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La présente invention se rapports au procédé d'amélioration de minérais de fer, plus particulièrement à la réduction
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englobe l'utilisation de grandes quantités de vapeur pour diluer
le gaz réducteur et, dans une forme de réalisation préférée,elle englobe l'utilisation de vapeur avec un distillat hydrocarbuné
volatil pour la formation d'un mélange de gaz réducteur et de
vapeur, utilisé dans le refroidissement du minerai grillé, après préchauffage et réduction du minerai.
On s'est arrêté longuement à l'idée d'un grillage de minerais non magnétiques de basse qualité pour former une matière magnétique qui peut être concentrée. Un type de procédé de grillage utilise un four rotatif ou un four du type à arbre fixe, dans lequel les particules de minerai sont chauffées aux
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en utilisant un gaz combustible, tel qu'un gaz pauvre, mélangé avec un gaz de carneau recyclé.
Il y a des problèmes techniques qui se présentent dans le réglage des températures des gaz, leurs compositions et leurs vitesses de circulation dans diverses parties du système. Entre autres, il y a les problèmes de la réduction des exigences en combustible, de la disponibilité de certains combustibles en certains endroits, et de la somme de travail requise dans l'opération. La capacité thermique et,la récupération de chaleur
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teuse de recirculation des gaz et est plus susceptible d'un contrôle efficace. Pour le présent procédé, une installation convenable est constituée par des fours rotatifs et des récipient* de fluidification de solides, qui permettent aux solides de minerai finement divisés d'entrer en contact avec les gaz dans un état de haute turbulence. D'une manière générale, les fines particules de minerai sont amenées à passer à travers une zone de chauffage dans laquelle les produits de combustion à température supérieure des gaz réducteurs partiellement épuisés préchauffent le minerai, puis à travers une zone de réduction où le minerai préchauffé est mis en contact avec un gaz réducteur ayant une dilution de vapeur élevée et où le minerai se trouve à une tempréature de l'ordre d'environ 1100[deg.] à environ 1500[deg.]F. Ensuite,
le minerai magnétique produit dans la zone de réduction est re-
<EMI ID=5.1> tranférée à un mélange d'hydrocarbure et de CO gazeux dilué par
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ensuite à la zone de réduction.
Il est important que les conditions dans la zone de refroidissement et dans la zone de réduction soient telles qui elles empêchent la formation d'oxyde ferreux. Il est également désirable, pour la même raison, d'obtenir un bon échange unifor-
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la zone de refroidissement. Le procédé sera décrit plus en détail avec référence aux dessins annexés qui illustre des formes de réalisation préférées.
La figure 1 montre un schéma du procédé utilisant un four rotatif. La figure 2 montre un processus dans lequel le procédé est mis en oeuvre en deux phases avec des fours rotatifs.
Dans l'opération décrite avec référence à la figure 1, des fines de minerai d'hématite broyées et calibrées, d'une gamme d'environ 0,1 à 0,75 pouce sont alimentés à l'extrémité supérieure d'un four rotatif 1 pour une trémie d'alimentation de solides 2, qui peut recevoir les fines d'un appareil de dessiccation de fines fluidifiées 3 par un conduit 4.
Le four rotatif peut être de construction courante, par exemple une enveloppe cylindrique d'acier revêtue de réfractaire et inclinée à un angle, par exemple de 15[deg.], par rapport à l'horizontale.
Les fines de minerai pénétrant dans l'extrémité supérieure du four 1 descendant par gravité vers l'extrémité inférieur�e de décharge du four qui est dans un cylindre incliné tournant sur les anneaux d'entraînement ou de support 9 et 10.
