BE677178A - - Google Patents

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BE677178A
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Description

  

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



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

 <Desc/Clms Page number 2> 

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



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

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



   Spécifiquement, un autre mode de réalisation 

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



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

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

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



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



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



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



   L'une des raisons sans doute la plus impor- 

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

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



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

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



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



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

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

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



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

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

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



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



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



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

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 l'anhydride carbonique et l'eau.

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



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



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

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



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

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



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

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



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



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



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

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



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



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

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



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



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



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

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



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



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

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



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

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



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

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

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



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

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

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



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

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

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



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



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



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

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

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



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



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

   Un combustible préféré est un 

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



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

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

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 tenir la réduction désirée soient maintenus. 



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



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

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

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



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

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



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

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

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

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



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

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



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

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



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

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



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

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

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



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

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

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



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



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



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

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 dçune manière connue dans la technique.

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



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

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

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 était pas revêtu. 



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

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



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



  Des quantités supplémentaires de FeO sont continuelle- 

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

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

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

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

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

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



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



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

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

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



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



   Le fer réduit chauffé dans le brûleur   à   con- 

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



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



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

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 un espace 36 et traversent une grille de fluidification 8.

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



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



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

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



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

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

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

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



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



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



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



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



   Le combustible hydrocarbure introduit dans la 

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



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



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

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

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



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



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



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

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



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



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

   Les gaz 

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



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

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



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

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

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



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

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



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

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



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

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



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



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

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



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



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



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

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



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

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



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



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

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



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

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

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

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

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



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

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

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

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



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

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

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

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

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

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



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

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 seront normalement utilisés également comme combustible. 



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



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



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



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

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

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



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



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

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

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

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



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

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

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



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



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

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

 <Desc/Clms Page number 54> 

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



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

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

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

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

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

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

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

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

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



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



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

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



   <Desc / Clms Page number 1>
 



  "Process for the reduction of ter ores by reaction in a fluid bed"

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The present invention relates to an improved process for producing iron from iron ore. More particularly, it relates to a process for the direct reduction of iron ore in which hydrocarbons are used to reduce this ore.



  Specifically, one of the particular embodiments of the present invention is a process for the direct reduction of iron ore in a fluid bed reactor by direct injection of hydrocarbons into the bed, whereby the hydrocarbons are endothermically cracked and the iron ore is endothermically reduced, the heat required for these two reactions being supplied by an external heater. In this heater, the gases from the cracking reactions are partially oxidized with an oxygen-containing gas to heat the reduced carbon-coated iron which is transferred from the reduction zone to the heating zone and which is recycled back to the reduction zone.

   The oxidation conditions in the transfer duct heater are critical and are controlled in such a way that the reduced iron is not reoxidized while the iron is heated to a higher temperature.



   Specifically, another embodiment

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 Particular of the invention resides in a process for the direct reduction of an iron ore in a fluidized bed reactor, which process comprises the direct injection of hydrocarbons and an oxygen-containing gas into a bed containing oxygen. reduced iron ore, whereby the hydrocarbons are partially oxidized and are cracked and carbon is deposited on the reduced iron.



   Cracking of hydrocarbons and reduction of iron ores are strongly endothermic reactions and heat is required to perform these reactions. The necessary heat is obtained by carrying out the cracking or gasification under conditions such that excess carbon is deposited on the reduced iron, this reduced iron together with the carbon being recycled to an external combustion device in which part of the carbon is removed. The excess burns exothermically with an oxygen-containing gas, which heats the particles of reduced iron, these heated particles being recycled to the reduction and gasification zones and providing the necessary heat.

   The quantity of oxygen-containing gas introduced into the gasification zone is such that the production of CO 2 and H 2 O is kept to a minimum, that carbon is deposited and that a relatively small amount of heat. or caused by cracking and partial oxidation of the hydride. The oxidation conditions in the combustion device are critical and are controlled so that part of the deposited carbon is selectively oxidized.

 <Desc / Clms Page number 4>

 The reduced iron is not subjected to reoxidation while the iron is heated to an elevated temperature and is recycled to the reduction zone.



   By carrying out cracking, partial oxidation and reduction in separate reaction zones, and by producing the heat necessary for these endothermic reactions in a different reaction zone, by burning part of the carbon deposited from the reduced iron, each of the reactions can be carried out in a more efficient and economical manner.
In this way, it is possible to choose for each of the reaction zones, the conditions which make it possible to carry out the desired reactions with maximum yield.



   Numerous attempts have been made to reduce iron ore in fluidized beds using hydrocarbons. Difficulties have been encountered in agglomerating the bed and sintering the particles when operating at elevated temperatures. These difficulties usually result in insufficient fluidization and the impossibility of carrying out the process. Further, in most of these processes the reducing gases were primarily hydrogen or a mixture of hydrogen and carbon monoxide from the reforming of various hydrocarbon fuels.



   Reforming is both tedious and expensive and results in a high cost of reducing gases as well as passage of excessive amounts of gas through the reduction plant.



   Perhaps one of the most important reasons

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 Aunt that hydrocarbons are not used to directly reduce iron ore is the particularly poor thermal characteristics of ordinary hydrocarbons, when used as reducing agents for iron ore, especially iron oxide ore . The reduction reactions which use such hydrocarbons are highly endothermic and their yield becomes appreciable only at relatively high temperatures. To provide the heat necessary for these reactions and to maintain the temperatures at the high values required in the reduction zone by preheating the starting gas and / or ore, abnormally high preheating temperatures are required.

   If this heat is to come from an external source and has to pass through the walls of the reduction zone, the temperature gradients are undesirably high. If one attempts to generate heat within the reduction zone itself by burning fuels, the reactions must be carefully controlled so that the ratio of constituents in the gas phase remains below the equilibrium value, at the temperature used. oxide-reduction reactions of iron oxides in the presence of carbon oxides. With regard to the external combustion device, this limitation is eliminated by the application of the carbon coating and by maintaining a short residence time.



   When the ore is used in a powder form, particularly when the mineral is used

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 liquefied solids technique, very high temperatures exceeding 982 C must be avoided, because it has been found that these high temperatures result in agglomeration of the particles, presumably due to plasticization of the solids, in particular the reduced iron itself.



   When an attempt is made to generate a sufficient amount of heat only by partial combustion of hydrocarbons in contact with the ore and / or reduced iron in the reduction zone, further difficulties arise. First of all, the oxidation of hydrocarbons in order to form simply CO has only a rather insignificant positive calorific effect, so that when it is desired to obtain significant quantities of heat, the consumption of hydrocarbons is excessive. .



  A much larger heat input can also be obtained by burning the entire hydrocarbons to form CO2 and water. However, only a limited amount of CO 2 can be tolerated in the reduction zone in order to avoid reoxidation of the metal. It is extremely difficult to reconcile the requirements of efficient heat generation and efficient reduction when using hydrocarbons both as reducing agents and as inter-agents. holding combustion. It is difficult to use hydrocarbons as a source of reducing gases to reduce FeO to metallic iron and to heat this area by adding air to partially oxidize the hydrocarbons, due to the danger of reoxidation of the iron. reduced which would give iron oxides.

 <Desc / Clms Page number 7>

 



   An attempt has been made to obtain the heat necessary for the endothermic reactions carried out in a reaction zone by passing heated inert solids into such zone, which are heated externally and are then transferred to the reaction zone where they give up their heat. However, the use of inert solids which are circulated through the reaction zone has given unsatisfactory results because it is difficult to achieve effective separation between the inert solids and the subject materials. to a reaction in the reaction zone. Insufficient separation results in consumption of the reduced iron obtained with inert solids.

   In addition, a loss of thermal energy produced in such a process occurs during the transfer of heat to the ore, due to the need to use particles of inert material. larger and denser than the ore particles, as heat transfer agents, so that a separation between the agent in question and the pulsed ore can be obtained.



   The reducing gases from the reduction zone can be partially oxidized with air to provide the heat necessary for endothermic reduction in the first (and second) stage of the reduction zone, in which the oxides ferric iron are brought pure reduction to a lower oxidation state. For example, when reducing Fe203 to Fe, reducing gases can be partially

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 oxidized with air under carefully controlled conditions, to provide the heat necessary for the reduction carried out in this area.

   The reason for this is that, due to the higher oxidation state of iron in this zone, the danger of reoxidation by CO to H2O contained in reducing gases is much lower than in the zone containing FeO and metallic iron.



   The production of reducing gases by using a separate gas production zone to form hydrogen or a mixture of carbon monoxide and hydrogen increases the cost price of the synthesis gas.



  One of the major expenses in reducing iron ore is the cost of producing reducing gases. The item which incurs the most expense in the process is the fuel that must be used to provide the heat necessary for endothermic reactions such as cracking of hydrocarbons and reduction of iron oxide to metallic iron.



  Any process which efficiently utilizes reducing gases and which reduces the demand for heating by a fuel can significantly improve the processes of direct reduction of iron ore. Efficient use of gases from iron ore reduction being difficult to achieve, because if the process uses air, the outgoing gases have a relatively low value as fuel due to their high content of aote, and because these gases cannot be recycled in the iron ore reduction process, without leading to the very expensive installation of a special device for removing nitrogen,

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 carbon dioxide and water.

   Another problem which arises in the direct reduction of these iron ores is that the reduced metal normally has an extremely pyrophoric nature and oxidizes very quickly on contact with air. According to the present invention, the direct injection of the hydrocarbons and the reduction of the iron ore are accomplished in an iron ore reduction zone and the heat necessary for the endothermic reactions is supplied by an external heater. It has been found that when the process is carried out in a series of dense and fluidized beds of finely divided iron ore, ideal heat transfer characteristics and a mixing speed are obtained to achieve substantially perfect uniformity of temperature. the composition of solids.



  This makes it possible to maintain the critical conditions as regards the production of heat, temperature and pressure and also to maintain, among the gaseous reactants contained in the products of the reaction, the appropriate ratios within the narrow limits required for the setting. implementation of the process. When the process is carried out in fluidized bed reaction zones, the flow of materials can be carefully controlled and the desired conditions can be maintained.



   According to a first embodiment of the present invention, the iron ore is reduced in three stages, i.e. 0. is reduced to Fe3O4, Fe3O4 is reduced to FeO and this-

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 this in turn is reduced to Fe. To each of the three stages there may correspond one or more distinct zones. One of the most critical phases of this process is the reduction of FeO an Fe in the third zone.



  Most of the sintering and agglomeration takes place when operating at elevated temperatures in this zone. In accordance with the invention, to prevent this disadvantage, carbonise FeO introduced into the zone for reducing FeO to Fe by cracking a suitable hydrocarbon at a temperature of about 982 C, above the iron. Thus, the iron ore which is undergoing reduction from FeO to Fe is covered with a layer of carbon which prevents agglomeration, sintering and reoxidation of the reduced iron. Cracking of the starting hydrocarbon forms a gas comprising hydrogen and elemental carbon. Hydrogen reacts with iron oxide to form water, while reducing iron oxide to metallic iron.

   Simultaneously, the water thus formed transforms a certain quantity of carbon into gas to form carbon monoxide which itself reacts with iron oxide to form carbon dioxide and metallic iron. The carbon dioxide thus obtained can react with the carbon to form a new quantity of CO which also reacts with FeO to form Fe.



   The rate of introduction of the hydrocarbon is set such that a reducing atmosphere is obtained towards FeO and that the overall calorific requirements of the entire process can be met while simultaneously achieving a relationship of

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 balance in the reduction zones. This zone is heated by circulating carbon coated iron through a transfer duct burner, which is supplied with fuel and air. When this burner is operated using very short solids contact times, for example less than 2 seconds, it is possible to selectively burn the hydrocarbon fuel instead of carbon or iron. There is essentially no reoxidation of the reduced carbon coated iron in the burner.



  The fuel introduced into the burner mainly comprises the residual gases from the Fe3O4 reduction zone. Complementary naphthu can be added to the residual gases when necessary,
The gases generated during the cracking of the hydrocarbon sent to the PeO - Fe reduction stage form the fluidization gases intended for this zone which they maintain in the form of a retained fluidized bed. These gases mainly comprise hydrogen and CO as well as small amounts of CO2 and water. The gases leaving this zone will move upwards to pass into the Fe3O4 - FeO reduction zone, where they reduce Fe304 to FeO.



     In a second embodiment of the present invention, the iron ore is reduced in two stages, that is to say that F "2O3 is reduced to FeO and FeO to Fe. There may however be more than two stages. @.



   The most critical phase in this second process is the gasification operation carried out in the third zone in the presence of reduced iron particles.

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 carbon coated. Most of the sintering and agglomeration occurs when operating at elevated temperatures in this zone. In accordance with the present invention, these difficulties are overcome by depositing a carbon coating on the reduced iron. When the iron oxide has been reduced to metallic iron in the reduction zones, the carbon which is formed in the gasification zone is deposited uniformly on the reduced iron, on which it forms a protective coating.



