restant inchangées; c'est-à-dire pour une température constante des parois de chauffage, n'est en conséquence pas augmentée du même temps que celui qui devrait intervenir, avec du charbon non mélangé, par accroissement de la réaction endothermique dans le remplissage de la chambre, mais d'un temps notablement moindre; en d'autres termes, la durée de cuisson ne croit pas proportionnellement avec l'augmentation des additions faites au remplissage de la chambre.
Il en résulte, par conséquent, un raccourcissement du temps de cokéfaction du mélange de charbon et de minerai, qui a pour effet que, par une augmentation relativement minime de la températu- re des parois de la chambre; on peut amener la durée de cokéfaction d'un mélange de charbon et de minerai, composé conformément à @ l'in vention, à la même valeur absolue que la durée de cuisson requise pour le même volume de charbon de coke non mélangé.
On a de plus déterminé que, même lors de l'addition de telles quantités de minerai de fer au charbon introduit, la fraction de fer dans le coke ferreux formé atteignait jusqu'à 50%, qu'il se formait un coke soli-
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de en morceaux .;"¯.jlIl6I:J.ent adapté aux conditions requises dans un générateur de gaz à coke quant à la solidité des morceaux de coke, en particulier lorsqu'on utilise un minerai de fer qui n'influence pas ou n'influence notablement pas le pouvoir collant du charbon pendant la cokéfaction.
Le fait que les exigences imposées quant à la solidité, à la matière à cokéfier, dans le premier étage du procédé, lors de son utilisation comme combustible pour les générateurs, soient moindres que celles imposées pour le coke de haut-fourneau: , a pour conséquence que le procédé conforme à l'invention peut également être mis en oeuvre, même en utilisant des charbons à gaz et des charbons flambants à gaz ou analogues, qui notaient pas utilisables jusqu'à présent comme charbons à coke dans le cadre de la production du fer. On peut aussi utiliser du charbon à coke maigre dans le cadre du procédé conforme à l'invention, pour autant qu'on l'utilise avec une addition de charbon collant, en particulier de charbon à gaz ou de charbon flambant à gaz, de manière qu'il se forme un coke en morceaux apte au chargement du générateur.
Le générateur de gaz à coke fonctionnant avec le coke ferreux produit de cette manière et travaillant avec liquéfaction du résidu fourni,, à coté du gaz destiné au chauffage par en-dessous, une quantité notablement accrue de fer, c'est-à-dire d'un produit présentant une valeur com parativement élevée, ce qui diminue les frais occasionnés pour la production du gaz destiné au chauffage par en-dessous, d'une façon si notable qu'il est possible.' de remplacer en totalité le gaz riche utilisé jusqu'à présent pour le chauffage par en-dessous par du gaz de générateur, sans que du point de vue économique il se produise d'augmentation sensible du prix du gaz riche.
La règle générale de cette forme d'exécution de l'invention, notamment le fait que la grosseur de grain de la fraction de minerai dans le mélange de charbon et de minerai doive être plus petite que la grosseur de grain de la fraction de charbon à coke, est mis en pratique de façon telle qu'environ 80 % en poids de la fraction de charbon'se présentent sous une grosseur de grain inférieure à 5 mm, de préférence inférieure à 2 mm, tandis que la grosseur de grain de la fraction de minerai pour 100 parties en poids est à choisir au-dessous de 1 mm, de préférence, telle qu'elle se présente dans ce que l'on appelle les "concentrés" prenant naissance lors de l'élaboration du minerai.
Le rapport de mélange en poids du minerai et du charbon peut varier dans des limites relativement larges, La fraction de charbon dans le mélange de charbon et de minerai est avantageusement comprise entre 50 et 80 % en poids, de préférence de 65 à 70 % en poids, et la fraction de minerai est choisie de manière à avoir, après la cokéfaction, dans le coke ferreux, une teneur en fer de 20 à 50 % en poids, de préférence de 30 % en poids environ.
On a trouvé que le charbon et le minerai, surtout si ce dernier est présent sous la forme de magnétite, se laissent particulièrement bien mélanger lorsque les deux composantes sont à l'état humide et ce, de préférence, lorsque le charbon posséde environ 10 % d'humidité et le minerai environ 5 %. Dans un tel cas, les grains fins de minerai adhèrent si solidement aux grains plue grossiers de charbon que l'on peut, par un processus de mélange relativement simple, préparer des mélaiges stables.
L'addition d'huile minérale ou d'huile de goudron au mélange de charbon et de minerai, que l'invention propose en outre d'effectuer, atteint avantageusement 1 à 3% en poids environ. En dehors du fait qu'elle facilite le mélange des composantes solides du mélange, l'addition d'huile a encore pour effet avantageux que le pouvoir calorifique du gaz riche qui se forme et qui devrait en soi, lors de la réduction directe, s'abaisser quelque peu par suite de la formation d'oxyde de carbone, peut de nouveau s'approcher de la valeur initiale.
Dans beaucoup de cas également, une augmentation au dessus de 3 % de l'addition d'huile, effectuée dans le but d'augmenter davantage le pouvoir calorifique du gaz riche produit, peut avoir de l'importance, En dehors de ces effets, l'addition d'huile a encore pour autre effet de réduire l'influence oxydante de certains composés oxygénés du fer sur le pou-
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voir collant du narbon et ce, en particulier lorsque la quantité d'huile ajou- tée atteint plus de 3 %. L'huile ou analogue, est, conformément à l'invention, d'abord avantageusement mélangée avec le minerai de fer, puis ce mélange est alors réuni avec le charbon.
Pour l'obtention d'un coke ferreux utilisable dans un générateur lors de la cokéfaction du mélange de minerai et de charbon selon l'invention, la nature chimique du minerai de fer ajouté est, comme déjà dit, importante,
Si l'on choisit un minerai de fer avec une teneur en oxygène relativement éle- par exemple du type Fe2O3 ou F32O3, X H20 (hématite et limonite), on ne peut produire, dans les conditions normales de fonctionnement d'un four à co- ke, à partir de certaines sortes de charbon, qu'un coke ferreux relativement pauvre en fer, d'une solidité de morceaux suffisante. L'addition de minerai admissible est alors, en général, inférieure à environ 5 à la % en poids.
