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"Réductionde fins minerais de fer en fer finement divisé"
La présente invention a pour objet la réduc- tion de fins mineraisde fer en fer finomont divisé au moyen de gaz réducteurs sous l'influence de la chaleur, la minerai de fer finement divisé étant fluidisé en présence du gaz réduc- teur. Jusqu'à présent, on a proposé différents procédés à cet effet. Parmi ces procédés, il y a ceux où les gaz réducteurs sont maintenus dans un état de circulation dans un système fermi comprenant le réacteur ou l'appareil de fluidisation. Les gaz circulant dans le système fermé doivent être renouvelés conti- nuellement eu égard à leur potentiel réducteur. Ce renouvelle- ment est assuré, on partie, par traitement des gaz à l'intérieur du système fermé.
Toutefois, il faut également introduire du gaz frais à partir d'une source extérieure.
Lors du fonctionnement d'un réacteur à solides cisés pour la réduction du minerai de fer, il faut habituel- lement préparer le gaz: de traitement à partir de gaz naturel de différentes manières, par exemple par régénération de méthene à
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par déplacement de ga a catalytique et élimination de l'anhy- dride carbonique, de façon à obtenir des gaz ayant les com- positions désirées. Le gaz naturel ne peut être utilisé pour la réduction sans subir un prétraitement et n'importe quel procédé de régénération du gaz entraîne la formation d'impor- tantes quantités de vapeurshumides, Les gaz humides ont tendance à exercer un effet oxydant plutôt qu'un effet réduc- teur. C'est pourquoi, il faut prévoir un sécheur de gaz en dehors du système fermé de recyclage.
La régénération des gaz a pour but d'augmenter leur pouvoir réducteur, habituelle- ment en augmentant leur teneur en hydrogène libre, bien que la teneur en oxyde de carbone soit également fréquemment aug- mentée. Toutefois, il est évident que les propositions tinté* rieures nécessitaient, en plus du bêcheur de gaz, un trdns- formateur ou un régénérateur de gaz et habituellement un dis- positif d'élimination de l'anhydride carbonique en dehors du système fermé de recyclage. Etant donné que ces composantes de l'appareillage étaient habituellement reprises deux fois à l'intérieur du système fermé, il est évident que l'instal- lation était encombrante et coûteuse.
Un objet de la présente invention est de prévoir un procédé et un appareil ne nécessitant qu'un mini- mum de dispositifs de traite ent des gazen dehors du système fermé de recyclage.
Un autre objet de l'invention est également de simplifier les conditions requises pour l'appareil de traitement des gaz à l'intérieur du système fermée en évitant de devoir employer un transformateur de gaz ot éventuellement un dispositif de chauffage du gaz ou un dispositif d'élimina- tion de l'anhydride carbonique. Lorsqu'on craque ou prépare d'une autre Tanière du gaz naturel ou un autre combustible gâteux en vue d'une réduction, par combustion partielle à l'air,
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d'importantes quantités d'azote diluant les gaz actifs et im- posent une charge au système. L'efficacité de la réduction est diminuée, tandis que le chauffage et le refroidissement . des gaz neutres entraînent des frais supplémentaires.
Un objet de la présente invention est de prévoir un procédé en vue de préparer du gaz naturel ou d'autres combustibles gazeux devant aire utilisés pour une réduction, tout en évitant l'accumula- tion et le traitement des gaz inertes.
Un autre objet de l'invention est de prévoir un système dans lequel la chaleur sensible provenant du cra- quage ou de la régénération des gaz de traitement est directe- ment appliquée pour chauffer,les gaz à la température de ré- duction. '
Ces différents objets ainsi que d'autres, que l'homme de métier reconnaîtra à la lecture de la spécification ci-après, sont réalisés par un procédé et un appareil, dont on décrira à présent une forme de réalisation à titre d'exemple
On se référera au dessin en annexe illustrant schématiquement l'appareil utilisé pour la mise en oeuvre de l'invention.