Les fines de minerai passent d'abord à travers une section de préchauffage allant de l'entrée A de la charge dans le four jusqu'à la zone de combustion B, en vue de recevoir de la chaleur d'un gaz de combustion chaud circulant à contre-courant et formé en B par combustion du gaz réducteur épuisé avec de l'air ou de l'air plus un combustible ajouté, par des brûleurs à injection latéraux 11, l'air étant introduit pas lla. Les fines préchauffées jusqu'à la température nécessaire pour la ré-
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les fines de minerai entrent en contact avec un gaz réducteur dilué à la vapeur et contenant du H2 comme agent réducteur prin-
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de réduction en direction de l'extrémité de décharge D du four, est mis en contact avec un courant relativement plus froid de gaz réducteur dilué à la vapeur passant à contre-courant à travers la zone de refroidissement C-D.
Les zones de réduction et de refroidissement ont des actions qui se chevauchent, du fait qu'une petite partie de la réduction se développe dans la zone de refroidissement, jusqu'à ce que la température du minerai atteigne un niveau auquel le
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fur et à mesure que le mélange gazeux dilué à la vapeur pénétrant par l'extrémité froide de la zone de refroidissement du four est chauffé et se rapproche de la zone de -séduction du mi-
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trémité de décharge, il cède de la chaleur aux gaz dilués à la vapeur, de sorte que le minerai contenant du Fe304 lorsqu'il est déchargé dans le casier 12, se trouve à une température relativement basse, par exemple inférieure à 900[deg.]F, de préférence inférieure à 750[deg.]F.
L'oxyde de fer magnétique produit est retiré par la conduite 13 en vue d'un refroidissement et d'un traitement ulté-rieurs, par exemple un broyage, une séparation magnétique et une transformation en briquettes ou en boulettes d'une manière courante.
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de la chaleur récupérée de gaz quittant l'extrémité supérieure du four, est introduite par la conduite 14 pour servir comme porteur de chaleur et agent de réaction avec l'hydrocarbure
et le CO.
Des vapeurs hydrocarburées, un gaz naturel ou des hydorcarbures liquides, par exemple une essence lourde ou une huile de chauffage, sont introduits par un conduit 15 dans la zone de refroidissement du minerai C-D, où les hydrocarbures subissent un cracking au moins partiel et un reforming avec la
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certaine quantité de CO dilué par l'excès de vapeur.
Un autre gaz réducteur, par exemple un gaz pauvre ou un gaz à l'eau, peut être injecté par la conduite 16, si on le désire.
L'hydrocarbure introduit par la conduite 15 et la vapeur amenée par la conduite 14, qui arrivent dans la zone de refroidissement, subissent des réactions qui englobent un cracking de l'hydrocarbure, accompagné par réaction avec la vapeur
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Ces réactions absorbent de la chaleur mais le résultat net est que le mélange gazeux est chauffé jusqu'à une température dési-
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Un avantage spécial qui résulte des réactions de cracking et
de reforming dans la zone de refroidissement est le refroidissement supplémentaire du binerai, qui est obtenu. En outre, l'utilisation de la chaleur dans le minerai dans ce but améliore l'efficacité de l'utilisation du combustible par rapport à celle d'un procédé dans lequel le refcrming et le cracking du combustible sont réalisés dans un réacteur séparé en l'absence d'un minerai.
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élevée. De la sorte, le courant de gaz chauffé se déplaçant
à travers la zone de préchauffage du minerai cède de la chaleur aux fines de minerai passant en sens opposé à travers ce gaz.
Les gaz chauds quittant l'extrémité supérieure A du four 1 sont enlevés par la conduite 17 à une température élevée
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être envoyée par la conduite 18 dans le récipient 3 en vue d'une légère dessiccation préliminaire des fines de minerai fraîches alimentées dans ce récipient 3 par la conduite 19. Ces fines for-
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récipient 3 par un séparateur de fines, par exemple un cyclone
21, et par une conduite 22 vers une cheminée.
L'entièreté ou la plus grande partie du gaz de combustion quittant le four 1 par le conduit 17 peut être envoyée par le conduit 23 à une cheminée à chaleur perdue 24 où de la chaleur est récupérée pour former de la vapeur envoyée au four 1. Le gaz de combustion résiduaire est envoyé à une cheminée par le conduit
25.