Le motif de ce phénomène réside dans le fait que les minerais de fer à haute teneur en oxygène exercent une action d'oxydation et d'altération si forte sur le charbon, même déjà à des températures inférieures à la formation du coke, que le pouvoir collant du charbon est largement dégradé. Par contre, on a pu déterminer que les minerais de fer du type Fe3O4 (par exemple'la magnétite) supportent la:réaction à des températures inférieures à la formation du coke de telle sorte que, même dans le cas d'additions de minerai de 50 % et plus, il se forme un coke ferreux dont les morceaux sont suffisamment solides pour le chargement du générateur.
Dans certains cas, on peut utiliser, à la place de magnétite, des minerais de fer du type Fe2O3 en soumettant lesdits minerais à un trai- tement thermique préalable, par exemple par grillage.
La sidérose (FeCO3) est en général moins appropriée parce qu'el- le renferme moins de fer et parce que la cession de CO2, lors de la coéfac- tion, dégrade le pouvoir calorifique du gaz de distillation.
Il est avantageux de faire fonctionner le générateur de gaz avec de l'air de gazéification préchauffé, le pouvoir calorifique du gaz de générateur produit étant utilisé pour le préchauffage du vent de soufflage.
. La production de gaz, servant au chauffage par en-dessous, dans un ou plusieurs générateurs à trous de coulée, disposés dans une batterie de fours à coke et chargés et actionnés conformément à l'invention, présente, par rapport au traitement du coke et du minerai en morceaux dans un haut-four- neau, l'avantage d'une meilleure et plus facile adaptation des générateurs de gaz au besoin en gaz de chauffage par en-dessous de la batterie de fours à coke. Le coke ferreux très réactif permet une modification relative- ment brève du rendement en gaz du générateur de gaz, la hauteur de cuve re- lativement petite du générateur de gaz par rapport à un haut-fourneau usuel aidant à la souplesse du fonctionnement.
De même, la production du gaz, ser- vant au chauffage par en-dessous, dans plusieurs générateurs de gaz coopérant avec la même batterie de fours à coke, permet par la connexion et la déconnxion de générateurs élémentaires de gaz d'assurer un fonctionnement sensiblement sans à-coups de la cokerie.
On sait que les besoins en gaz riche dans l'industrie ne sont pas constants, mais sont soumis à certaines variations, ces besoins étant particu- lièrement réduits en fin de semaine. La quantité de gaz riche libérée est alors plus grande qu'il n'est besoin et la valeur de l'excédent est en général aussi plus grande que l'espace d'emmagasinage dont on dispose, On peut, dans un tel cas, (en supposant que le rendement en gaz de la batterie de fours à coke ne varie pas) utiliser d'une manière transitoire le gaz riche pour le chauffage par en-dessous, c'est-à-dire que l'on doit réduire d'une manière cor- respondante le rendement en gaz du générateur de gaz par modification du char- gement,mais en procédant de telle manière que le générateur de gaz puisse très rapidement être ramené-au plein rendement en gaz.
Le gaz faible qui se forme alors, qui est très bon marché et est d'un pouvoir calorifique réduit, peut alors être utilisé pour n'importe quel but, par exemple pour le chauffage de chaudières à vapeur,. Pour rendre possible ce fonctionnement alternatif, le générateur de gaz est tout d'abord avantageusement pourvu d'une hauteur de
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cuve correspondante.
Pour le cas où le gaz riche qui se forme doit dans le cas normal être dans sa totalité délivré à distance, on pourrait, dans les périodes de moindre besoin en gaz riche, dériver une fraction du gaz riche, avant la compression, à la pression nécessaire pour délivrer le gaz à distance et l'utiliser comme gaz de chauffage par en-dessous. Dans une 'telle manière de procéder, cette fraction dérivée de gaz riche ne passerait pas par l'intallation de récupération du benzène, de sorte que les précieux hydrocarbures benzéniques contenus dans cette fraction dérivée de gaz riche seraient brûlés avec elle lors du chauffage par en-dessous, pour le cas où l'on ne prévoierait pas pour cette fraction un dispositif particulier de lavage du benzène.
Pour remédier à cet inconvénient, la quantité totale de gaz riche produite dans les fours de distillation est, indépendamment du besoin en gaz riche, comprimée constamment à la pression des tubulures délivrant le gaz à distance et soumise ensuite, sans détente, au dispositif de lavage du benène, et c'est seulement après que la fraction de gaz riche non nécessaire est dérivée en vue du chauffage par en-dessous. Le travail total de compression, ou la vapeur servant à cet effet, est produit à partir du gaz faible très bon marché que fournit alors le générateur de gaz, De cette façon, on arrive à réduire à un minimum les frais pour le travail de compression, compte tenu du besoin moindre en gaz riche.
On a pu maintenant déterminer que la préparation décrite à partir de coke ferreux du gaz servant au chauffage par en-dessous et servant à libérer des quantités les plus grandes possible de gaz riche, peut encore présenter des avantages économiques dans un autre sens.
Le coke destiné à haut-fourneau de construction usuelle est en général, préparé à partir de charbons gras. Dans cette opération il se forme, à vrai dire, un coke en morceaux suffisamment solide, mais la fraction présentant la grosseur de grain utilisable pour le haut-fourneau est limitée.
Les charbons gras utilisés d'ordinaire pour la production de coké métallurgi- que fournissent un coke constitué de 60 % environ de morceaux d'un calibre supérieur à 80 mm, tandis qu'il se forme 36 % de coke en petits morceaux d'un calibre compris entre 10 et 80 mm et 4 % de fines de coke d'un calibre inférieur à 10 mm. Sur ces trois fractions, seule là première fraction indiquée peut être utilisée comme coke de hàùt-fourneau, tandis que la fraction de coke dont le calibre est compris entre la et 80 mm doit être délivrée, sous forme de coke concassé, à d'autres utilisateurs de chaleur, c'est-à-dire est perdue pour la production proprement dite du fer dans le haut-fourneau.