En résumé, lors de la mise en oeuvre de la présente invention, on prépare un combustible gazeux destiné à être utilisé comme gaz de traitement par combustion partielle avac de l'oxygène dans ou près du réacteur à solides fluidisés Il est entendu qu'on peut employer n'importe quel combustible moelle, comme par exemple du gaz, de l'huile ou du charbon pul- v/risé. Comme gaz, il y a, par exemple, le gaz naturel, eesen- iellement le méthane, de môme que d'autres gaz, comme par exemple l'4thane, le propane, le butane et analogues pour autant qu'on puisse les obtenir en quantités suffisantes et à un prix suffisamment économique. L'huile peut être n'importe quelle huile combustible.
Le charbon peut être de l'un ou l'autre type qui, après pulvérisation, peut être brûlé avec l'équipement
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habituellement employé à cet effet, comme par exemple dans les installations de génération de vapeur.
Le gaz naturel est largement disponible et, dans certaines régions, il est moins coûteux que d'autres com- bustibles locaux. Pour plus da simplicité, dans les exemples donnés dans la présenta description, on utilisera du gaz natu. rel, mais il est entendu que l'on peut employer d'autres com- bustibles mobiles.
Le gaz naturel peut être soumis à une combus- tion partielle avec de l'oxygène, pour former des produits constitués essentiellement d'hydrogène et d'oxyde de carbone avec de plus faibles quantités d'anhydride carbonique, de vapeur d'eau et de méthane. A cet effet, comme le comprend l'homme de métier, il convient de maintenir un rapport élevé entre le gaz et l'oxygène au cours de la combustion. Par exemple, avec un gaz naturel constitué essentiellement de méthane, le rapport gaz/oxygène peut être de l'ordre de 1,2 à 1,8, le rapport spé- cifique réellement utilisé dans cet intervalle dépendant d'autres procédés appliqués lors de l'opération.
Suivant le rapport utilisé, la combustion par. tielle produit des températures de flammes comprisea entre 2.000 et 3.500 F (1093 et 1928 C). La température des flammes est inversement proportionnelle au rapport gaz/oxygène. La tempé- rature de la chambre de combustion est évidemment inférieure à la température des flammes et elle dépend de la construction des dimensions et de la quantité de gaz utilisé par unité de temps pour une dimension spécifique de la chambra.
Ces températures sont trop élevées pour le traitement direct des minarais finement divisés, car dans la plupart des cas, il se produirait un collage ou un frittage De môme, les produits de combustion contiennent un pourcentage trop élevé de vapeur d'eau et d'anhydride carbonique pour être un
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milieu réducteur efficace.
Par exemple. comme l'ont démontré des adsais réels de combustion, l'analyse des produite de combustion pour deux rapports serait la suivante :
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<tb> Analyse <SEP> des <SEP> produits <SEP> de <SEP> combustion
<tb>
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0*e 0/0 H2 00 002 Hx0 CH 4 0/3 C/3 potentiel de
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<tb> 1.26 <SEP> 50 <SEP> 30 <SEP> 3 <SEP> 15 <SEP> 1 <SEP> .237 <SEP> .156 <SEP> 063
<tb>
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II 1.65 55 26 4 7 5 .190 .166 .120 0/3 a Fractior d'oxygène C/5 a Fraction de carbone ,, 1
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Les fractions 0/3 et 0/5 sont les coordonnées d'un point du diagramme de Gurry. la distance verticale de ce point à la ligne de 14000 Y (7600 0) est prise comme mesure relative du potentiel réducteur. Le diagramme de Gurry est largement utilisé dans le domaine de la chimie des gaz.
On le
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trouve dans Transactions A.I,1.E,, vol. 188, avril 1950, page 685, figura 7.
Le pouvoir réducteur de ces gaz peut Être augmenté par refroidissement brusque à l'eau froide, afin d'éli-
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miner l'humidité, mais ce système nuit L la chaleur sensible des gaz, cette chaleur étant avantageusement utilisée pour chauffer le minerai de fer. En conséquence, au lieu de soumet- tre les produits de combustion à une opération de séchage, la
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ir4aente invention envisage de les mélanger immédiatement avec les gaz réducteurs secs et froids venant du système de recyclaCette façon de procédé exerce plusieurs effets.