   In the gasification zone containing Fe and coal, a gas contained: oxygen partially oxidizes the hydrocarbon which, at the high temperatures prevailing in this zone is thus cracked. The following reactions take place in the gasification zone.
 EMI12.1
 Hydrocarbon + 02 002 + 00 + Il20
 EMI12.2
 
<tb>
<tb> Hydrocarbon <SEP> 0 <SEP> + <SEP> H2
<tb>
 
 EMI12.3
 o + I120 CO + H2 00 + H20 C02 + H2 CO + FeO C02 + Fie H2 ... FeO H20 + Fe 0 02 COg
 EMI12.4
 
<tb>
<tb> 20 <SEP> + <SEP> O2 <SEP> 200
<tb>
 The degree of completion of a particular reaction and the amount of a particular product which is formed depend on the conditions of the reaction as well as the ratio of O 2 to carbon in the oxidizing gas and in the starting hydrocarbon, respectively.



   The rate of introduction of the hydro-

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 carbide and O2 so as to maintain an atmosphere which ensures the reduction of FeO and the deposition of carbon.



  The partial oxidation of the hydrocarbon is carried out so as to form maximum amounts of CO and a minimum amount of CO2 and H2O. The general reaction is strongly endothermic and large amounts of heat must be supplied. The heat input is obtained by circulating a portion of the reduced and carbon-coated iron through an external heater in which a portion of the carbon coating is selectively burned with an oxygen-containing gas, which heats the iron. and charcoal without reoxidizing the reduced iron.



   The gases generated by the partial oxidation and cracking of the hydrocarbon introduced into the gasification zone include reducing gases and fluidization gases serving to maintain the reducing beds in the form of dense fluidized beds. The gases produced include major amounts of CO and H2 and small amounts of CO2 and H20.



   The hot gases exiting the gasification zone flow upward to the reduction zone of FeO to Fe where they provide the heat necessary for the reduction and are partially oxidized while reducing the iron oxide to it. metallic iron in the bed of this area. The gas leaving this zone flows upwards towards the zone of reduction of Fe2O3 to FeO, in which the gases are further oxidized while the iron oxide contained in this bed undergoes a further reduction bringing it into a state

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 lower oxidation. The gas leaving the Fe2O3 reduction zone is still relatively hot and can be used to preheat the ore to be processed, or it can be burnt later as fuel.



   The reduction reactions carried out in the Fe203 to FeO reduction zone are endothermic and the necessary heat is obtained in these zones by preheating the iron ore to be treated which is sent to the Fe203 reduction zone and using ega- There is also the residual heat of the gases leaving the zone for reducing FeO to Fe. In addition, additional heat can be supplied to this zone, that is to say the zone for reducing Fe203 to FeO, by partially oxidizing a portion of the reducing gas by introducing an oxygen-containing gas into this zone, which gas selectively burns the reducing gas while maintaining an atmosphere which is still reducing to the gas. iron oxide.



   Most of the heat necessary to preheat the starting ore to a high temperature can be obtained by contacting this ore, in a preheating cyclone or in some other suitable device, with the gas leaving the device. external heating device. A substantial part of the additional heat supplied to the FeO to Fe reduction zone can be obtained by sending to this zone a part of the reduced iron particles, coated with carbon and heated, which exit from the transfer duct burner. Most of the heat required is

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 supplied to the gasification zone by recycling the major part of these iron particles in this zone from the heater.



   It is essential, in the implementation of the process of the invention, that the ratio between O2 and the hydrocarbon introduced into the gasification zone is adjusted so that the ratio between CO and CO2 and between H2 and H20 in this zone remains lower than that for which the oxidation of the metal becomes predominant, but at the same time this ratio should be adjusted so as to maintain an oxidation potential of a suitable high value so that the excessive carbon deposition by cracking of the hydrocarbon is reduced.

   The amount of carbon deposited on the iron is critical in that, if excessive amounts of carbon are deposited, the reaction becomes more strongly endothermic, requiring the addition of additional heat to this zone, to carry out the reaction. which also represents a significant heat loss and a loss of reducing gases, the amount of fuel required for the reduction being minimally increased. On the other hand, if the amount of carbon deposited is too low, there is not enough carbon to provide the necessary heat and still leave enough to prevent reoxidation of the reduced iron.



   In a variant of the aforementioned first embodiment, not shown on the next day, a part of the solid particles coming from the cyclone of the transfer duct burner can be directed to the Fe3O4 reduction zone to heat this.

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 .zone without significantly modifying the oxygen content of the iron circulated, For this purpose, the quantity of hydrocarbon fuel introduced into the process can be slightly increased in order to maintain the composition of the gases leaving the Fe3O4 reduction zone at the value equilibrium of C02 / CO and H20 / H2 for the FeO - Fe reduction. Additional fuel can be added,

   either in the FeO reduction zone or else in the Fe304 reduction zone. By operating so that a part of the hot solid particles coming from the cyclone of the transfer duct is routed to the Fe3O4 reduction zone before returning to the FeO reduction zone, it is possible to obtain independent control. the temperature of the Fe3O4 reduction zone. In many cases, this can have considerable benefits.



   The gases leaving the cyclone of the transfer line burner are reducing with respect to the balance between Fe2O3 and Fe304 and serve to accomplish this reduction. The gases leaving the Fe2O3 reduction zone are used in a short contact time preheating cyclone to preheat the starting iron ore sent to the first reduction stage *
It is essential that the hydrocarbon introduced into the FeO - Fe reduction zone is controlled in such a way that the CO2 / CO and H2O / H2 ratios in the outgoing gas remain lower than that for which the oxidation of the metal becomes predominant, and at the same time,

   this ratio must be adjusted so that the oxidation potential remains high enough to reduce sen-

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   Easily the excessive deposition, on the reduced iron, of the carbon formed by cracking of the starting hydrocarbon. The amount of carbon deposited on the iron is critical in that if excessive amounts of carbon are deposited, the reaction becomes more strongly endothermic, requiring additional heat to be supplied to this zone to run the reaction. It also represents a significant loss of heat, which increases the amount of fuel required to carry out the reduction reaction.



   A preferred embodiment of this first embodiment of the present invention requires the direct injection of hydrocarbons into a reduction zone in which the hydrocarbons are cracked and form the reducing gases and in which the iron oxide is. reduced to metallic iron. The reduced iron is covered with a protective carbon coating which prevents reoxidation, and which renders the iron non-pyrophoric, and which also prevents agglomeration and sintering in the reducing zone. The gases formed in this zone serve as reducing gases in the other stages and also constitute the fuel which is burned with a gas containing oxygen to heat the iron in the transfer duct of the burner.

   The heat adsorbed by this far and by the carbon provides the heat necessary for the endothermic reduction and for the cracking reaction carried out in the iron reduction zones. By recycling the iron it reduces more carbon, which is the heat transfer agent from the combustion zone to the

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 reduction zone, and by heating them, the difficulties of separating an inert heat transfer vehicle from the reaction materials are overcome. The iron serving as the heat transfer agent is not reoxidized and is the desired product which is simply removed from the reduction zone. The price of synthesis gas is reduced by the combustion of waste gases to heat the recycled iron.



  The amount of air required and recycled in the process is reduced by using the oxygen contained in the iron oxides to provide the necessary oxygen in the reduction zone.



   In a preferred embodiment of the second mentioned embodiment of the present invention, the hydrocarbons are injected into a gasification zone in which they are partially oxidized with air and are cracked, causing deposition. of carbon on iron reduces and forms reducing gases which reduce iron oxide to metallic iron in the reduction zones. The deposition of carbon formed on the reduced iron prevents its reoxidation, renders the iron produced non-pyrophoric and prevents the agglomeration and sintering of the reduced iron in the gasification zone.



  The gases formed in this zone serve as reducing gases in the reduction zones and the deposited carbon is partially burned with air to heat the recycled iron in the external burner. The heating of the carbon-coated iron provides, on recycling, the heat necessary to carry out the endothermic cracking and reduction reactions which take place.

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 in the gasification and iron reduction zones, respectively. By recycling the drill that is the heat transfer agent, from the combustion zone to the gasification zone and the iron reduction zone, and heating this iron, the requirements and the difficulties encountered in separating an inert agent heat transfer of the reaction products are mitigated.

   Since the heat transfer agent is not reoxidized on contact with the atmosphere thanks to the protective carbon coating, this substance can be extracted from the reduction zone and sent to storage without further processing.



   In fig. 1 of the appended drawing schematically shows the reduction zone, the transfer duct burner, the melting zone and the method of carrying out the first embodiment of the invention.



   The hydrocarbon fuels introduced into the FeO - Fe reduction zone, which are cracked to produce the reducing gases and which reduce FeO to Fe, can be hydrocarbons, normally gaseous, such as natural gas, methane, ethane, carbon. propane, butane or normally liquid hydrocarbons such as gasoline, naphtha, kerosene, light and heavy gua-oils from vacuum distillation, heavy oils, diesel oils, hydrocarbons residuals or similar products. The amount of fuel needed to reduce a specific amount of iron ore depends on the fuel used.

   A preferred fuel is a

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 A heavy liquid hydrocarbon with a low content of sulfur and metals. The gases leaving the reduction zones are partially oxidized in the transfer duct burner with an oxygen-containing gas.



  Usually air is used. Iron ores having varying degrees of purity can be reduced in accordance with the present invention. Reduced ores are generally formed mostly from Fe2O3. Before being sent to the iron ore reduction zone, the ore, and pulverized until it has a particle size such that it can be transformed into fluidized bed and .. \ the reactions can be carried out in dense fluidized beds.
The degree of reduction of iron oxides in the bed into which the hydrocarbons are injected is critical and is carefully controlled. This bed contains FeO subjected to reduction to Fe and large amounts of Fe.

   These substances constitute a catalyst for the cracking of hydrocarbons and the production of reducing and fluidifying gases. The reactions in this zone are controlled in such a way that the products contain 2 to 20% carbon based on iron. The average carbon percentage is controlled so that each particle carries at least some carbon The reduced iron with a carbon coating is taken as a product or is recycled to the transfer duct burner at rates such as the desired percentage of carbon to the iron as well as the composition of the catalyst making it possible to obtain

 <Desc / Clms Page number 21>

 hold the desired reduction are maintained.



   In general, pressures are not considered to be important variables in the process, except that they must be sufficient to maintain proper circulation of solids in the system. In general, the process is carried out at pressures between atmospheric pressure and a (relative) pressure of 10.5 kg / cm2. However. pressures higher or lower than these can be used, if desired. It is not intended to limit the process to particular pressures. In addition, the pressures can be modified according to the reactions carried out in a particular zone so that the gas exerts a reducing or oxidizing action on the reactants, as required.



   The temperature conditions and the ratio between 0 2 and CO and between H2O and H2 in each of the reduction zones as well as in the transfer duct of the burner are critical and will be described in detail. These conditions are set so that the entire process is balanced with respect to endothermic and exothermic reactions, and the heat necessary for the endothermic reactions is generated in the transfer duct burner, in which the main fuel is the gas leaving one of the reducing zones. The reduction of an iron ore can be carried out in one, two or three reducing stages, each stage containing one or more beds.

 <Desc / Clms Page number 22>

 



   By way of illustration of this first embodiment of the present invention, an iron ore is reduced in three stages. During the first stage, the iron ore (Fe203) is reduced to Fe304 at a temperature of 704-8i6 C, although temperatures of 649-982 C can also be used, and at (relative) pressures between 0 and 2.45 kg / cm2, although pressures from 0 to 21 kg / cm2 can also be used.

   Due to the high oxidation state of iron ore, reducing gases containing relatively high amounts of CO2 and H2O can be effectively used to reduce Fe2O3 to Fe3O4. The residual gases from this harness contain CO2 and CO in a ratio of 50 to 300 and preferably 200 to 250 and H2O and H2 in a ratio of 50-250 and preferably 150-200. The higher the degree of reduction of the iron ore, the more critical the concentration of CO2 and H2U in the reducing gases. In the Fe3O4 reduction zone, temperatures of 649 to 871 C can be used, although it is preferred that they are between 704 and 816 C.



  The ratio of CO2 to CO can be 0.2 - 1.5, but it is preferred that it be 0.75 - 1.0. The ratio between H2 and H2O can be 0.2 - 3.0, with a ratio of 0.5-1.0 being preferred. These reports relate to the constituents of the gases leaving this zone. The gases leaving the Fe304 reduction zone have considerable calorific value and are used as the primary fuel sent to the transfer duct burner, where they are partially oxidized with air to

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 providing the heat required to heat the iron particles which are returned to the reduction zone to provide the heat necessary for the endothermic reactions taking place in this zone.



   In the zone of reduction of FeO to Fe, the temperatures are between 704 and 1038 C and preferably between 871 and 982 C. In this zone, the ratio between C02 and CO is adjusted in such a way that it ensures the reduction of FeO to Fe. A ratio of 0.2 - 0.6 is used, with a ratio of 0.2 - 0.4 being preferred. The ratio between H20 and H2 can be equal to 0.2-0.6. Preferably, the ratio between H2O and H2 is maintained at 0.3 - 0.5. The above ratios represent the maximum degree of oxidation of reducing gases that is allowed in this zone and they are also the same for the gases leaving this zone.