La fraction de fines est utilisée habituellement comme combustible dans des installations d'agglomération des minerais par frittage.
On a maintenant trouvé que lors de la fabrication de coke ferreux réalisé en utilisant des charbons riches en gaz ou aussi d'autres sortes de houilles, qui en eux-mêmes n'avaient pas été utilisés jusqu'à présent pour la production de coke métallurgique, que l'on obtenait un coke renfermant du fer, d'une granulation grossière et dont les morceaux sont suffisamment solides pour être utilisés dans des hauts-fourneaux. C'est ainsi qu'a partir, par exemple, d'un charbon riche en gaz d'une composition déterminée et qui avait été cokéfié avec du minerai de fer pour donner un coke ferreux, on a pu préparer un coke renfermant au moins 60 % de coke ferreux en morceaux, solide, d'une grosseur de grain de 60 mm.
La fraction de coke d'un calibre compris entre 10 et 60 mm atteignait, dans ce cas, 33 %, tandis que la fraction de fines de coke d'un calibre inférieur à 10 mm atteignait environ 7 %.
Le coke ferreux grossier, d'un calibre supérieur à 60 mm, est assez solide pour pouvoir être introduit dans un haut-fourneau normal. La fraction de coke d'un calibre compris entre 10 et 60 mm qui, dans le cas du coke usuel uti- lisé pour la production de fer dans un haut-fourneau, n'est pas directement utilisable, est gazéifiée, conformément à l'invention, dans le générateur de gaz à trou de coulée, en donnant lieu à la production de fer, tandis qu'il se forme accessoirement un gaz précieux.
On peut dire, par conséquent, en ce qui concerne le coke ferreux préparé par le procédé conforme à l'invention, que si l'on délivre directement au haut-fourneau des fractions grossières d'un
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calibre supérieur à 60 mm et au générateur de gaz seulement les fractions d'un calibre compris entre 10 et 60 mm, on peut rendre utilisable, pour la production de fer, pratiquement la totalité du combustible solide introduit lors de la préparation de coke ferreux. Les fines de coke ferreux, dans des proportions allant jusqu'à 7 %, peuvent être utilisées de¯la manière usuelle comme combustible servant à l'agglomération du minerai par frittage, la te- neur en fer venant sous forme de coke ferreux s'ajouter au produit de l'ag- glomération par frittage.
Il est avantageux dans ce cas d'utiliser, dans , l'installation d'agglomération par frittage, un minerai fin (Fe2O3),qui par suite de sa grande force d'oxydation ne soit pas à utiliser sans autres dans un four à coke normal pour la fabrication de coke ferreux.
Conformément à @une autre caractéristique de l'invention, on in- troduit directement dans le haut-fourneau la fraction grossière, d'un cali- bre supérieur à 60 mm, qui se forme lors de la production du coke ferreux, tandis que le générateur de gaz à coke ferreux ne reçoit que les grosseurs de grains comprises entre 10 et 60 mm.
L'enfournage de coke ferreux, directement dans le haut-four- neau, apporte avec soi, dans certaines circonstances, un avantage con sidé- rable pour le fonctionnement du haut-fourneau. Il est connu de garnir en général le haut-fourneau en tenant compte de la nature du coke avec lequel il doit être chargé et d'adapter l'apport de minerai aux variations de la quali- té de coke. Cependant si, selon l'invention, on enfourne directement dans le haut-fourneau, à côté de coke normal, du coke ferreux en morceaux grossiers, on a alors la possibilité de régler les variations dans le fonctionnement du haut-fourneau, non seulement par l'apport de minerai, mais aussi par le régla- ge du rapport de. mélange entre le coke normal et le coke ferreux .
Le fonc- tionnement du haut-fourneau peut, en conséquence, dans certains cas, être mis en oeuvre plus souplement, parce que dépendant moins de la qualité considé- rée de coke.
L'enfournage direct de coke ferreux dans le haut-fourneau permet de plus d'augmenter le rendement de fusion du haut-fourneau et ce par le fait que le fer déjà préalablement réduit et renfermé dans le coke ferreux diminue la dépense en combustible par tonne de fonte brute et, bien plus encore par le fait que le coke,ferreux possède un pouvoir réducteur supérieur à celui du coke normal, ce qui diminue également la dépense de combustible par tonne de fonte brute et augmente ainsi le rendement du haut-fourneau.
On peut compenser les variations du besoin en coke ferreux du haut-fourneau en transfornant,dans un générateur de gaz à coke, le cas échéant, après un concassage préalable, un pourcentage déterminé de la fraction' de coke grossier, d'une part en gaz de générateur, et, d'autre part, en fonte brute.
Un autre avantage que présente l'utilisation de coke ferreux dans le haut-fourneau résulte du fait que l'accroissement du rapport volume-brique du coke aux additions, qui se fait à l'avantage du coke lors du travail avec le coke ferreux, permet aussi dans beaucoup de cas d'augmenter la fraction de minerais pauvres à élaborer.
Le coke ferreuw se formant lors de la cokéfaction du mélange de charbon et de minerai et qui est transformé, d'une part, en gaz servant au chauffage par en-dessous et, d'autre par%, en fonte brute, se distingue, comme on l'a remarqué, du coke normal, non seulement par sa teneur en fer, mais encore par son pouvoir réactionnel notablement accru dans certaines circonstances. Ce pouvoir réactionnel notablement augmenté rend possible, non seulement un enfournage direct dans le haut-fourneau du coke ferreux présentant une grosseur de grain suffisante, mais permet encore d'amener 13 coke ferreux, directement dans la cellule de cokéfaction, à réagir avec certaines substances gazeuses.