Tout d' abord, les gaz froids venant du système fermé abaissent la
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eipérature des produits de combustion à un intervalle de 1500 .700' F (816 - 92?' C), ce qui constitue l'intervalle de 1 l "pérature favorable pour un lit fluidisé destiné au chauffage à la réduction du minerai de far. En second lieu, la dilu- tion des produits de combustion avec le gaz recyclé du sécheur
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>visse la teneur effective en eau des gaz mixtes, de sort* que
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ces derniers ont un potentiel réducteur plus élevé. Le tableau suivant donne des exemples de trois cas.
Cas A- 00 non éliminé du gaz recyclé
Cas B- CO éliminé du gaz recyclé
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Cas 0 - CO élimine et gaz recyclé chauft4:A 60G F (316 C).
Dans chaque cas, la quantité du gaz recyclé est la quantité donnant, après mélange avec le gaz de combus-
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tion, une température de 16000 Y (671 C) à l'entrée du réducteur.
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Analyse des gas aprè3 wélang Cas Rapport Gai recyclé Ha CO C0- IL,0 CH, 0/3 Ois Pottn
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<tb> C/O <SEP> 4 <SEP> tiel
<tb> réduc'
<tb>
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#- #, ¯¯# . ### . , .. . #. # # . tueur A 1.65 26 53 29 6 5 7 .195 ,i0 .131
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<tb> 1.27 <SEP> 49 <SEP> 57 <SEP> 26 <SEP> 2 <SEP> 8 <SEP> 7 <SEP> .160 <SEP> .150 <SEP> .133 <SEP>
<tb>
<tb> C <SEP> 1.27 <SEP> 60 <SEP> 59 <SEP> 25 <SEP> 1 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> .146 <SEP> .147 <SEP> .145 <SEP>
<tb>
Le diagramme de Gurry montre que le gaz du cas A a un pouvoir réducteur essentiellement égal à celui du gaz du cas B, où le gaz recyclé a été épuré pour éliminer le CO2.
Ces gaz conviennent pour la réduction des minerais de fer finement divisés et la chaleur en excès produite dans la flamme est utilisée directement pour réchauffer les gaz recyclés, ce qui permet d'éviter un réchauffeur dans le système fermé. Evidemment, si le gaz recyclé était chauffé comme dans le cas C, le pouvoir réducteur serait augmenté.
Toutefois, le seul but envisagé ici est de démontrer que l'on peut réaliser le procédé sans chauffer le ga. recyclé.
La combustion du combustible gazeux avec de l'oxygène assure l'absence de gaz inertes, comme par exemple l'azote de l'air, dans les gaz de traitement. Comme on le dé- montrera ci-après, ces quantités de gaz inertes ou non rédue-
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NALra pouvant être contenus dans ou dérivés du cocbxtible ga- zeux, n'ont pas tendance à s'accumuler dans le ayatème. De
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plus, la combustion du combustible avec de l'oxygène assure une haute température de la flamme, température à laquelle les pro- duite de combustion ont une faible teneur en méthane et en anhydride carbonique.
En se référant à présent au dessin, le chiffre 1 indique un réacteur à acides fluidisés, comportant quatre étages ou plates-formel. Ce dessin donne simplement un exemple d'un des dispositifs de fluidisation que l'on peut employer. Au lieu d'une seule installation à quatre étages, on peut également employer plusieurs dispositifs de fluidisation à un étage, en parallèle ou en série. Dans certains cas également, on peut uti. liser des dispositifs fonctionnant d'après le principe du sépara- teur à cyclone.
La point principal réside dans le fait que les gaa de traitement seront mis en contact intime avec le minerai de fer finement divisé, ces gaz et ce minerai étant tous deux à la température pour la réduction, dans un réacteur approprié. en
Il est/tendu que le réacteur comportera des moyens assurant l'in- troduction du minerai de fer à l'état finement divisé, de même que des moyens permettant de retirer la matière réduite. Nor- malement, avec las réacteurs à solides fluidisés, on emploie des séparateurs en vue de séparer et de renvoyer les fines. Ces derniers éléments n'ont pas été illustrés, étant donné qu'ils sont bien connus dans la technique.
Les gaz de tata du réacteur sont amenéa, par une conduite 2, à un dispositif de lavage et de refroidissement des ga z 3. Dans la ystème de lu présente invention, les gaz sont retirés disystème de recyclage fermé en une quantité égale à cel- le des g@z frais introduits. Si les gaz retirés peuvent être utilisés!ailleurs à une température élevée, on peut les prélever avant 1 dispositif de lavabo et de refroidissement 3, sinon, on peuples évacuer après ce dispositif de lavage et de refroi- dissement, une sortie dos gaz étant indiquée en 4.