   In order not to use excessive amounts of hydrocarbons, the amount of carbon deposited on the reduced iron in this stage is kept at about 0.2-10.0 by weight, based on the weight of iron. Preferably, by tightly controlling the conditions in this stage, an amount of carbon between 3.0 and 6.0% by weight can be deposited on the reduced iron. The amount of carbon deposited on the reduced iron should be hearth just sufficient to prevent agglomeration and sintering, to maintain the iron in a non-pyrophoric condition and to protect the iron from reoxidation in the transfer duct burner.

   Excessive deposition of carbon on iron increases the amount of heat required for cracking to occur and generally results in

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 less efficient reduction and cracking operation. the conditions prevailing in this stage are carefully controlled so that only the minimum quantity of carbon desired is deposited on the reduced iron.



  In addition, the quantity of FeO to be reduced to Fe which is sent to this stage is carefully regulated so that the quantity of oxygen introduced into this zone with FeO is sufficient for a reduction with the cracked products originating from the cracking reaction of the gases. hydrocarbons, in order to produce carbon monoxide and water necessary for the production of reducing gases. By controlling the frame of introduction of FeO in this zone, the temperature and the pressure, the quantity of oxygen supplied with FeO introduced in this zone is sufficient for a reaction with the carbon formed by the cracking of the hydrocarbons, so that only a minimum amount of carbon is deposited on the reduced ore.

   Due to the operation of the fluidized bed reaction, a reduced ore on which is deposited an amount of 3.0 to 6% by weight of carbon, for example, can be quickly removed from this zone and / or be recycled. in the transfer duct burner.



   Essentially, all of the heat required for the reduction and cracking reactions according to the process of the invention is generated in the transfer duct burner. The heat for preheating the air and fuel is supplied ex- later. Part of the heat generated by the burner is adsorbed by Fe coated with carbon.

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 in this burner, and is transferred to the reduction zone in the form of sensible heat given off by the heated and reduced carbon-coated iron which circulates therein.



  Part of the heat is transmitted to the reducing zone via the hot gases exiting the transfer duct of the burner and which are sent to the reduction zone of Fe 2 O 3 to heat the iron oxide in this zone while at the same time. reducing will. The main fuel sent to the burner transfer duct is the gases leaving the Fe-, 0. reduction zone. However, when this is. necessary, additional fuel can be fed into the burner. The concentration of carbon monoxide and hydrogen in the gases from the Fe3O4 reduction zone is relatively high and the heat of combustion of these gases is high.

   These gases are partially oxidized in the transfer duct burner, in which part of 1-carbon monoxide is oxidized to form carbon dioxide and hydrogen is oxidized to form water, giving off considerable amounts. of heat which is adsorbed as sensible heat by the circulating reduced carbon-coated iron. Only enough CO and H2 remain in the gas to reduce Fe2O3 to Fe3O4.



   The gases leaving the transfer pipe burner at very high temperatures are used to supply heat and serve as reducing gases for the Fe2O3 reduction zone. As a result of the very high oxidation state of the ore in

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 In this zone, the relatively high ratio between 002 and CO and between H20 and H2 in the combustion gases leaving the burner has no detrimental effect on this reduction, and the gases however retain sufficient reducing power to reduce Fe203 in Fe3O4.

   The combustion conditions in the transfer duct burner are critical, since it is desired to obtain a combustion of maximum efficiency of the gases leaving the air in order to increase the temperature of the recycled iron, without however oxidizing the carbon coating or reoxidizing the carbon. reduced iron. Reoxidation of the reduced iron does not occur because the carbon coating protects the iron and would preferentially be oxidized before the iron under the conditions in the transfer duct burner.



   In the transfer duct burner, the temperature is maintained at about 760-1204 C, although temperatures of 871-1093 C are preferred during the oxidation of the outgoing gases. This oxidation increases the temperature of the recycled iron from about 55 to
165 C, preferably about 55 - 110 C. The most important factor in preventing reoxidation of the reduced iron in the transfer duct burner is to maintain a very short contact time in that burner.

   The residence time of the reduced iron in the burner is between 0.1 and 2.0 seconds, although periods of 0.1 to 0.5 seconds are preferred, the solid particles and the gases circulating in it. the burner comes into contact and the gases react in a phase condition of gas-solid particles moving

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 violently. The ratio of CO2 to CO in the transfer duct burner is 2.0 - 10.0 and the ratio of H20 to H2 in the transfer duct burner is 1.5 - 25.0. The preferred ratio of CO 2 to CO is 4.0 - 6.0 and the preferred ratio of H2O to H2 is 4.5 - 12.0.



   By carefully controlling the combustion in the transfer duct burner, that is to say the ratios between CO2 and CO and between H2O and H2, as well as the residence time, the outgoing gases are preferentially burned and the iron reduced. is not reoxidized.



  The outgoing gases are returned to the transfer duct burner from the reduction zone with an appropriate CO2 ratio. CO and H2O 11 at a rate of about 561.6 - 811.2 m3 / tonne of iron, preferably at a rate of about 624 - 748.8 m3 / tonne of iron. The air is introduced into the burner at a rate of 1.0 to 1.25 dm3 of air / dm of outgoing gas and preferably at a rate of 1.0 to 1.1 dm3 / dm3 of outgoing gas.



   A reactor with an iron reduction capacity of 90 tonnes / day and comprising three reduction stages may have a diameter of 0.30 m and a total height of 27.5 m. A transfer duct burner intended to provide the heat necessary for carrying out endothermic reactions and which may be useful with such a reaction zone may have a meter of 0.6 to 1.8 m and a height of. 4.5 - 13.7 m. Pumps, valves, heating furnaces, cyclones for separating solid particles from gases, downpipes and risers are used

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 in a manner known in the art.

   The reduction can be made in a 1 or 2 bed system, instead of. operate in a 3-bed system. In addition, the beds can be divided into reduction and preheating sections. The number of beds used to carry out the reduction is outside the scope of the invention.



   The heated solids exiting the transfer duct burner can be returned entirely to the FeO to Fe reduction zone, or can be directed to the Fe293, or Fe3O4 reduction zone. In the latter case, some reoxidation of the circulating solids would occur. Preferably, the heated solid particles are returned entirely to the reduction zone.
FeO. Additionally, additional amounts of hydrocarbon fuel and oxygen can be added to the transfer duct burner to provide the additional amount of heat required for the endothermic reactions.

   However, it is especially preferred to use the gases leaving one of the reduction zones, preferably the Fe304 reduction zone, to save fuel, thus reducing the overall cost of the process. Further, depending on the degree of control desired over the entire process, the iron ore sent to the transfer duct burner may or may not be coated with carbon. However, if it is carbon coated, control of the heater in the transfer duct burner is not necessarily as strict as if it is not.

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 was not coated.



   According to this first embodiment of the invention, a three-stage reduction zone is implemented with an external burner with a transfer duct. In this embodiment, the valves 35, 38 and 39 are closed. In the drawing, there is shown a preheating furnace 1 in which a combustible hydrocarbon, such as light naphtha, which is introduced through a duct 2, is heated to a temperature of about 482 to 53 8 C, but lower than that. at which the naphtha forms coke in the oven. The preheated fuel is then sent to a bed 9 of a reduction vessel 6 via a pipe 2.

   The naphtha is sprayed directly into the fluidized bed containing FeO and Fe, in which the reduced iron acts as a catalyst and cracks the naphtha forming elemental carbon and hydrogen. The cracked products regulate with FeO in the fluidized bed reducing FeO to Fe, while oxidizing carbon to carbon monoxide and carbon dioxide and hydrogen to H2O. Carbon monoxide can further react with H2O to form carbon dioxide and hydrogen, and hydrogen can react with additional FeO to form H2O and Fe.



   The temperature in bed 9 is maintained at about 871 - 982 C. The CO CO2 ratio in this bed is critical and is carefully adjusted and maintained at 0.2 - 0.4 while the H2: H2O ratio in the bed, which is also critical, is maintained at 0.3 - 0.5.



  Additional amounts of FeO are continual-

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 is introduced from bed 11 through a down tube 22 at a rate sufficient to supply the bed with the quantity of oxygen necessary to produce carbon dioxide and H20, the presence of which is required to form the gas. synthesis used in reduction.

   The rate of introduction of FeO is critical, since, if the amount of oxygen introduced into bed 9 in this manner is not sufficient, excessive amounts of carbon are deposited on the reduced ore. Furthermore, the introduction of the fuel must be controlled so as to adjust the balance between heat and materials while maintaining satisfactory combustion of the gases, in order to carry out the described process. The rate of introduction of FeO into bed 9 is controlled using devices well known in the art.

   The rate at which the reduced iron is withdrawn through conduits 23 and / or 25 is such that carbon cannot accumulate in excessive quantities on the reduced ore, and the quantity of reduced iron maintained in bed 9 is controlled by so as to maintain an appropriate ratio of FeO to Fe so that the desired reactions take place.
The cracking and reduction reactions in bed 9 are highly endothermic and a large amount of heat must be supplied to bed 9 to maintain the reaction temperature. Cracked and partially oxidized products such as H2, CO, H2O and CO2 constitute the fluidizing gas used to maintain bed 9 as a dense fluidized bed.

   These gases pass through the bed 9, a space 10 and a fluid grid.

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   di.fication 7 or other suitable device and are introduced into bed 11 where the gases fluidize Fe3O4 contained in this bed, thus maintaining a dense fluidized bed. In this bed, the fluidizing gases reduce Fe3O4 to FeO. Fe3O4 is continuously passed into bed 11 from Fe304 reduction zone 13 through a drop tube 21. The rate of introduction of Fe3O4 into bed 11 is controlled in a manner conventional in the art. In bed 11, CO and H2 contained in the reducing gases are partially oxidized to CO2 and H2O, while reducing Fe304 to FeO.

   Bed 11 is maintained at a temperature of about 704 to 816 C, the ratio between CO and CO2 in this bed is maintained between 0.75 and 1.0 and the ratio between H2 and H2O in this li.t is maintained between 0.5 and 1.0. Only a part of CO and H2 coming from bed 9 and introduced into bed 11 is oxidized to CO 2 and H2O. A considerable amount of CO and H2 remains in this gas. The gas passes into space 12 and leaves it through a conduit 14 to reach ur. cyclone 4, in which the entrained solid particles are separated and returned by a (, wave 42. The gas exiting cyclone 4 is sent to a transfer duct burner 5 with air to heat the sent carbon coated iron. to this burner.



  The transfer duct burner 5 supplies the necessary heat to bed 9 and, in some cases, to bed 13, for the endothermic reduction and cracking reactions carried out in beds 13 and 9.



   In bed 9, the cracked and partial oxidation of the cracked products are carefully controlled.

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   brushed so that the amount of carbon deposited on the reduced iron removed is maintained at about 3.0 to 6.0% by weight, and when this average amount of carbon is deposited on the reduced iron, the latter is removed . Part of the carbon coated iron is taken up through line 23, valve 34 and line 30 and constitutes the product obtained in accordance with the invention. The carbon coating deposited on the iron makes the latter non-pyrophoric and facilitates its handling. The remainder of the carbon coated iron is sent to transfer duct burner 5.

   Combustion air for the burner is introduced through the duct '.' 3 in the preheating furnace 1, in which the air is heated to about 482 to 982 C. The exiting gas in the duct 26 collects the reduced carbon coated iron circulating in the duct 25 and entrains it to through the riser tube 25 to the transfer duct burner 5, where. it comes into contact with the preheated air.



   At the inlet of the transfer duct burner, preheated air from duct 3 is mixed with exhaust gases which contain the reduced carbon coated iron which exits bed 11. In In the transfer duct burner 5, the outgoing gases are partially oxidized by the preheated air and the temperature of the carbon-coated iron particles is thus raised from 55 to 110 C. The burner 5 is operated at a temperature from 871 to 1093 C. The residence time of the carbon coated iron particles in a transfer duct burner ranges from 0.1 to 0.5 seconds.



   The reduced iron heated in the con-

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 transfer unit may or may not be coated with a carbon deposit. However, the conditions for carrying out the heating are less critical if the particles are coated with carbon. In a preferred embodiment, the reduced iron particles are coated with 5-10% by weight carbon. The ratio of CO2 to CO in the transfer duct burner is 4.0 to 6.0 and the ratio of H20 to H2 is 4.5 to 12.0.



  Only a sufficient quantity of air is added to the burner to partially oxidize the outgoing gases so that the reduced iron particles coated with carbon contain the quantity of additional sensible heat necessary for the reactions to take place in bed 9. The The heating which takes place in the burner 5 and the amount of solids circulated must be regulated so as to provide the. heat required to carry out the desired cracking and reduction reactions in bed 9.