Il est connu d'amener de la vapeur d'eau dans des cellules de cokéfaction pour transformer, à l'aide du coke ardent, une partie de la va- peur d'eau en gaz à l'eau. Abstraction faite que l'on ne peut, de cette manière, transformer qu'une quantité très limitée de vapeur d'eau, il s'est '
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aussi avéré que la vapeur d'eau, chaude, pouvait dans certains cas exercer une influence défavorable sur les parois de la cellule. On a également, en outre, déjà proposé du gaz à l'eau dans des cellules de cokéfaction.
Une autre caractéristique de l'invention consiste à introduire du dioxyde de carbone dans la cellule de cokéfaction garnie de coke ferreux d'affinage. Le dioxyde de carbone qui., aux températures régnant dans la cel= lule de cokéfaction, ne réagirait avec le coke normal que dans une très faible mesure en donnant lieu à la formation dioxyde de carbone, réagit de telle sorte avec le coke ferreux bien plus réactif qu'il se forme une quantité sensiblement accrue d'oxyde de carbone, ce qui augmente la quantité totale de gaz libérée dans la cellule de cokéfaction.
L'introduction de dioxyde de carbone dans la cellule de cokéfaction remplie de coke ferreux peut avoir lieu d'une manière connue en soi, par exemple par des canaux prévus dans le fond ou les parois de la cellule.
Il est également possible, d'introduire des tubes spéciaux dans le garnissage de la cellule, par lesquels le gaz carbonique peut être amené en contact avec le coke ferreux ardent.
Le dioxyde de carbone à introduire peut être prélevé à n'importe quelle source. Par exemple, on peut l'obtenir par un lavage de gaz de combustion. Une autre source pour le dioxyde de carbone est la purification gazeuse par voie humide, en particulier sous pression, de gaz de distillation du charbon.
REVENDICATIONS.
1. - Procédé pour la production de gaz précieux à partir de houille collante finement divisée et de minerai fin, avec obtention de métaux ou d'alliages métalliques, dans lequel on cokéfie d'abord un mélange de charbon et de minerai fin en formant du gaz combustible pour gazéifier ensuite le coke formé, caractériséen ce qu'a partir du coke métallifère produit par cokéfaction du mélange de charbon et de minerai fin, on produit des gaz combustibles dans un four à cuve bas réalisé sous la forme de générateur de gaz à trou de coulée, par gazéification à l'aide d'oxygène et le cas échéant avec des agents de gazéification réagissant endothermiquement, en réduisant le minerai contenu dans le coke et en liquéfiant le métal et les cendres,
le métal formé et la scorie étant extraits pour eux-mêmes à l'état liquide, du four à cuve, d'une manière continue ou par intermittence.
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PROCESS FOR OBTAINING A PRECIOUS COMBUSTIBLE GAS FROM FUELS
BITUMINOUS STICKERS.
The present invention relates, in general, to a process for obtaining precious gas from finely divided sticky coal, and it relates, in particular, to a process in which is associated with the production of precious gas, obtaining metals or metallic alloys, a mixture of hard coal and fine ore being first coked, giving rise to the formation of combustible gas and the coke formed then being treated.
It has already been proposed to undertake the dry distillation of bituminous coal in suitable distillation furnaces, for example in horizontal chamber furnaces, by first preparing a mixture of fine and fine ore; for then coking it in the coking chamber under known conditions. In this case, it forms, on the one hand, a rich gas and, on the other hand, a coke which contains the added metal in the form of ore, partly in elemental form, partly in partially reduced form and partly in the form of the original ore. This known proposal was primarily used to process the fine ore which was not per se usable in the blast furnace.
Metalliferous coke prepared in this way (in the case where iron ores have been added, i.e. if we are dealing with a coke containing iron and which will be referred to more briefly hereinafter by ferrous coke) may, provided it has sufficient compressive strength and coarse grain, 'be further processed in a normal blast furnace, that is to say in a smelting or reduction furnace having a large tank height. In this case, alongside the iron and slag, a gas is formed which is in fact combustible, but whose calorific value (900 to 950 kilocalories per m3) is not sufficient in many cases for industrial purposes. .
The gasification of the ferrous coke, prepared in the known manner, in a gas generator, without liquefying the ash, an operation which de-
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should in itself give rise to the formation of a gas with a high calorific value as blast furnace gas, cannot however be envisaged for two reasons, first and foremost because in conventional gas generators, As for example a rotating grid generator or the like, the metal or ore contained in the coke would settle mixed with the ash so that an expensive separation of the iron from the ash would have to be carried out.
The second reason why ferrous coke cannot be added to conventional gas generators lies in the fact that the generator gas obtained during such gasification has a higher cost price per calorie than the rich gas. standard obtained during the distillation of coal, so that there would be a disadvantage, from an economic point of view, to replace for example the rich gas, for the heating of the coking ovens, by the generator gas obtained in this way .
The invention now pursues the idea of obtaining by gasification from a metalliferous coke, on the one hand, valuable fuel gases whose calorific value is greater than that of blast furnace gas and, on the other hand , the metal separated from the slag. This idea is implemented in such a way that from a coke formed by coking a mixture of finely divided sticky coal and fine ore, combustible gases are obtained in a low-vessel furnace, produced in the form of a taphole gas generator, by gasification with oxygen and, where appropriate, endothermically reacting gasifying agents, causing the reduction of the ore contained in the coke, as well as the liquefaction of the metal and ash.,
the metal and the slag being able for themselves to be extracted in the liquid state from the shaft furnace, continuously or intermittently. The calorific value of the fuel gas produced in the shaft furnace produced in the form of a taphole gas generator is of the order of approximately 1150 to 1200 kilocalories per m3 and, therefore, is significantly higher than that usual blast furnace gas. In addition, in this method of gasification of ferrous coke, a high-quality melt is formed which can be further processed according to the usual methods in iron metallurgy.