Les gaz re-
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tirés du système ont des valeurs combustibles et, par consé- quent, ils peuvent être utilisés ailleurs pour le chauffage, pour la génération de vapeur, pour la protection de la matière réduite retirée du réacteur et analogues.
Le dispositif de lavage et de refroidissement des gaz 3 peut avoir différentes formes ne limitant nulle- ment la présente invention. Habituellement et de préférence, il a la forme d'un dispositif de lavage des gaz, dans lequel le milieu de refroidissement est l'eau. Il est entendu que le dispositif de lavage et de refroidissement est également un dispositif de séchage, car, en abaissant la température des gaz, on en condense également l'humidité.
Dans le procède donne à titre d'example, les gaz peuvent pénétrer dans le dispositif de lavage et de refroidissement 3 à une température de 400- 1000 F (204 - 538 C) et à une teneur en humidité de 10 - 20 %, pour quitter ensuite ce dispositif à uns température de 60 - 70 F (L5,6 - 21,1 C), de même qu'à une teneur en humi- dité d'environ 1 %.
Dans le dessin, la dispositifde lavage et de refroidissement est relié à une pompe 6 par une conduite 5.
Un des avantages du système de la présente invention réside dans le fait que la réduction peut être effectuée sous pression, ce qui augmente son efficacité. Les pressions normalement em- ployées dans le système de recyclage fermé sont de 25 à 100 p.s.i. (1,75 à 7,03 kg/cm2).
La pompe 6 renvoie les gaz de traitement dans le réacteur par une conduite 7. Un dispositif d'absorp- tion d'anhydride carbonique 8 peut être éventuellement prévu dans cette conduite et comporter une dérivation 9 à aoupape, Il est entendu que 1' élimination de l'anhydride carbonique -mente le pouvoir réducteur des gaz d traitement mais, au égard aux caractéristiques du procède, il n'est pas nécessaire de pré-
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voir un dispositif d'absorption d'anhydride carbonique.
C'est ainai que, dans la procédé donné à titre d'exemple, on mólange un volume de gaz recyclé contenant environ 11 % de C02 avec 3 volumes de gaz de combustion frais contenant environ 4 % de COx et formés par combustion partielle du combustible gazeux, comme décrit ci-dessus dans le cas II pour obtenir, dans le réa cteur, un gaz mixte contenant environ 6 % de CO2, ce qui peut être toléré aux températures indiquées ci-dessus. Si on l'utilise, le dispositif d'absorption d'anhydride carbonique peut être du type connu, où l'on emploie de la monoéthanolamine, que l'on régénérera ensuite.
L'emploi d'oxygène pour la combustion partielle implique l'existence d'une source de ce gaz. Habituellement, l'oxygène sera formé dans une installation de réduction à l'air, indiquée en 10 dans la dessin. Les gaz retirés en 4 peuvent éventuellement fournir une certaine partie de la puissance re- quise dans l'installation d'oxygène.
En 11, on représente un brûleur alimenté en oxygène et en combustible gazeux, par exemple du méthane, dans les proportions appropriées, comme décrit ci-dessus. La flamme venant du brûleur est formée dans une chambre de combustion 12, séparée du réacteur 1 par une cloison réfractaire 13 com- portant un passage central 14 et un passage de dérivation 15, auquel est raccordée la conduite 7. De la sorte, avant que les gaz ne pénètrent dans le réacteur 1, il ae forme un mélan- ge du gaz de traitement recyclé et des produits de combustion,
Il est souhaitable de prévoir une chambre de ventilation 16 à la base du réacteur, en vue d'assurer la distribution et l'homo- généisation du gaz.
De la sorte, le mélange gazeux entrant en contact avec le minerai dans la réacteur aura la composition appropriée et sera à la température correcte pour une réduction efficace. Le minerai de fer peut être de l'oxyde de fer finement
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divisé provenant de l'une ou l'autre source. Il existe des différences dans le$ minorais de fer en ce qui concerne leur teneur en silice ou autres diluants, Les produits réduits des minerais de fer diffèrent également suivant la nature de la source. Certains minerais de fer réduits réagissent aisément à la séparation magnétique, tandis que d'autres ne réagissent nullement.