Au lieu d'utiliser un seul four comme montré à la figure 1, on peut utiliser un système à double four, comme montré à la figure 2, en vue d'obtenir certains avantages.
A la figure 2, les particules de minerai compcrtant du Fe203 sont alimentées par un conduit d'alimentation 101 dans la trémie de chargement de solides 102 formé dans un casier 103,
en vue de l'alimentation continue du minerai dans un four supé-
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délimite une sorte de gaz de combustion, de manière que ce gaz , qui quitte l'extrémité supérieure du four 104, peut être enlevé par un conduit 106. Le casier 103 de la trémie 102 et la sortie
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té depuis l'extrémité d'entrée du solide A du four 104 vers l'extrémités de décharge B, à contre-courant par rapport aux produits de combustion gazeux, formés par injection d'air comprimé introduit par la conduite 107 pour brûler les composants combustibles du gaz chaud venant du four inférieur 108 par le conduit
109 et tout combustible ajouté par la conduite 110. De la sorte, une zone de combustion à haute température est établie au voisinage de l'extrémité de décharge de solides B du four supérieur
104 pour former les produits de combustion gazeux précités, qui préchauffent le minerai de Fe203 jusqu'à la température nécessaire pour la réduction, par exemple 1100[deg.] et 1500[deg.]F.
Les produits de combustion gazeux circulant vers l'extrémité supérieure A du four 104 sont refroidis car ils cèdent de la chaleur au minerai de Fe203 mais restent à une température élevée, par exemple de
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mité supérieure du four rotatif 108. La goulotte 111 et le conduit de sortie de gaz du four 108 sont enfermés dans un logement
112 qui est monté de manière étanche aux gaz sur l'extrémité inférieure B du four 104 et sur l'extrémité supérieure C du four
108.
Au fur et à mesure que les fines de minerai de Fe203 à
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vers l'extrémité D de décharge des solides de ce four, elles sont d'abord mises en contact dans une zone de réduction avec un mé-lange gazeux chaud contenant des composants réducteurs, par
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résiduaires fortement dilués par du H20 et du C02 gazeux. Ce mélange gazeux chaud résulte de la réaction de l'hydrocarbure
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injectée par le conduit 114, par l'extrémité inférieure D du four 108.
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minerai se déplaçant à contre-courant, dans lequel le Fe203 a été réduit en Fe304 près de la partie supérieure du four 108. Dans la réaction de reforming, le carbone de l'hydrocarbure s'oxyde en CO qui réagit ensuite avec de la yapeur d'eau pour former du
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de la zone de réduction et dans la zone de réduction, où une certaine quantité de l'hydrogène naissant provenant de la décomposition de l'hydrocarbure et de la réaction de la vapeur se combine avec 1 oxygène du Fe203 pour former de l'eau. Le Fe203 est réduit en Fe304. Dans cette zone de réduction, une partie du CO
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fisamment élevée de vapeur dans les gaz traversant la zone de réduction, par exemple pour une température de la zone de réduction de 1400[deg.]F an rendant le rapport des pression partielles de
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environ 2,33, le Fe304 formé ne peut pas se réduire encore en FeO et en Fe, aux températures maintenus dans le four 108.
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tion se refroidit jusqu'à une température inférieure, par exemple de 300[deg.] à 750[deg.]F, au moment où il atteint l'extrémité de décharge du four 108, où ces solides descendent dans la goulotte 115 qui est montée à glissement de manière étanche aux gaz sur le four rotatif 108. De la goulotte 115, les fines de Fe304 sont enlevées
<EMI ID=30.1> figure 1.