   The reducing gases leaving the bed 11 are only partially oxidized in the burner 5 with transfer duct, the gases leaving the top of this burner at the same time as the reduced iron particles being taken up by the duct 32 and introduced into the separator. cy- clone 28. These outgoing gases are at a temperature of
871-1093 C approximately. In cyclone separator 28, the solids are separated and are then returned through line 29 to bed 9 where the hot particles of reduced iron provide the heat necessary for the reactions taking place in that bed. The separated overhead gases exit through a conduit 27 are introduced into

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 a space 36 and pass through a fluidization grid 8.

   The role of the hot gases is to heat, to fluidify and to reduce the iron oxides contained in the bed 13. Since the iron oxides contained in the bed 13 are in a high oxidation state, that is to say in the form of Fe 2 O 3, the outgoing gases which circulate in the line 27 still have sufficient reducing power to reduce the iron by bringing it from this high oxidation state to a lower oxidation state. This is so even though these gases have a relatively high concentration of CO 2 and H 2 O as a result of partial combustion in the transfer duct burner 5. The ratio of CO 2 to CO is between about 4.0 and 6.0 and the ratio of H2O to H2 is between about 4.5 and 12.0.



   The starting iron ore is introduced through line 19 into a reheating cyclone separator
16 or in another suitable contact device in which the starting ore is directly contacted with the hot gases leaving bed 13 and introduced through line 15, and the ore is preheated to a temperature of about 204 to 316 C or higher. The preheated ore is introduced through line 20 into bed 13. The cooled outgoing gases exit from the heating cyclone separator 16 through line 17 and can be used to heat other product streams in the process by heat exchange. indirect.



   In bed 13, Fe203 is reduced to Fe304. The heat necessary to carry out the reduction is supplied mainly by the hot gases introduced through the duct.

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 27. The reduction temperature in bed 13 is about 704-816oC. The ratio between C02 and CO is 200-250 and the ratio between H20 and H2 is approximately 150-200. Iron oxide in the form Fe2O3 which has been reduced to-Fe304 exits bed 13 through the down tube 21 and passes into bed 11, as described above.



  In another embodiment of this first embodiment of the present invention, the reduced ore coated with carbon is sent directly to an iron melting zone 31. In this case, the valve 34 is closed and the valve 35 is open. As for the valves 38 and 39, they can both be partially open, or one can be open while the other is closed. The hot, carbon-coated reduced ore is taken from zone 9 and, instead of being sent to storage through valve 34 and conduit 30, it is sent directly to smelting zone 31 which is maintained. at 1593-16490C by oxidation of the carbon coating of iron reduced to CO and CO2.

   When the carbon undergoes oxidation, it heated the melting zone and melted the spongy iron as liquid metal. The preheated air is introduced into the melting zone through duct 44 to maintain combustion. The outgoing or combustion gases exit through duct 41 and pass through a recovery boiler 37 in which they are brought back to a temperature of 760 to 1093 C. These gases have considerable calorific energy, can be used as fuel and have a reducing capacity.

   The gases at this temperature can be introduced into

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 the burner 5 has a transfer duct, for use as fuels or else to be sent to the Fe203 or Fe3O4 reduction zones for use as preheating and reduction gas.



  In fig. 1, the arrows show that the combustion gases pass through valve 39 and 42 to reach the Fe304 reduction zone and pass through valve 38 and pipe 25 to reach heater 5.



   The function of the recovery boiler is to reduce the temperature of the gases leaving the melting zone from around 1649 C to 760 - 1093 C. The gases can be treated much more easily at lower temperatures. The combustion of the reduced iron carbon coating, which occurs in the smelting zone, and the use of the combustion gases as preheating gases, reducing gases and as fuel, represent a considerable saving in the fuel used. in the process. The liquid iron at about 1649 C is taken through a line 33 and is subjected to further treatment.



  The heat adsorbed in the boiler 37 is used for preheating or is transformed into energy used in the process.



   In fig. 2 of the appended drawing schematically shows the gasification zone, the reduction zones and the transfer duct burner, which correspond to a preferred embodiment of the present invention.



   The hydrocarbon fuel introduced into the

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 gasification zone where it is partially oxidized and cracked to form reducing gases can also consist of a normally gaseous hydrocarbon.



  The amount of fuel required to reduce a specific amount of iron ore depends on the type of fuel that is used and the ore that is subjected to the reduction. Preferably, use is made of a natural gas comprising essentially methane, and normally liquid hydrocarbons such as naphtha.



   Some of the carbon deposited on the reduced ore is oxidized in the external burner by contact with a gas containing nitrogen. In general, air is preferred. Various types of iron can be reduced and, primarily, ores containing Fe2O3 which have been pulverized to a particle size such that they can be fluidized for carrying out dense fluidized bed reactions. The state of reduction of iron in the gasification zone into which the hydrocarbons are injected is important and must be carefully controlled. This bed contains a little FeO being reduced to Fe and large amounts of Fe and carbon. These substances are catalysts for the cracking of hydrocarbons and for the production of reduction and fluidification gases.

   The rate of carbon deposition can be controlled by controlling the ratio of oxygen to carbon in the starting hydrocarbon introduced into the gasification zone. The reaction in this zone is controlled such that 5 to 30% by weight of carbon, based on the reduced iron, is uniformly deposited.

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 on reduced iron. The reduced iron provided with a carbon coating is taken as a product and is recycled to the external burner at such rates that the same average percentage of carbon is maintained on the iron and that the catalyst composition which enables the setting to be maintained is maintained. carrying out the desired reduction and cracking reactions.



   Pressures, as mentioned, are generally not considered to be an important variable with respect to the process, except to the extent necessary to maintain proper circulation of solids in the system. In general, the process is carried out at pressures comprised substantially between atmospheric pressure and 10.5 kg / cm2 (relative pressures). However, significantly higher pressures can be used if desired.



  It is not intended to limit the scope of the present invention to particular pressures. In addition, the pressures can be varied depending on the reaction being carried out in a particular zone, such that the gas is oxidizing or reducing to a particular reactant, as required.



   The temperature conditions and the relationship between CO and CO 2 and between H2 and H2O in the gasification zone as well as in each of the reduction zones and in the external burner are critical and will be described in detail. These conditions are set in such a way that the whole process is balanced with regard to endothermic and exothermic reactions, and the heat required for the reactions.

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 endothermic is generated in the external burner which uses as fuel some of the carbon deposited on the reduced iron. Iron drafting can take place. in one, two or three reduction zones (or stages). The present invention will be described with respect to the use of two reduction zones.



  In the first zone or first stage, the iron ore (Fe2O3) is reduced to FeO at a temperature of 538 to 982 C, although one can also use temperatures of 593 to 871 C, and at pressures of 0 to 7 kg / cm2, although pressures of 0 to 1.4 kg / cm2 may also be suitable. Due to the high oxidation state of iron ore, reducing gases containing relatively large amounts of CO2 and H20 can be used effectively to reduce Fe203 to FeO. In this stage, the reducing gases contain CO and CO2 in a ratio of 2-6 and preferably 3-5, and H2 and H2O in a ratio of 1-4 and preferably 2-3.



   The higher the degree of reduction of the iron ore, the more critical the concentration of CO2 and H2O in the reducing gases becomes. In the FeO to Fe reduction zone, temperatures can range from 538 to 982 C, although temperatures from 593 to 871 C are preferred, and pressures can range from 0 to 7 kg / cm2, pressures of 0 to 1.4 kg / cm2 being preferred. The ratio of CO to CO 2 can be 20-100, although ratios of 40-80 are preferred. The ratio between H2 and H2O can be 20-100, with a ratio of 50-90 being preferred.

   Gas

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 exiting the second FeO e reduction stage: Fe have considerable reducing power and are used to reduce Fe203 to FeO in the first reduction stage.



   In the gasification zone, the temperatures are between 760 and 1093 C and preferably between 816 and 982 C. To avoid an excessive consumption of hydrocarbon fuel, the quantity of carbon deposited on the reduced iron in this stage is maintained at 10-30% by weight, based on reduced iron. Preferably, by tightly controlling the conditions in this stage, a percentage of 20 to 25% by weight, based on the reduced iron, can be deposited on the iron.

   The amount of carbon deposited on the reduced iron in the gasification zone must be sufficient to provide the fuel necessary for burning in the external heater, and that enough n remains to prevent agglomeration and sintering of the reduced ore. in the gasification zone., to maintain the reduced iron constituting the product in a non-pyrophoric state and to protect the iron from reoxidation in the external burner. However, an excessive deposition of carbon on iron represents a loss of reducing gases, an increase in the amount of heat required to perform cracking, and generally a less efficient reduction and cracking operation.



   The reaction conditions in the gasification zone are carefully controlled so that only the minimum excess amount of carbon required is deposited on the reduced iron. The relationship between
O2 contained in combustion gases and carbon con-

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 held in the starting hydrocarbon introduced into this zone is carefully controlled, so that the desired amount of carbon is deposited. This O2 carbon ratio can be 0.02 to 0.4, but is preferably 0.05 - 0.20. By controlling the amount of O2 sent to the gasification zone, there is sufficient oxygen to react with only a portion of the resulting carbon. cracking of the hydrocarbon, so that the desired amount of residual carbon is deposited on the reduced ore.

   Due to carrying out this reaction in a fluidized bed, ore with a carbon coating can be efficiently and continuously withdrawn from this zone and be sent to the external burner or be stored.



   Most of the heat required to carry out the reduction and cracking reactions of this process is generated in the external burner. This heat is transferred to the iron ore reduction zone and / or the gasification zone in the form of sensible heat transmitted to the reduced and heated iron, coated with carbon, from the transfer duct burner. The primary fuel sent to the transfer duct burner is carbon deposited on the reduced ore.

   When carbon has formed CO and CO2 by oxidation, it provides a certain amount of heat, Part of the carbon coating is oxidized in the external burner, which generates a considerable amount of heat which is absorbed in the form of heat. sensitive by reduced iron coated with carbon.



  The gases leaving the external burner are at. tempera-

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 very high tures and are used to preheat the starting iron ore.



   The oxidation conditions in the external burner are critical, as it is desired to achieve maximum efficient combustion of only a portion of the carbon liner with air to raise the temperature of the recycled iron. and do not oxidize the reduced iron. The reoxidation of the reduced iron is kept to a minimum, since only part of the carbon coating burns and the remaining carbon protects the iron and would preferentially be oxidized first under the conditions in the external burner. The critical feature with regard to the operation of the burner is the maintenance of an extremely short residence time of the carbon coated particles in the burner.

   In it, the temperature is maintained at about 927 - 1371 C and, preferably, at 982 - 1204 C.



   The burner operates at a (relative) pressure of 0 to
3.5kg / cm2 and preferably from 0 to 1.4 kg / cm2. This oxidation increases the temperature of the recycled iron by about 38 to 260 C, preferably 93 to 204 C. The residence time of the reduced iron in the transfer duct burner is short, and is usually 0.1. to 5.0 seconds, although periods of 0.4 to 1.0 seconds are preferred. The solids and gases in the burner react in a dispersed solid phase.



   The amount of excess air in the burner is set to 0 - 20%. The preferred amount of excess air is 0-10%. The amount of excess air is calculated from the amount of carbon burned.

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 The amount of total carbon present is much higher but the contact time is too short to allow complete combustion of the carbon.



   The amount of carbon burnt in the transfer duct burner is 0.06 to 0.20 ton / ton of reduced ore, preferably 0.08 to 0.15 ton / ton of reduced ore. This represents 2 to 8%, by weight, preferably 4 to 6% by weight, of the deposited carbon which is burnt to form CO and CO2. An amount of heated iron particles of about 16 to 22 tons, per ton of reduced ore, is recycled to the reactor from the heater.



   For an installation producing 90 tonnes of reduced ore per day, which uses a three-stage reactor having a diameter of 2.4 m and a height of 9 m and containing two reaction zones and a gasification zone 9, beds 2.4m high fluids can be used. The external burner required for the endothermic reactions will in this case be 0.60 m in diameter and 9 m in height. Pumps, furnaces, heaters, cyclones for separating solids from gases, down pipes providing connection and risers, can be used in a manner common in the art.



  The number of beds used in carrying out the reduction reaction is outside the scope of the invention. The heated solids from the external burner can be returned entirely to the gasification zone or a part of these materials can be sent to the Fe / PeO zone. An amount

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      Additional fuel hydrocarbon or flue gas from a reduction zone can be introduced into the transfer duct burner to provide additional heat to the circulating iron. However, it is preferred to burn only the deposited carbon.



   In accordance with a preferred embodiment of this second embodiment of the invention, two reduction stages are used in conjunction with an external transfer duct burner. A combustible hydrocarbon such as naphtha is introduced into a preheating furnace where it is preheated to a temperature of about 482 to 538 ° C, and in any case lower than that at which the naphtha crackles. The preheated fuel is then sent through a pipe 104 (fig. 2) to a gasification zone.
109 from a reduction vessel 106 with the aid of a suitable liquid distribution device, together with preheated air 538 C which is introduced through a duct 103 falls.

   The naphtha is sprayed directly into a fluidized bed containing carbon coated iron.