Les matières réduites retirées du réacteur 1 se- ront normalement protégées en réduisant des gaz (pouvant constituer une certaine partie des gaz retirés en 4), jusqu'à ce qu'elles soient refroidies en dessous de la température de réoxydation. La séparation magnétique peut être éventuellement effectuée.. sur le produit refroidi. La matière réduite refroi- die peut être transformée en briquettes et, habituellement, on la fait fondre dans un type de four, approprié comme par exemple un four à arc électrique. Ces systèmes sont bien connus dans la technique et ne limitent nullement la présente invention; de plus, ils n'ont pas été représentés.
Toutefois, on ne sort pas du cadre de la pré- sente invention si l'on emploie des minerais ou des oxydes fi- nement divisés en mélange avec d'autres substances. Un fon- dant, comme par exemple du calcaire, peut être ajouté aux mine- rais, avant leur introduction dans le réacteur. Les particules de fer formées par réduction de certains minerais ont une plus forte tendance à coller ensemble au cours de la réduction que les produits réduits d'autres minerais. Sn règle générale, les fondants n'agissent pas efficacement pour empêcher le collage ou le frittage pendant la fluidisation mais, à cet effet, le carbone finement divisé est très efficace.
Le craquage du combustible gazeux produira une certaine quantité de carbone et, dans le procédé de la présente invention, on peut éviter le col- lage en contrôlant la quantité de carbone entraîné dans ou formé à partir des gaz réducteurs en faisant varier le rapport gaz
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oxygène dans l'étape de combustion partielle. Il est entendu qu'il se forme également du carbone par décomposition de deux molécules d'oxyde de carbone, pour produire du carbone libre et une molécule d'anhydride carbonique.
Cette réaction a ten- dance à être plus rapide à des températures inférieures à celles préférées pour la réduction des gaz dans le procédé de la présente invention, maison peut contrôler la quantité de carbone présent avec le fer dans le réacteur en contrôlant la température, de même que la présence d'oxyde de carbone dans les gaz.
De même, en vue d'élever davantage la tempéra- ture du minerai et des gaz dans la partie supérieure d'un grand réacteur, on peut éventuellement employer un brûleur supplémen- taire indiqué en 17 dans le dessin et dans lequel le combus- tible gazeux est brûlé avec de l'oxygène dans les rapports gé- néraux décrits ci-dessus, Dans certains cas, le brûleur 17 peut amener sa flamme directement dans le réacteur ; de même, le système représenté et décrit pour le brûleur inférieur peut être employé dans la position 17 y.compris l'introduction et le mélange des gaz de traitement venant du système de re- cyclage fermé.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Reduction of fine iron ores to finely divided iron"
The object of the present invention is the reduction of fine iron ore to finely divided iron by means of reducing gases under the influence of heat, the finely divided iron ore being fluidized in the presence of the reducing gas. Hitherto, various methods have been proposed for this purpose. Among these methods are those where the reducing gases are maintained in a circulating state in a closed system including the reactor or the fluidization apparatus. The gases circulating in the closed system must be continuously renewed in view of their reducing potential. This renewal is ensured, on the one hand, by treating the gases inside the closed system.
However, fresh gas must also be introduced from an external source.
When operating a cised solids reactor for the reduction of iron ore, it is usually necessary to prepare the process gas from natural gas in various ways, for example by regeneration of methene to
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by displacement of the catalytic gas and elimination of the carbon dioxide, so as to obtain gases having the desired compositions. Natural gas cannot be used for reduction without undergoing pretreatment and any gas regeneration process results in the formation of large amounts of wet vapors. Wet gases tend to exert an oxidizing effect rather than an oxidizing effect. reducing effect. Therefore, a gas dryer must be provided outside the closed recycling system.
The purpose of regeneration of gases is to increase their reducing power, usually by increasing their free hydrogen content, although the carbon monoxide content is also frequently increased. However, it is evident that the internal proposals required, in addition to the gas digger, a gas conveyor or regenerator and usually a device for removing carbon dioxide outside the closed recycling system. . Since these components of the switchgear were usually taken twice inside the closed system, it is obvious that the installation was bulky and expensive.