The decisive feature of the process according to the invention is therefore the use of a shaft furnace, low in comparison with a blast furnace, produced in the manner of taphole gas generators known in themselves. . By oxygen, we mean here air, as well as oxygen enriched air, where appropriate oxygen at high concentration. The "oxygen" gasifying agent can be blown into the taphole gas generator at normal temperature, preferably however in a preheated state. As endothermically reacting gasifying agents, where appropriate, steam, carbon dioxide or a mixture of the two, preferably in a strongly preheated state, will be used advantageously.
By fine ore, within the framework of the invention, it is necessary to understand ore or a fraction of ore in fine grains to the pulverulent state, obtained for example from natural ore by screening, flotation or washing.
The invention further provides for separating, before gasification, the fine-grained coke fraction from the obtained coke containing ore or metal, since this could lead to difficulties in the taphole gas generator. operation, then mix this fine grain with other quantities of coal and fine ore, and proceed to coking.
To increase the bulk density of the mixture of coal and ore, the invention further provides for adding to this mixture, before coking, a heavy mineral oil or tar oil, pitch, asphalt or the like, in finely divided form, approximately in the amount of 1 to 3 percent. As a result of the cracking of the oil during the coking of the mixture of ore and coal, there is an increase in the calorific value of the rich gas which is formed.
The fuel gas produced from metalliferous coke in the
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Taphole gas generator can be used directly. If, however, the metal-bearing coke is gasified with oxygen and preheated steam, a rich gas can be prepared by carburizing or methanization of the gas produced which has the quality of town gas. This gas can then advantageously be used as a mixture with the rich gas formed during the coketing of the mixture of ore and coal.
The metalliferous coke can, in a manner known per se, in a shaft furnace produced in the form of a taphole gas generator, be transformed in the manner indicated above, on the one hand, into gas and, on the other hand, in metal.
In the case where, as the starting substance for the preparation of the metalliferous coke, coal is used which does not in itself give coke which can be used for the blast furnace or for the gas generator, the invention will submit such coal, before coking and after adding oxidizing ores of the highest oxidation stage, in particular iron, nickel or copper ores, to a heat treatment at a temperature of about 100 or above, in the presence or absence of air. If one uses, for example, a coal rich in gas and bitumen which would not in itself give any solid coke, but on the contrary a spongy or scaly coke, then an iron ore of the Fe203 type is advantageously added, in an amount less than 3%.
This mixture of ore and coal is then heated, for a certain time, to temperatures above 100. The coal thus treated then provides lumpy coke sufficiently strong for metallurgical or similar purposes. If, however, sticky carbon and in particular swelling carbon is used for the preparation of the metal coke, it is advantageous to increase the addition of F3203 to more than 3%. The subsequent heat treatment then causes a reduction in the swelling power of the coal.
The invention is especially put into practice with a particular economic return when the gas formed during the gasification of the coke containing iron is used as heating gas to supply the hearths of the coal distillation furnaces ensuring the coking of the mixture. of ore and coal. As is known, the coal distillation furnace is a strong user of the rich gas which it produces, when the heating from below of this distillation furnace is wholly or partly covered by the quantity of rich gas produced, so that it is only the excess gas fraction that can be used for other purposes.
It follows that the proportions were not lacking, tending to ensure the heating from below of the coal distillation furnaces using another suitable fuel gas, in particular with a gas having a lower calorific value. (weak gas) and thereby make available increased quantities of valuable rich gas for wider use.
Blast furnace gas with a capacity of about 900 to 1000 kilocalories per m3 constitutes an important source of weak gas used for heating from below the furnaces. By proper preheating of both blast furnace gas and combustion air, blast furnace gas is suitable as a bottom heating gas and has therefore been used. The use of blast furnace gas as gas for heating the furnaces from below is, however, linked to the proximity of a blast furnace supplying gas, so that the costs of transporting the blast furnace gas from there last up to the distillation furnace bank does not result in an unbearable increase in the operating costs of the distillation furnace bank.
Where there is no blast furnace gas, the gas generator has also been taken over. Obtaining, directly from the coal, in generators, a gas which can be used for heating the furnaces from below is linked, however, to a very limited field of kinds of coal, in particular to kinds of coal which do not not sticky or not sticky noticeably. Added to this is the fact that obtaining a weak gas,
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directly from coal, in generators, is also still generally associated with the loss of rich gas and valuable by-products, in particular benzene hydrocarbons.
In addition, the degenerative gas obtained from coal contains, besides tar and heavy hydrocarbons, also nitrogen oxides, which can cause gummy deposits in the gas pipes and the parts of the gas. setting.
The known coke gas generator actually provides a weak gas which can be used per se (1000 to 1100 kilocalories per m3) for heating from below the stills, but the cost price of the weak gas produced in generators from conventional coke, referred to the same calorific power as the strong gas, is so high that the use of this gas for heating from below the furnaces results in an increase in the price of rich gas which does not is generally more bearable.
To this is added the fact that the quantity of coke which can be obtained by screening from normal coke intended for metallurgical purposes is not sufficient to cover the needs of the generator, so that it is necessary. necessary to crush valuable metallurgical coke. This also undesirably increases the yield of small coke.
The present invention solves, in another form of use, the problem of releasing from coal the maximum quantity of rich gas, by completely replacing with weak gas the fraction of rich gas required heretofore for heating by. below the coke oven, and it then follows the guiding idea consisting in adding to the coal distillation furnaces used to obtain the gas necessary for heating from below, a shaft furnace in the form of a taphole gas generator, referred to more briefly in what follows as "ferrous coke gas generator", that is to say a generator in which a coke in pieces is gasified with liquefaction of the gasification residue, said coke containing a significant fraction of metallic iron or reduced iron ore.