   The reduced er acts as a catalyst and cracks the naphtha into elemental carbon and oxygen, while the O2 in the air partially oxidizes the hydrocarbons or hydrogen to form CO and H2O. Carbon monoxide can also react with H2O to form carbon dioxide or hydrogen and it can further react with residual FeO to form carbon dioxide or hydrogen and it can also react with
Residual FeO to form carbon dioxide and Fe.



   The temperature in zone 109 is maintained at approximately
816-982 C and the pressure at about

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   0 - 1.4 kg / cm2. The rate of introduction of the air is sufficient to supply the bed with the quantity of oxygen necessary to form carbon monoxide intended for the production of the synthesis gas. The air intake rate is critical because, if. not enough oxygen is introduced into zone 109, the quantity of heat supplied by the external burner will not be high enough to maintain the cracking reaction and if too much oxygen is introduced, it does not deposit carbon.



   The rate of introduction of Fe into zone 4,109 is controlled by an appropriate valve mounted in down tube 122 and which is not shown. The extraction of the reduced iron in zone 109 is regulated through line 124 such that the amount of residual FeO contained in the reduced product has a satisfactory low value, usually less than 10%. and the amount of reduced iron in zone 109 is controlled so as to maintain a good carbon coating to protect the reduced iron from reoxidation in the outer burner.

   The cracking and reactions carried out in zone 109 are highly endothermic and a large amount of heat must be supplied to this zone to maintain the reaction temperature at 816-982 0. The cracked product partially oxidized, air CO and H2 and small amounts of heat. quantities of H20 and CO2 constitute the fluidizing gas used to maintain a dense and fluidized bed in zone 109,
The fluidizing gases flow upwards in the bed, and pass through the space 110 and the grid

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 fluidization 107 or another suitable gas distributor, then they pass into bed 111 in which the gases fluidize Fe contained in this bed,

   maintaining it in the form of a dense fluidized bed. In this bed, the fluidizing gases reduce FeO to Fe. The down tube 121 allows the continuous introduction of FeO from the bed of Fe2O3, 113. The rate of introduction of FeO into the bed 111 is controlled by an appropriate valve. , not shown. In bed 111, the carbon monoxide, and H2 contained in the reducing gases are partially oxidized to CO2 and H2O, while FeO is reduced to Fe.

   Bed 111 is maintained at a temperature of 593 to 871 and at a (relative) pressure of 0 to 1.4 kg / cm2 and, in this bed, the ratio between 00 and CO2 is between 3 and 5 and the ratio between H2 and H20 is between 2 and 3. Only a small part of 00 and H2 coming from zone 109 and introduced into bed 111 is subjected to the oxidation to CO2 and H2O. There is a considerable amount of residual 00 and H2 in the gas which breaks in the space 112 for the gases and which passes through the fluidization grid 151 to pass into the bed 113 in which it reduces Fe2O3 to FeO.



     @ Transfer duct burner 105 is a preferred heat delivery device for zone 109 and bed 111 for endothermic reduction in bed 111 and endothermic cracking reactions in bed 109. In the latter , the cracking and the partial oxidation of the cracked products are carefully controlled so that the amount of carbon deposited on the reduced iron which comes out through the

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 duct 124 is maintained at a value of about 20 to
25% by weight based on the iron and, when this average amount of carbon has been deposited on the iron, the latter is then recovered. Some of the carbon coated iron exits through conduit 124 and is the desired product in the process.

   The carbon coating formed on iron renders it non-pyrophoric when exposed to the atmosphere and allows it to be handled more easily. The remainder of the carbon coated iron is returned through conduits 124, 125 and 143 to transfer conduit burner 105. The combustion air for the burner is preheated to a temperature of about 482 to 53800. The air collects the reduced carbon coated iron in duct 125 and carries it through riser 143 to burner 105. to transfer duct. In this burner, the carbon is oxidized by the preheated air to form CO and CO2 'which increases the temperature of the carbon coated particles to approximately 110 to 220 C.

   The transfer duct burner operates at a temperature of about 982 1204 C and a (relative) pressure of about 0 to 1.4 k / cm. The residence time of the carbon coated iron particles in the burner is about 0.4 to 1.0 seconds.



   In a preferred embodiment of this second embodiment, the reduced iron particles are coated with 10 to 30% by weight of carbon, at the iron base. The quantity of carbon revolving the particles is critical because, if this quantity is excessive, this corresponds to a loss in terms of fuel efficiency and in terms of fuel efficiency.

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 quantity of reducing gas formed. On the other hand, if the carbon coating is too small, it is not sufficient to supply the fuel intended for the burner and to protect the iron from reoxidation in the burner. The amount of excess oxygen in the burner is approximately 0-10%.

   Sufficient excess air is added to said burner so that the reduced iron particles coated with carbon receive a sufficient amount of sensible heat to provide the necessary heat for zone 109 and bed 111. The reduced iron particles thus coated with carbon are circulated at a rate sufficient to transmit this heat to zone 109 and bed 111. The degree of heating in the burner 105 and the amount of recycle can be adjusted so as to provide the heat necessary for the heating. performing the desired cracking and reduction reactions in zone 109 and bed 111.

   The gases exiting the head of the transfer duct burner 105 and being at a temperature of 982 to 1204 C are collected together with the heated reduced iron particles and exit through a duct 132 and then pass into a cyclone separator.
128. These gases are at a very high temperature. In the cyclone separator 128, the solids are separated and they are then returned through the conduits
129, 145 and 146 in zones 109 and 111 in which the hot iron particles provide the heat necessary for the endothermic reactions. The separated overhead gases exit through line 127 and serve to preheat the starting ore.

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   The starting ore is introduced at a temperature of about 25 ° C. into a preheating cyclone separator 116 in which the ore is directly contacted with the hot outgoing gases coming from the transfer duct burner 105 and introduced through the duct 127, and the ore is preheated to a temperature of 538 to 871 C. The preheated ore is introduced through line 120 into bed 113. The partially cooled gases leaving the preheating cyclone separator 116 through line 117 can be used by means of indirect heat exchange to heat other product streams in the process.

   In bed 113, Fe203 is reduced to FeO. The heat necessary to carry out the reduction comes mainly from the sensible heat of the reducing gases leaving the bed 111 and, in a complementary way, from an injection of air through the duct 154 which determines an increase in temperature thanks to the combustion of part of the reducing gases. In bed 113, the temperature is about 593 to 871 C and the pressure (relative) is about 0 to 1.4 kg / cm2. The ratio between 00 and CO2 is 0.3-1.6 and the ratio between H2 and H2O is 0.2 - 2.5. From bed 113, reduced FeO passes into bed 111 via down tube 121, as already explained.



   The outgoing gases from space 153 passing through conduit 152 have a considerable amount of waste heat and can be used for heat exchange to heat product streams in the process. These gases

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 will normally also be used as fuel.



  They could also be cooled and condensed to remove H2O, then treated to remove CO2 and recycled to bed 109 or bed 111 to provide additional reducing gases.



   The above discussion relates only to two preferred embodiments of two embodiments of the present invention. In the drawing, the pumps, valves, cyclone separators and various apparatuses of the heat exchange plant have been omitted to simplify the representation, but these apparatus are used in a manner known in the art.



   The reduced iron which constitutes the product and is coated with 2 to 10% carbon, iron obtained in accordance with the first embodiment of the present invention, can be easily handled and stored because, under this condition, it does not. is not pyrophoric. This product constitutes perfect synthetic waste and can be used as waste in conventional steel mill processes. Liquid iron can be used directly in a steel making process.



   The recycling of carbon coated iron in accordance with the second embodiment of the present invention allows internal removal of sulfur which may be present as FeS and which may be due to the use of a hydrocarbon fuel containing carbon. sulfur for gasification. During the gasification of the hydrocarbon, sulfur is released and is adsorbed by the reduced iron forming, in the

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 gasification zone, FeS which is recycled to the external transfer duct burner. In the latter, the sulfur contained in the iron is released in the form of H2S. Fe is returned to the reactor. H2S is taken from the system with the combustion products formed in the transfer duct burner.

   Reduced and sulfur-free iron can be obtained by taking the product from the final reduction zone 111 through line 114. In cases where sulfur is not a problem of critical importance, the reduced sulfur-free and coated iron. of carbon can be obtained by taking the product from the gasification zone 109 through the conduit 124.



   The present invention will be better understood on reading the following nonlimiting examples.
 EMI51.1
 : .E ± .P1JLl It is preheated to about bzz0 "in naphtha 14our boiling between 38 and 204 C, and it is introduced into a reduction zone containing FeO and metallic iron.



  The light naphtha is introduced into the reduction zone at a rate of about 0.225 kg / tonne of reduced far ore obtained. The reduction zone in question operates at a temperature of 982 C. Under these conditions, the starting naphtha is cracked into hydrogen and elemental carbon. Elemental carbon joins together with the v-gene in FeO to form carbon monoxide and carbon dioxide, and the hydrogen reacts with the oxygen in carbon dioxide or FeO to form H2O. The latter can still react with CO to

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 form CO2 and hydrogen. These reactions are simultaneous and the amount of each of the products present depends on the reaction conditions.

   The ratio of CO 2 to CO in the reaction zone is about 0.211 and the ratio of H 2 O to H2 is 0.346. The conditions of the reaction are such that 5.5% carbon is deposited on the reduced ore. The gases leaving the FeO / Fe reduction zone at a temperature of about 982 C. The hot gases leaving the FeO reduction zone and hot Fe3O4 leaving the Fe2O3 reduction zone provide the heat necessary for the reduction of Fe3O4 to FeO.

   700 m3 of combustion gas are taken, per tonne of ore, in the Fe3O4 reduction zone, at a temperature of approximately 7600C and this gas is sent to the external burner with transfer duct in which it is partially oxidized thanks to to the addition of air in the burner at the rate of 764.5m3 of air / tonne of reduced ore.



   In the transfer duct burner the temperature of the reduced carbon-coated iron is increased by 68 C over the temperature of the iron in zone 9. The residence time of the iron ore in the transfer duct burner is d. 'about 0.2 seconds. The combustion gases leaving the burner are introduced into the Fe2O3 reduction zone where they heat this bed and serve as reducing gases to reduce Fe203 to Fe3O4. These gases are at a temperature between about 1038 and 1093 C and provide the heat necessary to carry out the endothermic reaction in the reduction zone. The heated iron is

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 sent to the FeO - Fe reduction zone at a rate of 59,500 kg of Fe / tonne of reduced iron obtained.

   About 1310.5 m3 of gas, per tonne of ore reduced, exit the cyclone separator and are introduced into the Fe2O3 reduction zone. The gases exiting at the head of the Fe2O3 reduction zone, at a temperature of about 649 to 760 0, are used to preheat the ore sent to the Fe2O3 reduction zone lice to raise its temperature from about 25 C to about 204 - 316 C.



   The indications in the table below show the savings in fuel and air that can be achieved when directly injecting hydrocarbons using the general means of the transfer duct burner, in comparison with the direct injection of hydrocarbons and air in the reduction zone to obtain the heat necessary for carrying out the exothermic reactions.



    T A B L S A U
 EMI53.1
 
<tb>
<tb> Case <SEP> Direct <SEP> injection <SEP> Injection
<tb>
 
 EMI53.2
 of hydrocarbons and direct and
 EMI53.3
 
<tb>
<tb> air <SEP> in <SEP> the <SEP> burner <SEP> to <SEP>
<tb> <SEP> zones of <SEP> reduction <SEP> leads <SEP> of
<tb> without <SEP> burner <SEP> to <SEP> con- <SEP> transfer
<tb> duit <SEP> from <SEP> transfer
<tb> Air <SEP> required, <SEP> m3 / tonne
<tb> of <SEP> iron <SEP> 1319.8 <SEP> 731
<tb> Fuel <SEP> sent
<tb> in <SEP> the <SEP> zones <SEP> of <SEP> reduction, <SEP> large <SEP> calories / ton <SEP> of <SEP> iron <SEP> 3400 <SEP> 2300
<tb>
 
One can easily see, by examining the table above,

   that the air requirements when using the general means of a gas burner

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 transfer fluid are reduced by about half and the requirements on the hydrocarbon required for carrying out the reaction are reduced by about
1/3, which represents considerable savings in expenses for fuel and air introduced into the process and which also represents a reduction in the dimensions of the installation, since smaller volumes of material are put into circulation. This process greatly reduces the cost of syngas and the amount of fuel required, making the process more efficient, economical and practical.



    Example II
A light C5-C6 naphtha boiling between 49 and 82 C is preheated to about 527 C and is introduced into a gasification zone containing metallic iron and carbon. The light naphtha is introduced into the gasification zone at a rate of approximately
600 kg / tonne of reduced iron ore constituting the; produced, along with 750-875 dm3 of air per kg of naphtha. The gasification zone operates at a temperature of about 871 C and a (relative) pressure of about 0.7 kg / cm2; Under these conditions, the starting naphtha undergoes partial oxidation giving CO, CO2, and H20 and undergoes cracking forming hydrogen and elemental carbon.