It is an object of the present invention to provide a method and apparatus requiring only a minimum of gas treatment devices outside the closed recycle system.
Another object of the invention is also to simplify the conditions required for the gas treatment apparatus within the closed system by avoiding the need to employ a gas transformer and possibly a gas heater or a gas heater. removal of carbon dioxide. When cracking or otherwise preparing natural gas or other bad fuel for reduction by partial combustion in air,
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large amounts of nitrogen dilute the active gases and place a load on the system. The efficiency of reduction is decreased, while heating and cooling. neutral gases incur additional costs.
An object of the present invention is to provide a process for preparing natural gas or other gaseous fuels to be used for reduction, while avoiding the accumulation and processing of inert gases.
Another object of the invention is to provide a system in which the sensible heat from cracking or regeneration of the process gases is directly applied to heat the gases to the reduction temperature. '
These various objects and others, which those skilled in the art will recognize on reading the specification below, are achieved by a method and an apparatus, an embodiment of which will now be described by way of example.
Reference will be made to the appended drawing schematically illustrating the apparatus used for implementing the invention.
In summary, in carrying out the present invention, a gaseous fuel is prepared for use as a process gas by partial combustion with oxygen in or near the fluidized solids reactor. It is understood that one can use any marrow fuel, for example gas, oil or pulverized coal. As gas, there is, for example, natural gas, especially methane, as well as other gases, such as for example ethane, propane, butane and the like as far as can be obtained. in sufficient quantities and at a sufficiently economical price. The oil can be any fuel oil.
Coal can be of either type which, after pulverization, can be burned with the equipment
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usually used for this purpose, for example in steam generating plants.
Natural gas is widely available and in some areas it is less expensive than other local fuels. For simplicity, in the examples given in the present description, natural gas will be used. rel, but it is understood that other mobile fuels can be used.
Natural gas can be subjected to partial combustion with oxygen to form products consisting essentially of hydrogen and carbon monoxide with smaller amounts of carbon dioxide, water vapor and carbon dioxide. methane. To this end, as understood by those skilled in the art, it is necessary to maintain a high ratio between gas and oxygen during combustion. For example, with a natural gas consisting essentially of methane, the gas / oxygen ratio may be of the order of 1.2 to 1.8, the specific ratio actually used in this interval depending on other processes applied during the process. the operation.
Depending on the ratio used, combustion by. tielle produces flame temperatures between 2,000 and 3,500 F (1093 and 1928 C). The temperature of the flames is inversely proportional to the gas / oxygen ratio. The temperature of the combustion chamber is obviously lower than the temperature of the flames and it depends on the construction of the dimensions and the amount of gas used per unit time for a specific size of the chamber.
These temperatures are too high for direct processing of finely divided ore, as in most cases sticking or sintering would occur. Similarly, the combustion products contain too high a percentage of water vapor and anhydride. carbonic to be a
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effective reducing medium.
For example. as demonstrated by real combustion adsais, the analysis of combustion products for two ratios would be as follows:
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<tb> Analysis <SEP> of <SEP> products <SEP> of <SEP> combustion
<tb>
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0 * e 0/0 H2 00 002 Hx0 CH 4 0/3 C / 3 potential of
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<tb> 1.26 <SEP> 50 <SEP> 30 <SEP> 3 <SEP> 15 <SEP> 1 <SEP> .237 <SEP> .156 <SEP> 063
<tb>
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II 1.65 55 26 4 7 5 .190 .166 .120 0/3 a Oxygen fraction C / 5 a Carbon fraction ,, 1
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The fractions 0/3 and 0/5 are the coordinates of a point on the Gurry diagram. the vertical distance from this point to the 14000 Y (7600 0) line is taken as a relative measure of the reducing potential. The Gurry diagram is widely used in the field of gas chemistry.
We
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found in Transactions A.I, 1.E ,, vol. 188, April 1950, page 685, figure 7.
The reducing power of these gases can be increased by sudden cooling with cold water, in order to eliminate
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undermine the humidity, but this system harms the sensible heat of the gases, this heat being advantageously used to heat the iron ore. Consequently, instead of subjecting the combustion products to a drying operation, the
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The present invention contemplates mixing them immediately with the dry and cold reducing gases coming from the recycling system. This method has several effects.