The functional link between the coal distillation furnaces, on the one hand and the coke gas generators, on the other hand, delivering for these furnaces the gas necessary for their heating from below, is obtained by the measurements. following:
1) The weak gas used for heating the furnaces from below is obtained in a coke gas generator with liquefaction of the residue, the mode of operation of this coke gas generator working with liquefaction of the residue being characterized in that a coke containing metallic iron is delivered to the gas generator in a proportion of between 20 and 50%, that is to say that the coke gas generator is operated in such a way, used to obtain the gas intended to heat the ovens from below,
that a significant amount of liquid iron is formed inside,
2) The coke containing metallic iron in a proportion of 20 to 50% is produced in the coal distillation furnaces which are operatively connected with the above-mentioned coke gas generator, insofar as the coke gas generator provides the gas used for heating from below these coal distillation furnaces.
The production of metalliferous coke is carried out in normal coal distillation furnaces, for example in horizontal chamber furnaces, by coking a mixture of ore and coal, capable of collapsing, i.e. say not being in briquettes, a certain amount of mineral oil or tar oil or the like being added before coking to said mixture of ore and coal, which has the effect, like a promoting agent slip, to increase the bulk density of the mixture, ore and coal, and thereby increase the amount of coal filling the coking chamber.
3) The grain sizes of the coal and the ore are adjusted to each other so that the grain size of the ore fraction is smaller than the grain size of the coal fraction, so that the 'actual addition of a relatively large quantity
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sufficiently coarse granulating coking coal iron ore does not decrease or substantially lower the amount of coal that can fall into a coking chamber of a predetermined volume, and in particular only lowers it by about 3 to 5%.
4) The ore to be added to the coking coal before coking is an ore which below the temperature of coke formation during the coking of the mixture of ore and coal does not influence the stickiness of the added coking coal, or not significantly influence it. Accordingly, preferably those of the type of magnetic iron oxide are used as ores according to the invention. (Fe304).
It has been found that the gas yield of a coal distillation furnace, for example a horizontal chamber coke oven, when this chamber is filled with a mixture of coal, ore and oil, in which the grain size of the ore fraction is smaller than that of coal, is not appreciably reduced in relation to the gas yield obtained when filling with coking coal not mixed.
The reason for this is that, owing to the relatively high specific gravity of ore compared to coal, in particular. high percentage ore, the increase in volume of the mixture of coal and ore is so small, even with larger additions of ore, that one can practically introduce the same amount of coal as hitherto in a chamber of predetermined volume. When coking the mixture of coal and ore, there is a reduction of the iron ore, primarily by direct reduction, i.e. by free carbon, while indirect reduction, e.g. by of carbon monoxide, and possibly by hydrogen, if it occurs, is of lesser importance.
In the direct reduction of iron ore, in addition to a minimal amount of carbon dioxide, carbon monoxide occurs above all, so that the total amount of rich gas produced from the coal of coke and that of carbon monoxide arising from the reduction of iron ore combine and a quantity of gas is formed which is larger in volume than the distillation gas produced from the same quantity of unmixed charcoal. The calorific value of this gas mixture is, it is true, somewhat reduced by the addition of the carbon monoxide produced during the direct reduction, but the total calorific energy of the gas produced, related to the unit of weight of coal added is significantly greater than when unblended coal is added.
The addition to coking coal, in accordance with the invention, of significant quantities of iron ore, in particular of a high percentage ore, influences the coking process all the more favorably as the heat conductivity of the coal mixture and ore is all the greater, owing to the greater specific heat conductivity of the ore compared to that of the coal, so that the heat released by the walls of the chamber reaches the furnace more quickly.
The absolute cooking time for a given volume of a mixture of coal and ore, the heating conditions remaining unchanged; that is to say for a constant temperature of the heating walls, is consequently not increased by the same time as that which should occur, with unmixed carbon, by increasing the endothermic reaction in the filling of the chamber , but of a notably shorter time; in other words, the cooking time does not increase proportionally with the increase in the additions made to the filling of the chamber.
This results, therefore, in a shortening of the coking time of the mixture of coal and ore, which has the effect that, by a relatively small increase in the temperature of the walls of the chamber; the coking time of a mixture of coal and ore, composed according to the invention, can be brought to the same absolute value as the cooking time required for the same volume of unmixed coke coal.
It was further determined that even with the addition of such amounts of iron ore to the introduced coal, the fraction of iron in the ferrous coke formed reached up to 50%, that a solid coke was formed.
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of in pieces.; "¯.jlIl6I: J. have adapted to the conditions required in a coke gas generator as to the solidity of the coke pieces, in particular when using an iron ore which does not influence or The stickiness of the charcoal during coking is not significantly affected.
The fact that the requirements imposed with regard to solidity, to the material to be coked, in the first stage of the process, when it is used as fuel for the generators, are less than those imposed for blast furnace coke: consequence that the process according to the invention can also be carried out, even using gas coals and flaming gas coals or the like, which have not been usable until now as coking coals in the context of production iron. Lean coking coal can also be used within the framework of the process according to the invention, provided that it is used with an addition of sticky coal, in particular gas coal or gas flaming coal, so that a coke is formed in pieces suitable for loading the generator.
The coking gas generator operating with the ferrous coke produced in this way and working with liquefaction of the residue supplied, alongside the gas for heating from below, a noticeably increased amount of iron, i.e. of a product having a comparatively high value, which reduces the costs incurred for the production of the gas for the heating from below, so significantly as is possible. ' to completely replace the rich gas used hitherto for heating from below by generator gas, without any significant increase in the price of rich gas from an economic point of view.
The general rule of this embodiment of the invention, especially the fact that the grain size of the ore fraction in the mixture of coal and ore should be smaller than the grain size of the coal fraction at coke, is carried out in such a way that about 80% by weight of the coal fraction is present in a grain size of less than 5 mm, preferably less than 2 mm, while the grain size of the fraction of ore per 100 parts by weight is to be chosen below 1 mm, preferably as it occurs in what are called "concentrates" arising during the production of the ore.
The mixture ratio by weight of ore and coal can vary within relatively wide limits. The fraction of coal in the mixture of coal and ore is preferably between 50 and 80% by weight, preferably 65-70% by weight. weight, and the ore fraction is chosen so as to have, after coking, in the ferrous coke, an iron content of 20 to 50% by weight, preferably of about 30% by weight.