   Elemental carbon reacts with oxygen in air to form carbon monoxide, and hydrogen reacts with oxygen in carbon dioxide or with that in air to form H2O. Again, H20 can react with CO to form CO2 and

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 hydrogen. These reactions are simultaneous and the amount of each of the products depends on the reaction conditions. The ratio of O2 to C in the starting light naphtha is about 0.1. The gasification reaction is carried out so that approximately 24% by weight of carbon is deposited on the reduced ore.

   In the gasification zone, 455,650 koal per tonne of reduced ore is required, and in the reduction zone from FeO to Fe; it takes 272,280 kcal / tonne to carry out the reduction reaction in this zone The combustion gases from the gasification zone exit at a temperature of about 871 C and are introduced into the reduction zone from FeO to Fe. The temperature in this latter reduction zone is about 871 C and the pressure (relative) is 0.42 kg / cm2.

   The hot gases leaving the gasification zone, as well as FeO cnaud leaving the reduction zone of Fe3O4 to FeO and the solids leaving the burner provide the calories necessary to reduce FeO to Fe.

   The flue gases leaving the FeO reduction zone are at a temperature of 87100 and are sent to the Fe2O3 reduction zone where they are oxidized by Fe2O3 while reducing Fe2O3 to Fe304 and FeO. An amount of additional heat in this zone by injecting air which oxidizes part of the reducing gases, In the transfer duct burner,

     145 50 kg of carbon deposited on the reduced iron coated with carbon are burnt by 1685 m3 4'air preheated per tonne of reduced ore constituting the product and a quantity of approximately

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 19 tonnes of iron particles per tonne of reduced ore is recycled. In the transfer duct burner, the temperature of the reduced carbon coated iron is increased by about 168 C. The residence time of the iron ore in this burner is about 0.5 seconds. The flue gases leaving the transfer duct burner contain CO2 and nitrogen at a very high temperature and are used to preheat the feedstock.

   These gases are at a temperature of about 1093 C and preheat the starting minor to about 5380C The hot gases containing the hot reduced ore entrained out of the transfer duct hole are introduced into a cyclone separator in which the gases are separated from iron ore. The hot solids are recycled to the ferrous iron oxide reduction zone and the gasification zone at a recycling rate of approximately 19 tonnes per tonne of reduced ore obtained.



   The process described above makes it possible to solve many difficulties of the processes known in the prior art for the reduction of iron ores by direct injection of hydrocarbons by the fluidized bed technique. However, the general means of the transfer duct burner can be used in other direct reduction processes for iron ores, whether the reducing gases are formed by direct injection of hydrocarbons or whether they are formed in a zone. separate gasification.



   The main features of the present invention reside in the extraction of reduced iron or iron

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 reduced carbon coated in the zones of reduction of ferrous iron oxide or gasification, respectively, in the heating of this iron in an external heating zone, in the recycling of the heated reduced iron in the zone of reduction of FeO in Fe and / or in the gasification zone to obtain the necessary heat for the endothermic cracking and reduction reactions. This technique solves the problems of supplying large quantities of heat in the reduction and gasification zones and overcomes the difficulties presented by the operation consisting in separating from the product obtained the particles of the inert substance serving as an agent of heat transmission.

 

Claims (1)