First, the cold gases coming from the closed system lower the temperature.
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The temperature of the combustion products ranges from 1500.700 ° F (816 - 92 ° C), which is the favorable temperature range for a fluidized bed for heating to reduce the iron ore. Secondly, the dilution of the combustion products with the recycled gas from the dryer
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> sets the effective water content of the mixed gases, out * that
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the latter have a higher reducing potential. The following table gives examples of three cases.
Case A- 00 not eliminated from the recycled gas
Case B- CO eliminated from recycled gas
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Case 0 - CO eliminated and recycled gas chauft4: A 60G F (316 C).
In each case, the quantity of the recycled gas is the quantity giving, after mixing with the combustion gas
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tion, a temperature of 16000 Y (671 C) at the inlet of the reducer.
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Gas analysis after 3 wélang Cas Report Gai recycled Ha CO C0- IL, 0 CH, 0/3 Ois Pottn
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<tb> C / O <SEP> 4 <SEP> tiel
<tb> reduced '
<tb>
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# - #, ¯¯ #. ###. , ... #. # #. killer A 1.65 26 53 29 6 5 7 .195, i0 .131
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<tb> 1.27 <SEP> 49 <SEP> 57 <SEP> 26 <SEP> 2 <SEP> 8 <SEP> 7 <SEP> .160 <SEP> .150 <SEP> .133 <SEP>
<tb>
<tb> C <SEP> 1.27 <SEP> 60 <SEP> 59 <SEP> 25 <SEP> 1 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> .146 <SEP> .147 <SEP> .145 <SEP>
<tb>
The Gurry diagram shows that the gas in case A has a reducing power essentially equal to that of the gas in case B, where the recycled gas has been purified to remove CO2.
These gases are suitable for the reduction of finely divided iron ores and the excess heat produced in the flame is used directly to reheat the recycle gases, which avoids a heater in the closed system. Obviously, if the recycled gas were heated as in case C, the reducing power would be increased.
However, the only aim envisaged here is to demonstrate that the process can be carried out without heating the ga. recycled.
The combustion of the gaseous fuel with oxygen ensures the absence of inert gases, for example nitrogen from the air, in the process gases. As will be shown below, these quantities of inert or unreduced gases
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NALra, which may be contained in or derived from the gas cocbxtible, does not tend to accumulate in the ayatema. Of
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moreover, combustion of the fuel with oxygen ensures a high flame temperature, at which temperature the combustion products have a low content of methane and carbon dioxide.
Referring now to the drawing, the numeral 1 indicates a fluidized acid reactor, having four stages or formal platforms. This drawing merely gives an example of one of the fluidizing devices which may be employed. Instead of a single four-stage installation, it is also possible to employ several single-stage fluidization devices, in parallel or in series. Also in some cases, it is possible to use. read devices operating on the principle of the cyclone separator.
The main point is that the process gaa will be brought into intimate contact with the finely divided iron ore, both these gases and this ore being at the temperature for reduction, in a suitable reactor. in
It is intended that the reactor will include means for introducing the finely divided iron ore, as well as means for removing the reduced material. Normally, with fluidized solids reactors, separators are employed to separate and return the fines. These latter elements have not been illustrated, since they are well known in the art.
The tata gases from the reactor are fed, via line 2, to a device for washing and cooling the ga z 3. In the system of the present invention, the gases are withdrawn from the closed recycling system in an amount equal to that. the fresh g @ z introduced. If the gases withdrawn can be used elsewhere at a high temperature, they can be sampled before 1 washing and cooling device 3, otherwise, we can evacuate after this washing and cooling device, a gas outlet being indicated. in 4.
The gases re-
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drawn from the system have combustible values and therefore can be used elsewhere for heating, for steam generation, for protection of reduced material withdrawn from the reactor and the like.
The gas washing and cooling device 3 can have different shapes which in no way limit the present invention. Usually and preferably it is in the form of a gas scrubber, in which the cooling medium is water. It is understood that the washing and cooling device is also a drying device, since, by lowering the temperature of the gases, the humidity thereof is also condensed.