It has been found that coal and ore, especially if the latter is present in the form of magnetite, allow themselves to be mixed particularly well when the two components are in the wet state, and this preferably when the coal has about 10%. moisture and ore about 5%. In such a case, the fine grains of ore adhere so firmly to the coarser grains of coal that one can, by a relatively simple mixing process, prepare stable mixtures.
The addition of mineral oil or tar oil to the mixture of coal and ore, which the invention further proposes to carry out, advantageously reaches 1 to 3% by weight approximately. Apart from the fact that it facilitates the mixing of the solid components of the mixture, the addition of oil has a further advantageous effect that the calorific value of the rich gas which forms and which should in itself, during the direct reduction, s The lowering somewhat as a result of the formation of carbon monoxide may again approach the initial value.
In many cases also an increase above 3% in the oil addition, carried out with the aim of further increasing the calorific value of the rich gas produced, may be of importance. Apart from these effects, the addition of oil has a further effect of reducing the oxidative influence of certain oxygen-containing iron compounds on the po-
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even sticky narbon, especially when the amount of added oil reaches more than 3%. The oil or the like is, according to the invention, first advantageously mixed with the iron ore, then this mixture is then combined with the coal.
To obtain a ferrous coke which can be used in a generator during the coking of the mixture of ore and coal according to the invention, the chemical nature of the iron ore added is, as already said, important,
If one chooses an iron ore with a relatively high oxygen content - for example of the type Fe2O3 or F32O3, X H20 (hematite and limonite), one cannot produce, under normal operating conditions of a co-furnace. - ke, from certain kinds of coal, than a relatively low iron ferrous coke, of sufficient lump strength. The permissible ore addition is then generally less than about 5% by weight.
The reason for this phenomenon is that iron ores with a high oxygen content exert such a strong oxidizing and weathering action on the coal, even already at temperatures below the formation of coke, that the power sticky charcoal is largely degraded. On the other hand, it has been possible to determine that iron ores of the Fe3O4 type (for example 'magnetite) withstand the reaction at temperatures below the formation of coke so that, even in the case of additions of ore of 50% and more, a ferrous coke is formed, the pieces of which are sufficiently solid for charging the generator.
In certain cases, it is possible to use, instead of magnetite, iron ores of the Fe2O3 type by subjecting said ores to a prior heat treatment, for example by roasting.
Siderosis (FeCO3) is generally less suitable because it contains less iron and because the release of CO2 during coefaction degrades the calorific value of the distillation gas.
It is advantageous to operate the gas generator with preheated gasification air, the calorific value of the generated generator gas being used for preheating the blast wind.
. The production of gas, used for heating from below, in one or more taphole generators, arranged in a battery of coke ovens and charged and operated in accordance with the invention, present, with respect to the treatment of coke and lump ore in a blast furnace, the advantage of better and easier adaptation of the gas generators to the heating gas requirement from below the coke oven battery. The highly reactive ferrous coke allows for a relatively brief change in gas yield of the gas generator, the relatively small vessel height of the gas generator compared to a conventional blast furnace aiding in flexibility of operation.
Likewise, the production of gas, used for heating from below, in several gas generators cooperating with the same battery of coke ovens, makes it possible by connecting and disconnecting elementary gas generators to ensure operation. noticeably smoothly from the coking plant.
We know that the requirements for rich gas in industry are not constant, but are subject to certain variations, these requirements being particularly reduced at the end of the week. The quantity of rich gas liberated is then greater than necessary and the value of the surplus is generally also greater than the storage space available. We can, in such a case, ( assuming that the gas yield of the coke oven battery does not vary) transiently use the rich gas for the heating from below, i.e. one must reduce by correspondingly the gas output of the gas generator by changing the load, but proceeding in such a way that the gas generator can very quickly be brought back to full gas output.
The weak gas which is then formed, which is very cheap and has a reduced calorific value, can then be used for any purpose, for example for heating steam boilers. To make this alternative operation possible, the gas generator is first of all advantageously provided with a height of
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corresponding tank.
For the case where the rich gas which forms must in the normal case be in its entirety delivered remotely, it is possible, in the periods of less need for rich gas, to derive a fraction of the rich gas, before compression, at the pressure necessary to deliver the gas remotely and use it as a heating gas from below. In such a manner of proceeding, this rich gas derivative fraction would not pass through the benzene recovery plant, so that the valuable benzene hydrocarbons contained in this rich gas derivative fraction would be burnt with it upon heating by in. below, in the event that a particular device for washing the benzene is not provided for this fraction.
To remedy this drawback, the total quantity of rich gas produced in the distillation furnaces is, independently of the need for rich gas, constantly compressed at the pressure of the pipes delivering the gas remotely and then subjected, without expansion, to the washing device. benene, and only after that the unnecessary rich gas fraction is bypassed for heating from below. The total compression work, or the steam used for this purpose, is produced from the very inexpensive weak gas then supplied by the gas generator. In this way, the costs for the compression work are reduced to a minimum. , given the lower need for rich gas.
It has now been determined that the preparation described from ferrous coke of the gas used for heating from below and serving to liberate the largest possible quantities of rich gas, can still have economic advantages in another sense.
Coke intended for blast furnaces of conventional construction is generally prepared from fatty coals. In this operation, in fact, a sufficiently solid lumpy coke is formed, but the fraction having the grain size usable for the blast furnace is limited.
The fatty coals ordinarily used in the production of metallurgical coke yield coke consisting of about 60% pieces larger than 80 mm in size, while 36% coke is formed in small pieces of size between 10 and 80 mm and 4% coke fines with a size less than 10 mm. Of these three fractions, only the first fraction indicated can be used as blast furnace coke, while the fraction of coke with a size between 1 and 80 mm must be delivered as crushed coke to others. heat users, that is to say is lost for the actual production of iron in the blast furnace.