REVENDICATIONS 1.- Procédé de réduction directe d'oxydes de fer en fer métallique en contact de ces oxydes avec des gaz réducteurs, où la réaction de réduction est sensiblement endothermique et nécessite l'apport de grandes quantités de chaleur, caractérisé en ce qu'il consiste à prélever une partie du fer réduit, à l'envoyer dans une zone de chauffage externe, 4 chauffer le fer réduit jusqu'à une température élevée, et à recycler ce fer dans la zone de réduction, ce qui fournit à la zone de réduction dù fer une quantité de chaleur supplémentaire suffisante pour mettre en oeuvre la réaction de réduction désirée. CLAIMS 1.- Process for the direct reduction of iron oxides to metallic iron in contact with these oxides with reducing gases, where the reduction reaction is substantially endothermic and requires the input of large quantities of heat, characterized in that ' it consists of taking some of the reduced iron, sending it to an external heating zone, 4 heating the reduced iron to a high temperature, and recycling this iron to the reduction zone, which supplies the zone reduction of the iron sufficient additional heat to effect the desired reduction reaction. 2.- @@océdé suivant la revendication 1, aracté risé en ce que la quantité du fer réduit envoyée dans la zone de chauffage externe et recyclé dans la. zone de réduction est teille que l'apport de chaleur supplémen- taire soit suffisant pour la réduction *des oxydes de fer en fer métallique. 2.- @@ method according to claim 1, characterized in that the amount of reduced iron sent to the external heating zone and recycled to the. reduction zone is such that the additional heat input is sufficient for the reduction * of iron oxides to metallic iron. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce qu'on injecte directement un combustible hydrocarbure dans la zone de réduction dans laquelle il subit un craquage, et les produits claqués réagissent avec l'oxyde de fer pour former des gaz réducteurs qui réduisent l'ox/de de fer en fer métallique. 3. A method according to claim 1, characterized in that a hydrocarbon fuel is injected directly into the reduction zone in which it undergoes cracking, and the broken products react with the iron oxide to form reducing gases. which reduce the ox / de iron to metallic iron. 4.- Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce qu'on 'Injecte directement un combustible hy- drocarburé dans une zone de gazéification dans laquelle il est craqué et les produits craqués réagissent pour . "former des gaz réducteurs quï réduisent former des gaz réducteurs qui réduisent l'oxyde de fer en fer métallique. <Desc/Clms Page number 59> 4. A process according to claim 1, characterized in that a hydrocarbon fuel is injected directly into a gasification zone in which it is cracked and the cracked products react to. "To form reducing gases which reduce To form reducing gases which reduce iron oxide to metallic iron. <Desc / Clms Page number 59> 5,- Procédé de réduction directe des minerais de fer suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4 dans lequel les oxydes de fer sont réduits en fer métallique, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre à un craquage endothermique un combustible hydrocarbure et à soumettre à une réduction endothermique des oxydes de fer pour former du fer métallique, dans une zone de réduction? en l'absence d'oxygène libre, dans des conditions réductrices telles qu'il se forme du carbone et de l'hydrogène au cours du craquage et que du carbone soit déposé de façon uniforme sur les particules de fer métallique réduit, 5, - A method of direct reduction of iron ores according to one or other of claims 1 to 4 wherein the iron oxides are reduced to metallic iron, characterized in that it consists in subjecting to endothermic cracking a hydrocarbon fuel and subject to endothermic reduction of iron oxides to form metallic iron, in a reduction zone? in the absence of free oxygen, under reducing conditions such that carbon and hydrogen are formed during cracking and carbon is deposited uniformly on the particles of reduced metallic iron, une partie des particules revêtues de carbone étant prélevée et envoyée dans une zone de chauffage externe dans laquelle ces particules sont mises en contact avec un gaz contenant de l'oxygène et un gaz de combustion provenant d'une zone de réduction, ce qui détermine l'oxydation d'una partie des gaz résiduels, les particules de fer revêtues de carbone et se trouvant ainsi chauffées étant recyclées dans la zone de réduction pour fournir la chaleur nécessaire sous forme de chaleur sensible des particules chauffées en vue de l'exécution des réactions endothermiques dans cette zone, 6.- Procédé de réduction directe des Minerais de fer suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4 dans lequel les oxydes de fer sont réduite en far métallique, a part of the carbon coated particles being taken and sent to an external heating zone in which these particles are contacted with a gas containing oxygen and a combustion gas from a reduction zone, which determines the oxidation of a part of the residual gases, the iron particles coated with carbon and thus being heated being recycled in the reduction zone to provide the necessary heat in the form of sensible heat of the heated particles for carrying out the reactions endothermic in this zone, 6.- A method of direct reduction of iron ores according to one or the other of claims 1 to 4 in which the iron oxides are reduced to metallic far, caractérisé en ce qu'on soumet un combustible hydrocarbure à un craquage endothermique et à une oxyda- tion partielle dans une zone de gazéification et on soumet les oxydes de fer à une réduction endothermique <Desc/Clms Page number 60> pour former du fer métallique dans une zone de réduction dans laquelle règnent des conditions réductrices, du carbone et de l'hydrogène étant formés au cours de la réaction de craquage et le carbone étant uniformément déposé sur les particules de fer métallique réduit, on prélève une partie des particules revêtues de carbone et on les envoie dans une zone de chauffage externe dans laquelle ces particules sont mises en contact avec un gaz contenant de l'oxygène et dans laquelle une partie du carbone est soumise à une oxydation exothermique, ce qui chauffe les particules de fer revêtues de carbone, characterized in that a hydrocarbon fuel is subjected to endothermic cracking and partial oxidation in a gasification zone and the iron oxides are subjected to endothermic reduction <Desc / Clms Page number 60> to form metallic iron in a reduction zone in which reducing conditions prevail, carbon and hydrogen being formed during the cracking reaction and the carbon being uniformly deposited on the particles of reduced metallic iron, a sample is taken. part of the carbon-coated particles and sent to an external heating zone in which these particles are contacted with an oxygen-containing gas and in which part of the carbon is subjected to exothermic oxidation, which heats the particles. carbon coated iron particles, et on recycle ces particule dans @@ zone de gazéification et de réduction pour fournir la chaleur nécessaire sous forme de chaleur sensible des particules chauffées en vue de l'exécution des réactions endothermiques dans ces zones. and these particles are recycled to the gasification and reduction zone to provide the necessary heat in the form of sensible heat of the heated particles for carrying out the endothermic reactions in these zones. 7.- Procédé de réduction directe suivant la revendication 1, pour réduire des oxydes de fer en fer métallique, caractérisé en ce qu'il consiste: (1) à gazéifier un combustible hydrocarbure dans une zone de réaction, à une température élevée, avec l'oxygène contenu dans les oxydes de fer, afin de former de l'hydrogène et du carbone, ainsi que des produits d'oxydation de l'hydrogène et du carbone, cette réaction étant mise en oeuvre dans un lit fluidifié dense d'oxydes de fer et 'de particules de fer réduit, le carbone formé lors de la réaction de gazéification étant déposé uniformément sur le fer réduit; 7. A direct reduction process according to claim 1, for reducing iron oxides to metallic iron, characterized in that it consists: (1) in gasifying a hydrocarbon fuel in a reaction zone, at an elevated temperature, with the oxygen contained in the iron oxides, in order to form hydrogen and carbon, as well as oxidation products of hydrogen and carbon, this reaction being carried out in a dense fluidized bed of oxides iron and reduced iron particles, the carbon formed in the gasification reaction being deposited uniformly on the reduced iron; (2)mettre en contact, dans ladite zone de réaction, les gaz provenant de la réaction de gazéi- fication et comprenant de grandes quantités de 00. et H2, <Desc/Clms Page number 61> avec lesdits oxydes de fer, et à soumettre ces oxydes 4 une réduction endothermique donnant du fer métallique tout en oxydant partiellement les gaz réducteurs; (2) contacting, in said reaction zone, the gases originating from the gasification reaction and comprising large quantities of 00. and H2, <Desc / Clms Page number 61> with said iron oxides, and subjecting these oxides 4 to an endothermic reduction yielding metallic iron while partially oxidizing the reducing gases; (3) à fournir la chaleur nécessaire pour les réactions endo- thermiques de gazéification et de réduction en prélevant dans la zone de réaction précitée une partie des parti- cules de fer réduit revêtues de carbone et en envoyant ces particules dans un brûleur externe, ce qui fait qu'elles sont mises en contact avec un gaz contenant de l'oxygène et avec des gaz de combustion provenant d'une zone de réduction de l'oxyde de fer ferreux, gaz qui contiennent H2 et CO, une partie de ces gaz brûlant pour former H20 et C02 en engendrant une grande quantité de chaleur qui est adsorbée sous forme de chaleur sensible par les particules de fer réduit revêtues de carbone dont la température se trouve ainsi portée au-dessus de la température régnant dans la zone de réaction; (3) to provide the heat necessary for the endothermic gasification and reduction reactions by taking from the aforementioned reaction zone a part of the reduced iron particles coated with carbon and sending these particles to an external burner, this which causes them to come into contact with a gas containing oxygen and with combustion gases from a zone of reduction of ferrous iron oxide, gases which contain H2 and CO, part of these gases burning to form H2O and CO2 by generating a large quantity of heat which is adsorbed in the form of sensible heat by the reduced iron particles coated with carbon, the temperature of which is thus raised above the temperature prevailing in the reaction zone; (4) à recycler les particules de fer réduit ainsi chauffées et sortant du brûleur dans une zone de réaction, pour four- nir la chaleur nécessaire pour les réactions endothermi- mises ques, qui y sont en oeuvre. (4) recycling the particles of reduced iron thus heated and leaving the burner in a reaction zone, in order to supply the heat necessary for the endothermic reactions which are carried out there. 8.- Procédé de réduction directe suivant la re- vendication 1, pour réduire des oxydes de fer en fer métallique, caractérisé en ce qu'il consiste : (1) à ga- zéifier un combustible hydrocarbure dans une zone de ga- zéification, à une température élevée, avec un gaz con- tenant de l'oxygène, pour former de l'hydrogène et du carbone ainsi que des produits d'oxydation de l'hydro- gène et du carbone, cette gazéification étant mise en oeuvre dans un lit fluidifié dense de particules de fer <Desc/Clms Page number 62> réduit sur lesquelles le carbone formé lors de la gazéification est déposé uniformément,'(2) 8.- Direct reduction process according to claim 1, for reducing iron oxides to metallic iron, characterized in that it consists: (1) in gasifying a hydrocarbon fuel in a gasification zone, at an elevated temperature, with a gas containing oxygen, to form hydrogen and carbon as well as oxidation products of hydrogen and carbon, this gasification being carried out in a dense fluidized bed of iron particles <Desc / Clms Page number 62> reduced on which the carbon formed during gasification is deposited uniformly, '(2) à envoyer les gaz formés dans cette zone de gazéification et comprenant de grandes quantités de CO et de H2 dans une zone de réduction des oxydes ferreux dans laquelle un lit fluidifié d'oxydes ferreux est mis en contact avec les gaz réducteurs et est réduit en fer métallique par une réaction endothermique, tandis qua les gaz réducteurs se trouvent partiellement oxydés; to send the gases formed in this gasification zone and comprising large quantities of CO and H2 in a zone for reducing ferrous oxides in which a fluidized bed of ferrous oxides is contacted with the reducing gases and is reduced to iron metallic by an endothermic reaction, while the reducing gases are partially oxidized; (3) à fournir la chaleur nécessaire pour les réactions endothermiques de gazéification et de réduction en prélevant une portion des particules de fer réduit revêtues de carbone dans la zone de gazéification et en les envoyant dans un brûleur externe dans lequel elles sont mises en contact avec un gaz contenant de l'oxygène et dans lequel une partie du revêtement de carbone brûle en formant CO et C02 et en engendrant une grande quantité de chaleur qui est adsorbée sous forme de chaleur sensible par lesdites particules, ce qui augmente leur température en la portant au-dessus de la température des zones de gazéification et de réduction, (4) (3) to provide the heat necessary for the endothermic gasification and reduction reactions by taking a portion of the reduced iron particles coated with carbon in the gasification zone and sending them to an external burner in which they are contacted with a gas containing oxygen and in which part of the carbon coating burns forming CO and CO2 and generating a large amount of heat which is adsorbed in the form of sensible heat by said particles, which increases their temperature by carrying it above the temperature of the gasification and reduction zones, (4) à recycler les particules de fer réduit ainsi chauffées sortant du brûleur pour les renvoyer dans la zone de réduction des oxydes ferreux et dans la zone de gazéification afin de fournir la chaleur nécessaire pour les réactions endothermiques exécutées dans ces zones. in recycling the thus heated reduced iron particles leaving the burner to return them to the ferrous oxide reduction zone and to the gasification zone in order to provide the heat necessary for the endothermic reactions carried out in these zones. 90- Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les gaz de combustion formés dans le brûleur à conduit de transfert sont mis en contact avec des oxydes ferriques dans une zone de réduction de ces oxydes pour réduire ceux-ci en oxydes ferreux. <Desc/Clms Page number 63> 90- A method according to claim 7, characterized in that the combustion gases formed in the transfer duct burner are contacted with ferric oxides in a reduction zone of these oxides to reduce them to ferrous oxides. <Desc / Clms Page number 63> 10. - Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les gaz de combustion engendrés dans le brûleur précité sont mis en contact avec le minerai de fer de départ dans un cyclone de préchauffage et le minerai est préchauffé avant sa réduction. 10. - Method according to claim 8, characterized in that the combustion gases generated in the aforementioned burner are contacted with the starting iron ore in a preheating cyclone and the ore is preheated before its reduction. 11.- Procédé suivant la revendication 8, caractétisé en ce que le minerai de fer préchauffé est envoyé dans une zone de réduction des oxydes ferriques et/est ensuite envoyé dans une zone de réduction des oxydes ferreux où il est réduit en fer métallique, puis il est ensuite envoyé dans une zone de gazéification dans laquelle il sert de catalyseur de gazéification. 11. A method according to claim 8, characterized in that the preheated iron ore is sent to a zone for reducing ferric oxides and / is then sent to a zone for reducing ferrous oxides where it is reduced to metallic iron, then it is then sent to a gasification zone where it serves as a gasification catalyst. 12.- Procédé de réduction directe suivant la revendication 1 pour réduire des oxydes de fer en fer métallique, caractérisé en ce que (1) on gazéifie un combustible hydrocarbure dans une zone de réaction, à une température élevée, avec de l'oxygène contenu dans des oxydes de fer, en maintenant la température entre 704 et 1038 C pour produire de l'hydrogène et du carbone ainsi que des produits d'oxydation de l'hydrogène et du carbone, cette réaction étant mise en oeuvre dans un lit fluidifié dense d'oxydes de fer et de particules de fer réduit, le carbone formé dans cette réaction étant déposé uniformément sur le fer réduit, (2) les gaz provenant de la réaction de gazéification, comprennent de grandes quantités de CO et de H2 et sont de nature réductrice vis-à-vis des oxydes de fer, 12. A direct reduction process according to claim 1 for reducing iron oxides to metallic iron, characterized in that (1) a hydrocarbon fuel is gasified in a reaction zone, at a high temperature, with the oxygen contained in iron oxides, maintaining the temperature between 704 and 1038 C to produce hydrogen and carbon as well as oxidation products of hydrogen and carbon, this reaction being carried out in a dense fluidized bed iron oxides and particles of reduced iron, the carbon formed in this reaction being deposited uniformly on the reduced iron, (2) the gases from the gasification reaction, include large amounts of CO and H2 and are of reducing nature vis-à-vis iron oxides, et on met ces oxydes en contact avec CO et H2 dans cette zone, puis on les réduit en fer métallique, grâce à une réaction <Desc/Clms Page number 64> endothermique tout en oxydant partiellement les gaz ré- ducteurs, ceux-ci étant envoyés dans un lit fluidifié d'oxydes ferriques dans lequel ils réduisent lesdits oxydes en oxydes ferreux, le fer contenu dans chacun des lits fluidifiés passant de la zone de réduction des oxydes ferriques à la zone de réduction des oxydes fer- reux et à la zone de réaction précitée ; and these oxides are brought into contact with CO and H2 in this zone, then they are reduced to metallic iron, thanks to a reaction <Desc / Clms Page number 64> endothermic while partially oxidizing the reducing gases, the latter being sent to a fluidized bed of ferric oxides in which they reduce said oxides to ferrous oxides, the iron contained in each of the fluidized beds passing from the oxide reduction zone ferric to the iron oxide reduction zone and to the aforementioned reaction zone; (3)la chaleur nécessaire pour les réactions de gazéification et de ré- duction endothermique précitées est obtenue en prélevant une partie des particules de fer réduit revêtues de carbone dans la zone de réaction et en envoyant ces par- ticules dans un brûleur externe dans lequel elles sont mises en contact avec un gaz contenant de l'oxygène et un gaz de combustion provenant d'une zone de réduction des oxydes ferreux, ces gaz de combustion contenant H2 et CO, dans lequel une partie de H2 et de CO brûle de façon exothermique en formant H2O et CO2 et en engendrant une grande quantité de chaleur, le temps de séjour de ces particules dans ledit brûleur étant compris entre 0,1 et 2,0 secondes, la chaleur étant adsorbée sous forme de chaleur sensible par les particules de fer ré- duit revêtues de carbone, (3) the heat necessary for the aforementioned gasification and endothermic reduction reactions is obtained by taking a part of the reduced iron particles coated with carbon in the