In the example procedure, gases can enter the washing and cooling device 3 at a temperature of 400-1000 F (204-538 C) and at a moisture content of 10-20%, for then leave this device at a temperature of 60 - 70 F (L5.6 - 21.1 C), as well as a moisture content of about 1%.
In the drawing, the washing and cooling device is connected to a pump 6 by a pipe 5.
One of the advantages of the system of the present invention is that the reduction can be carried out under pressure, which increases its efficiency. The pressures normally employed in the closed recycle system are 25 to 100 p.s.i. (1.75 to 7.03 kg / cm2).
The pump 6 returns the treatment gases to the reactor through a line 7. A carbon dioxide absorption device 8 may optionally be provided in this line and include a valve bypass 9. It is understood that the elimination of carbon dioxide - the reducing power of the treatment gases but, considering the characteristics of the process, it is not necessary to pre-
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see a carbon dioxide absorption device.
It is thus that, in the process given by way of example, one mixes a volume of recycled gas containing approximately 11% of CO 2 with 3 volumes of fresh combustion gas containing approximately 4% of COx and formed by partial combustion of the fuel. gaseous, as described above in case II to obtain, in the reactor, a mixed gas containing about 6% CO 2, which can be tolerated at the temperatures indicated above. If used, the carbon dioxide absorption device may be of the known type, where monoethanolamine is employed, which will then be regenerated.
The use of oxygen for partial combustion implies the existence of a source of this gas. Usually, the oxygen will be formed in an air reduction plant, indicated at 10 in the drawing. The gases withdrawn at 4 can optionally provide a certain part of the power required in the oxygen system.
At 11, a burner is shown supplied with oxygen and gaseous fuel, for example methane, in the appropriate proportions, as described above. The flame coming from the burner is formed in a combustion chamber 12, separated from the reactor 1 by a refractory partition 13 comprising a central passage 14 and a bypass passage 15, to which is connected the pipe 7. In this way, before the gases do not enter the reactor 1, it forms a mixture of the recycled treatment gas and the combustion products,
It is desirable to provide a ventilation chamber 16 at the base of the reactor, in order to ensure the distribution and homogenization of the gas.
In this way, the gas mixture coming into contact with the ore in the reactor will have the correct composition and will be at the correct temperature for effective reduction. Iron ore can be finely iron oxide
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divided from either source. There are differences in the iron ore content with respect to their content of silica or other diluents. Reduced products of iron ore also differ according to the nature of the source. Some reduced iron ores react easily to magnetic separation, while others do not react at all.
The reduced materials removed from reactor 1 will normally be protected by reducing gases (which may constitute some of the gases removed in 4), until they are cooled below the reoxidation temperature. The magnetic separation can optionally be carried out on the cooled product. The cooled reduced material can be made into briquettes and usually melted in a suitable type of furnace such as, for example, an electric arc furnace. These systems are well known in the art and do not limit the present invention in any way; moreover, they were not represented.
However, it is not beyond the scope of the present invention to employ finely divided ores or oxides in admixture with other substances. A flux, such as limestone, for example, can be added to the ores before they are introduced into the reactor. The iron particles formed by reduction of certain ores have a greater tendency to stick together during reduction than reduced products of other minerals. Generally, fluxes do not work effectively to prevent sticking or sintering during fluidization, but finely divided carbon is very effective for this purpose.
Cracking of the gaseous fuel will produce a certain amount of carbon, and in the process of the present invention, sticking can be avoided by controlling the amount of carbon entrained in or formed from the reducing gases by varying the gas ratio.
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oxygen in the partial combustion stage. It is understood that carbon is also formed by decomposition of two molecules of carbon monoxide, to produce free carbon and one molecule of carbon dioxide.
This reaction tends to be faster at temperatures lower than those preferred for gas reduction in the process of the present invention, but the amount of carbon present with the iron in the reactor can be controlled by controlling the temperature, from same as the presence of carbon monoxide in gases.
Likewise, in order to further raise the temperature of the ore and the gases in the upper part of a large reactor, it is possible, if necessary, to use an additional burner indicated at 17 in the drawing and in which the fuel gaseous is burned with oxygen in the general ratios described above. In some cases, the burner 17 can bring its flame directly into the reactor; likewise, the system shown and described for the lower burner can be employed in position 17 including the introduction and mixing of process gases from the closed recycle system.
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