Une caractéristique fondamentale et distincte de la présente invention réside dans l'utilisation de vapeur comme
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dissement et ensuite à travers la zone de réduction et les zones de préchauffage de minerai. La vapeur améliore la capacité thermique des gaz utilisés dans le transport de la chaleur à travers le ou les fours. Ceci est une caractéristique avantageuse sous divers rapports. L'utilisation de vapeur comme diluant plu-
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pliquée et plus coûteuse requise pour le recyclage du gaz de combustion permet une meilleure récupération de chaleur du gaz
de combustion, et convient mieux pour la réaction avec l'hydrocar-
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du mélange gazeux passant à travers la zone de refroidissement pour refroidir et stabiliser la matière grillée magnétique qui quitte la zone-de réduction, on peut injecter avec cette vapeur des quantités relativement petites d'un gaz réducteur industriel, par exemple du gaz à l'eau, du gaz pauvre, etc.
L'utilisation de vapeur au lieu de gaz de combustion dans le refroidissement présente l'avantage d'éliminer des problèmes soulevés par le transport des cendres, goudrons, carbone
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système de recyclage du gaz de combustion.
Un minerai d'hématite de basse qualité, contenant 30
à 35% en poids de Fe, pris comme matière première à améliorer
de qualité en un produit grillé magnétique susceptible de concentration par séparation magnétique jusqu'à 55 à 70% en poids de Fe est d'abord broyé pour former des particules qui traversent un tamis à ouvertures de 3/4 de pouce. Le minerai broyé et calibré est alimenté à une température de 100[deg.]F dans la section de préchauffage d'un four, où le gaz de combustion sort à 500[deg.]F
et est envoyé à une chaudière à chaleur de rebut en vue d'engendrer de la vapeur.
Sur la base de 2240 livres d'alimentation de minerai par heure, la quantité de gaz de combustion quittant le four à
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sont formés par de la vapeur d'eau.
Les particules de minerai traversant la section de pré-
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combustion, au fur et à mesure que ces particules atteignent une zone où de l'air comprimé à 100[deg.]F est insufflé dans le four à une allure suffisante pour réaliser la combustion du CO , du
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bustion et pour dispo_er d'une petite quantité de 02 par exemple moins de 1%, dans le gaz de combustion quittant le four.
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tion en vue de leur contact avec du gaz réducteur dilué à la vapeur et qui a été formé et préchauffé dans la zone de refroidissement voisine. Les gaz pénètrent dans la zone de réduction en venant de la zone de refroidissement à 1300[deg.]F, c'est-à-dire, après avoir absorbé de la chaleur provenant du minerai -réduit qui est ainsi refroidi jusqu'à une température inférieure à envi-ron 800[deg.]F en vue de sa décharge.
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jectées dans la zone de refroidissement du minerai grillé et réduit.:, subissant une décomposition qui a pour résultat la for-
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l'extrémité chaude de la zone de refroidissement du minerai où les gaz se rapprochent de la zone de réduction, il y a une rapide absorption de chaleur dans cette zone.
En alimentant une essence lourde (naphta) au taux de 7 par
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à un taux de 200 livres par longue tonne de minerai réduit de charge, un mélange convenable de gaz réducteurs est formé dans la zone de refroidissement.
Pour le type d'opération décrit, avec la température et la durée prévues en vue d'un cracking et d'un reforming importants de l'alimentation hydrooarburée d'essence lourde, les compositions et les quantités de gaz sont celles données au tableau suivant.
TABLEAU
Compositions et quantités de gaz
Base : 1 longue tonne (LT)
Alimentation d'essence lourde (liquide) 7 gal/LT Vapeur (250'F) 200 livres/LT Compositions des gaz, � vol.
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Les hydrocarbures présents en de grandes concentrations dans un gaz réducteur pénétrant dans la zone de réduction peuvent provoquer une surréduotion importante. La présente invention tire avantage du oracking et du reforming des hydrocarbures dans une
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efficace jusqu'à 100% et tout hydrocarbure résiduaire est bien mélangé et dilué.
Les études des frais ont montré que la gazéification
des hydrocarbures par réaction avec de la vapeur dans le four abaisse les frais d'opération de 40 à 50%, comparativement eux frais d'un procédé dans lequel du coke ou une huile minérale sont gazéifiés par combustion partielle avec de l'air en vue de produire le gaz réducteur à l'extérieur du four dans une installation courante