The fines fraction is usually used as a fuel in plants for sintering ores by sintering.
It has now been found that in the manufacture of ferrous coke carried out using coals rich in gas or also other kinds of coal, which in themselves had not hitherto been used for the production of metallurgical coke , that an iron-containing coke was obtained, coarsely granulated and the pieces of which were sufficiently solid to be used in blast furnaces. Thus, starting, for example, with a coal rich in gas of a determined composition and which had been coked with iron ore to give a ferrous coke, it was possible to prepare a coke containing at least 60 % ferrous coke in lumps, solid, grain size 60 mm.
The fraction of coke with a size between 10 and 60 mm reached, in this case, 33%, while the fraction of coke fines with a size less than 10 mm reached about 7%.
Coarse ferrous coke, larger than 60mm caliber, is strong enough to fit into a normal blast furnace. The fraction of coke with a size between 10 and 60 mm which, in the case of the usual coke used for the production of iron in a blast furnace, is not directly usable, is gasified, in accordance with the invention, in the taphole gas generator, giving rise to the production of iron, while a valuable gas is incidentally formed.
It can be said, therefore, with regard to the ferrous coke prepared by the process according to the invention, that if one delivers directly to the blast furnace coarse fractions of a
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caliber greater than 60 mm and at the gas generator only fractions of a caliber between 10 and 60 mm, practically all of the solid fuel introduced during the preparation of ferrous coke can be made usable for the production of iron. Ferrous coke fines, in proportions of up to 7%, can be used in the usual way as fuel for the agglomeration of the ore by sintering, the iron content coming in the form of ferrous coke. add to the product of the sintering agglomeration.
It is advantageous in this case to use, in the sintering agglomeration plant, a fine ore (Fe2O3), which due to its great oxidizing force is not to be used without others in a coke oven. normal for the manufacture of ferrous coke.
According to another characteristic of the invention, the coarse fraction, with a caliber greater than 60 mm, which is formed during the production of ferrous coke, is introduced directly into the blast furnace, while the coarse fraction. Ferrous coke gas generator only accepts grain sizes between 10 and 60 mm.
The charging of ferrous coke directly into the blast furnace brings with it, in certain circumstances, a considerable advantage for the operation of the blast furnace. It is known practice to furnish the blast furnace in general taking into account the nature of the coke with which it is to be charged and to adapt the supply of ore to variations in the quality of coke. However, if, according to the invention, ferrous coke in coarse pieces is placed directly in the blast furnace, alongside normal coke, then it is possible to adjust the variations in the operation of the blast furnace, not only by ore input, but also by adjusting the ratio of. mixture between normal coke and ferrous coke.
The operation of the blast furnace can, therefore, in some cases be carried out more flexibly, because it is less dependent on the considered quality of coke.
The direct charging of ferrous coke into the blast furnace also makes it possible to increase the smelting efficiency of the blast furnace, due to the fact that the iron already reduced beforehand and contained in the ferrous coke reduces the fuel expenditure per tonne. of pig iron and, even more by the fact that coke, ferrous has a reducing power greater than that of normal coke, which also decreases the fuel expenditure per tonne of pig iron and thus increases the efficiency of the blast furnace.
The variations in the ferrous coke requirement of the blast furnace can be compensated for by converting, in a coke gas generator, if necessary, after preliminary crushing, a determined percentage of the coarse coke fraction, on the one hand into generator gas, and, on the other hand, pig iron.
Another advantage of the use of ferrous coke in the blast furnace results from the fact that the increase in the volume-to-brick ratio of the coke at the additions, which is done to the advantage of the coke when working with the ferrous coke, also allows in many cases to increase the fraction of poor minerals to be produced.
The coke ferreuw formed during the coking of the mixture of coal and ore and which is transformed, on the one hand, into gas for heating from below and, on the other hand, by%, into pig iron, is distinguished, as has been noted, normal coke, not only in its iron content, but also in its considerably increased reactivity under certain circumstances. This significantly increased reaction power makes it possible not only to directly charge ferrous coke with sufficient grain size in the blast furnace, but also allows 13 ferrous coke, directly in the coking cell, to react with certain substances. carbonated.
It is known practice to supply water vapor into coking cells in order to transform, with the aid of hot coke, part of the water vapor into water gas. Apart from the fact that we can only transform a very limited quantity of water vapor in this way, it is'
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also proved that the steam, hot, could in certain cases exert an unfavorable influence on the walls of the cell. In addition, water gas has also already been proposed in coking cells.
Another characteristic of the invention consists in introducing carbon dioxide into the coking cell packed with refining ferrous coke. The carbon dioxide which, at the temperatures prevailing in the coking cell, would react with the normal coke only to a very small extent giving rise to the formation of carbon dioxide, reacts in such a way with the ferrous coke much more reactant that a significantly increased amount of carbon monoxide is formed, which increases the total amount of gas released into the coking cell.
The introduction of carbon dioxide into the coking cell filled with ferrous coke can take place in a manner known per se, for example through channels provided in the bottom or the walls of the cell.
It is also possible to introduce special tubes in the lining of the cell, through which the carbon dioxide can be brought into contact with the fiery ferrous coke.
The carbon dioxide to be introduced can be taken from any source. For example, it can be obtained by washing the combustion gas. Another source for carbon dioxide is the gaseous wet purification, particularly under pressure, of coal distillation gas.
CLAIMS.
1. - Process for the production of precious gas from finely divided sticky coal and fine ore, obtaining metals or metal alloys, in which a mixture of coal and fine ore is first coked by forming combustible gas to then gasify the coke formed, characterized in that from the metalliferous coke produced by coking the mixture of coal and fine ore, combustible gases are produced in a low-shaft furnace constructed as a gas generator taphole, by gasification with oxygen and optionally with endothermically reacting gasifying agents, reducing the ore contained in the coke and liquefying the metal and ash,
the formed metal and the slag being extracted for themselves in the liquid state, from the shaft furnace, continuously or intermittently.