reaction zone and sending these particles to an external burner in which they are brought into contact with a gas containing oxygen and a combustion gas coming from a zone for reducing ferrous oxides, these combustion gases containing H2 and CO, in which part of H2 and CO burns so exothermic by forming H2O and CO2 and by generating a large quantity of heat, the residence time of these particles in said burner being between 0.1 and 2.0 seconds, the heat being adsorbed in the form of sensible heat by the reduced iron particles coated with carbon, ce qui porte leur température aju-dessus de la température de la zone de réaction, (4) on recycle les particules de fer réduit ainsi chauffées, qui sortent du brûleur, dans une zone de réduction des oxydes ferreux pour fournir la chaleur nécessaire pour la mise en oeuvre des réactions endothermiques dans la- dite zone. <Desc/Clms Page number 65> which brings their temperature adju above the temperature of the reaction zone, (4) the reduced iron particles thus heated, which leave the burner, are recycled in a zone of reduction of the ferrous oxides to provide the necessary heat for the carrying out endothermic reactions in said zone. <Desc / Clms Page number 65> 13. - Procédé de réduction directe suivant la revendication 1, pour réduire des oxydes de fer en fer métallique, caractérisé en ce que; (1) on gazéifie un combustible hydrocarbure dans une zone de gazéification à température élevée avec un gaz contenant de l'oxygène, le rapport entre l'oxygène contenu dans le gaz et le carbone contenu dans l'hydrocarbure est compris entre 0,02 et 0,4, de manière à produire de l'hydrogène et du carbone et les produits d'oxydation de l'hydrogène et du carbone, ladite réaction de gazéification étant effectuée dans un lit fluidifié dense de particules de fer réduit, ledit carbone produit par ladite réaction de gazéification étant déposé uniformément sur ledit fer réduit, (2) 13. - A direct reduction method according to claim 1, for reducing iron oxides to metallic iron, characterized in that; (1) a hydrocarbon fuel is gasified in a high temperature gasification zone with a gas containing oxygen, the ratio between the oxygen contained in the gas and the carbon contained in the hydrocarbon is between 0.02 and 0.4, so as to produce hydrogen and carbon and the oxidation products of hydrogen and carbon, said gasification reaction being carried out in a dense fluidized bed of reduced iron particles, said carbon produced by said gasification reaction being uniformly deposited on said reduced iron, (2) les gaz provenant de cette zone de gazé- ification comprennent de grandes quantités de CO et de H2 et sont de nature réductrice vis-à-vis des oxydes de fer et ils sont envoyés de ladite zone de gazéification dans une zone de réduction des oxydes ferreux dans la- quelle ils viennent en contact avec un lit fluidifié d'oxydes ferreux qui sont réduits en fer métallique de façon endothermique tandis que les gaz réducteurs sont partiellement oxydés et sont ensuite envoyés dans un lit fluidifié d'oxydes ferriques dans lequel ils rédui- sent ces'oxydes en oxydes ferreux, le fer dans chacun desdits lits fluidifiés s'écoulant de la zone d'oxyde ferrique vers la zone d'oxyde ferreux et vers la zone de gazéification, (3) gases from this gasification zone include large amounts of CO and H2 and are reducing in nature with respect to iron oxides and they are sent from said gasification zone to a ferrous oxide reduction zone in which they come into contact with a fluidized bed of ferrous oxides which are reduced to metallic iron endothermically while the reducing gases are partially oxidized and are then sent to a fluidized bed of ferric oxides in which they reduce these oxides to ferrous oxides, the iron in each of said fluidized beds flowing from the ferric oxide zone to the ferrous oxide zone and to the gasification zone, (3) la chaleur nécessaire pour ces réactions endothermiques de gazéification et de réduc- tion étant fournie par l'envoi de particules de fer re- vêtues de carbone, prélevées dans la zone de gazéifica- <Desc/Clms Page number 66> tion, dans un brûleur externe dans lequel elles sont mises en contact avec un gaz contenant de l'oxygène préchauffé, une partie du revêtement de carbone brûlant de manière exothermique, en formant CO et CO2 et en engendrant une grande quantité de chaleur et le temps de séjour des particules dans le brûleur étant de 0,1 à 5,0 secondes, la chaleur précitée étant adsorbée sous forme de chaleur sensible par les particules de fer réduit revêtues de carbone, ce qui porte leur température au-dessus de la température des zones de réduction et de gazéification, (4) the heat required for these endothermic gasification and reduction reactions being supplied by sending carbon-coated iron particles taken from the gasification zone. <Desc / Clms Page number 66> tion, in an external burner in which they are brought into contact with a preheated oxygen-containing gas, part of the carbon coating burning exothermically, forming CO and CO2 and generating a large amount of heat and time particle residence time in the burner being 0.1 to 5.0 seconds, the aforementioned heat being adsorbed in the form of sensible heat by the reduced iron particles coated with carbon, which raises their temperature above the temperature of the particles. reduction and gasification zones, (4) et on recycle les particules de fer réduit ainsi chauffées depuis le brûleur à conduite de transfert jusqu'à la zone de réduction des oxydes ferreux et à la zone de gazéification pour fournir la chaleur nécessaire à la mise en oeuvre des réactions endothermiques dans ces zones. and the reduced iron particles thus heated are recycled from the transfer line burner to the ferrous oxide reduction zone and to the gasification zone to provide the heat necessary for carrying out the endothermic reactions in these zones. 14.- Procédé suivant la revendication 12. caractérisé en ce que la quantité de carbone déposée sur le fer dans ladite zone de réaction est comprise entre 2 et 10% en poids par rapport au fer. 14. A method according to claim 12 characterized in that the amount of carbon deposited on the iron in said reaction zone is between 2 and 10% by weight relative to the iron. 15.- Procédé suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la quantité de carbone déposée sur le minerai réduit est augmentée d'environ 2 à 8% dans la zo- ne de gazéification. 15.- The method of claim 13, characterized in that the amount of carbon deposited on the reduced ore is increased by about 2 to 8% in the gasification zone. 16.- Procédé suivant la revendication 12, carac- térisé en ce que la température des particules qu'on envoie dans le brûleur à conduit de transfert est aug- mentée d'environ 56 à 168 C grâce à la combustion de CO et de H2 sous forme de C02 et de H2O dans ce brûleur. <Desc/Clms Page number 67> 16. A method according to claim 12, characterized in that the temperature of the particles which are sent to the transfer duct burner is increased from about 56 to 168 ° C. by virtue of the combustion of CO and H2. as C02 and H2O in this burner. <Desc / Clms Page number 67> 17.- Procédé suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la température des particules envoyées dans le brûleur est augmentée de 56 à 168 C par la combustion de 2 à 8 % par passe de carbone provenant de ces particules, dans ledit brûleur. 17.- The method of claim 13, characterized in that the temperature of the particles sent into the burner is increased from 56 to 168 C by the combustion of 2 to 8% per pass of carbon from these particles, in said burner. 18.- Procédé suivant la revendication 13,caractérisé en ce que la quantité d'air envoyée dans le brûleur dépasse de 20% celle qui est requise pour la combustion de la quantité de carbone brûlant réellement dans le brûleur. 18. A method according to claim 13, characterized in that the quantity of air sent into the burner exceeds by 20% that which is required for the combustion of the quantity of carbon actually burning in the burner. 19.- Procédé de réduction directe suivant la revendication 1, pour réduire des oxydes de fer en fer métallique, caractérisé en ce qu'il consiste: (1) à ga- zéifier un combustible hydrocarbure dans une zone de réaction, à une température élevée, avec l'oxygène con- tenu dans les oxydes de fer, afin de former de l'hydro- gène et du carbone, ainsi que des produits d'oxydation de l'hydrogène et du carbone, ces réactions de gazéi- fication et de réduction étant mises en oeuvre dans un lit fluidifié dense d'oxydes de fer et de particules de fer réduit, à déposer 2 à 10% en poids dudit carbone, par rapport au poids du fer produit par ladite réaction de gazéification, de manière uniforme sur ledit fer réduit, (2) 19. A direct reduction process according to claim 1, for reducing iron oxides to metallic iron, characterized in that it consists: (1) in gasifying a hydrocarbon fuel in a reaction zone at an elevated temperature , with the oxygen contained in iron oxides, to form hydrogen and carbon, as well as oxidation products of hydrogen and carbon, these reactions of gasification and reduction being carried out in a dense fluidized bed of iron oxides and reduced iron particles, to deposit 2 to 10% by weight of said carbon, relative to the weight of iron produced by said gasification reaction, in a uniform manner on said reduced iron, (2) les gaz provenant da ladite zone de gazéi- fication comprennent de grandes quantités de CO et de H2 et sont de nature réductrice vis-à-vis des oxyde? de fer, à mettre ces oxydes en contact avec lesdits gaz dans ladite zone, le rapport en CO2/CO et de H20/H2 dans ladite zone étant respectivement de 0,2-0,4 et de 0,3- 0,5 et à réduire endothermiquement lesdits oxydes en fer <Desc/Clms Page number 68> métallique tout er oxydant partiellement les gaz réduc- teurs, ceux-ci étant envoyés dans un lit fluidifié, d'oxydes ferriques dans lequel ils réduisent lesdits oxydes en oxydes ferreux, le fer contenu dans chacun des lits fluididifiés passant de la zone de réduction des oxydes ferriques à la zone de réduction des oxydes ferreux et à la zone de réaction précitée; the gases from said gasification zone include large amounts of CO and H2 and are reducing in nature with respect to the oxide? of iron, in bringing these oxides into contact with said gases in said zone, the ratio of CO2 / CO and of H20 / H2 in said zone being respectively 0.2-0.4 and 0.3- 0.5 and endothermically reducing said oxides to iron <Desc / Clms Page number 68> metallic while partially oxidizing the reducing gases, the latter being sent to a fluidized bed, of ferric oxides in which they reduce said oxides to ferrous oxides, the iron contained in each of the fluidized beds passing from the reduction zone of ferric oxides. ferric oxides to the ferrous oxide reduction zone and to the aforementioned reaction zone; (3) la cha- leur nécessaire pour les réactions de gazéification et de réduction endothermique précitées est obtenue en pré- levant une partie des particules de fer réduit revêtues de carbone dans la zone de réaction et en envoyant ces particules dans un brûleur externe conduite de trans- fert, dans lequel elles sont mises en contact avec un gaz contenant de l'oxygène et un gaz de combustion pro- venant d'une zone de réduction des oxydes ferreux, ces gaz de combustion contenant H2 et CO, dans lequel une partie de H2 et de CO brûle de façon exothermique en formant H2O et CO2 et en engendrant une grande quantité de chaleur, le rapport de COg/CO et de H2O/H2 dans le- dit brûleur étant respectivement de 4,0-6,0 et de 4,5- 12,0, le temps de séjour de ces'particules dans ledit brûleur étant compris entre 0,1 et 0,50 seconde, (3) The heat necessary for the aforementioned gasification and endothermic reduction reactions is obtained by removing a part of the reduced iron particles coated with carbon in the reaction zone and sending these particles to an external burner pipe. transfer, in which they are brought into contact with a gas containing oxygen and a combustion gas from a zone of reduction of ferrous oxides, these combustion gases containing H2 and CO, in which a part of H2 and CO burns exothermically forming H2O and CO2 and generating a large amount of heat, the ratio of COg / CO and H2O / H2 in said burner being respectively 4.0-6.0 and from 4.5- 12.0, the residence time of these particles in said burner being between 0.1 and 0.50 seconds, la chaleur étant adsorbée sous forme de chaleur sensible par les particules de fer réduit revâues de carbone, ce qui porte leur température d'environ 38 à environ 93 C au-dessus de la température desdites zones de réaction et de réduction d'oxyde ferreux, (4) à recycler les par- ticules de fer réduit ainsi chauffées, qui sortent du brûleur, dans une zone de réduction des oxydes ferreux pour fournir la chaleur nécessaire pour la mise en oeu- vre des réactions endothermiques dans ladite zone. <Desc/Clms Page number 69> the heat being adsorbed in the form of sensible heat by the reduced iron particles overloaded with carbon, bringing their temperature from about 38 to about 93 C above the temperature of said reaction and reduction zones of ferrous oxide, (4) recycling the thus heated reduced iron particles, which exit the burner, to a ferrous oxide reduction zone to provide the heat necessary for carrying out the endothermic reactions in said zone. <Desc / Clms Page number 69> 20.- Procédé de réduction directe suivant la revendication 1, pour réduire des oxydes de fer en fer métallique, caractérisa en ce que : on gazéifie un combustible hydrocarbure dans une zone de gazéification à température élevée avec un gaz contenant de l'ox/gène, le rapport entre l'oxygène contenu dans le gaz et le carbone contenu dans l'hydrocarbure est compris entre 0,05 et 0,20, de manière à produire de l'hydrogène et du carbone et les produits d'oxydation de l'hydrogène et du carbone, ladite réaction de gazéification étant effectuée dans un lit fluidifié danse de particules de fer réduit, ledit carbone produit par ladite réaction de gazéification étant déposé à raison de 10 à 30% en poids dudit carbone par rapport au poids du fer ; 20. A direct reduction process according to claim 1, for reducing iron oxides to metallic iron, characterized in that: a hydrocarbon fuel is gasified in a gasification zone at high temperature with a gas containing ox / gene , the ratio between the oxygen contained in the gas and the carbon contained in the hydrocarbon is between 0.05 and 0.20, so as to produce hydrogen and carbon and the oxidation products of the hydrogen and carbon, said gasification reaction being carried out in a dancing fluidized bed of reduced iron particles, said carbon produced by said gasification reaction being deposited in an amount of 10 to 30% by weight of said carbon relative to the weight of iron; (2)les gaz provenant de cette zone de gazéification com- prennent de grandes quantirés de CO et de H2 et sont de nature réductrice vis-à-vis des oxydes de fer et ils sont envoyés de ladite, zone de gazéification dans une zone de réduction des oxydes ferreux dans laquelle ils viennent en contact avec un lit fluidifié d'oxydes ferreux qui sont réduits en fer métallique de façon en- dothermique tandis que les gaz réducteurs sont partielle- ment oxydés et sont ensuite envoyés dans un lit fluidifié d'oxydes ferriques dans lequel ils réduisent ces oxydes en oxydes ferreux, le fer dans chacun desdits lits flui- difiés s'écoulant de la zone d'oxyde ferrique vers la zone d'oxyde ferreux et vers la zone de gazéification, (3) (2) the gases from this gasification zone include large amounts of CO and H2 and are reducing in nature with respect to iron oxides and are sent from said gasification zone to a gasification zone. reduction of ferrous oxides in which they come into contact with a fluidized bed of ferrous oxides which are reduced to metallic iron endothermically while the reducing gases are partially oxidized and are then sent to a fluidized bed of oxides ferric in which they reduce these oxides to ferrous oxides, the iron in each of said fluidized beds flowing from the ferric oxide zone to the ferrous oxide zone and to the gasification zone, (3) la chaleur nécessaire pour ces réactions endothermi- ques de gazéification et de réduction étant fournie <Desc/Clms Page number 70> par l'envoi de particules de fer revêtues de carbone, prélevées dans la zone de gazéification, dans un brû- leur externe à conduite de transfert, dans lequel elles sont mises en contact avec un gaz contenant de l'oxy- gène, préchauffé, une partie du revêtement de carbone brûlant de manière exothermique en formant CO et CO2 et en engendrant une grande quantité de chaleur et le temps de séjour des particules dans le brûleur étant de 0,4 à 1,0 seconde, la chaleur précitée étant adsorbée sous forme de chaleur sensible par les particules de fer réduit revêtues de carbone, the heat necessary for these endothermic gasification and reduction reactions being supplied <Desc / Clms Page number 70> by sending carbon-coated iron particles, taken from the gasification zone, to an external burner with a transfer line, in which they are brought into contact with a preheated gas containing oxygen, part of the carbon coating burning exothermically forming CO and CO2 and generating a large amount of heat and the residence time of the particles in the burner being 0.4 to 1.0 seconds, the aforementioned heat being adsorbed in the form of sensible heat by the particles of reduced iron coated with carbon, ce qui porte leur tempéra- ture au-dessus de la température d'environ 38 à environ 260 C au-dessus de la température des zones de réduc- tion et de gazéification, cependant que l'on brûle de 2 à 8% du carbone déposé sur le fer, (4) et on recycle les particules de fer réduit ainsi chauffées depuis le brûleur à conduite de transfert jusqu'à la zone de réduc- tion des oxydes ferreux et à la zone de gazéification pour fournir la chaleur nécessaire à la mise en oeuvre des réactions endothermiques danz ces zones, 21.-Procédé suivant la revendication 19, caractérisé en ce que les zones de réduction des oxydes ferriques et des oxydes ferreux sont maintenues à une température com- prise entre 704 et 816 C, which raises their temperature above the temperature of about 38 to about 260 C above the temperature of the reduction and gasification zones, while burning 2 to 8% of the carbon deposited on the iron, (4) and the reduced iron particles thus heated are recycled from the transfer line burner to the ferrous oxide reduction zone and to the gasification zone for provide the heat necessary for carrying out the endothermic reactions in these zones, 21. A method according to claim 19, characterized in that the zones for reducing the ferric oxides and the ferrous oxides are maintained at a temperature between 704 and 816 C, la zone de réaction précitée est maintenue à une température comprise entre 871 et 982 C et le brûleur est maintenu à une température com- prise entre 871 et 1204 C. the aforementioned reaction zone is maintained at a temperature between 871 and 982 C and the burner is maintained at a temperature between 871 and 1204 C. 22.- Procédé suivant la revendication 19, carac- térisé en ce que le gaz de combustion rédacteur amené audit brûleur a un rapport CO2/CO et H20/H2 respecti- <Desc/Clms Page number 71> vement de 0,75 - 1,0 et de 0,5 à 1,0. 22. A method according to claim 19, characterized in that the redactant combustion gas supplied to said burner has a CO2 / CO and H20 / H2 ratio respectively. <Desc / Clms Page number 71> from 0.75 - 1.0 and from 0.5 to 1.0. 23. - Procédé suivant la revendication 19, caractérisé en ce que les rapports CO2/CO et H20/H2 dans le gaz sortant de la zone de réduction des oxydes ferr- ques sont respectivement compris entre 200 et 250 et entre 150 et 200. 23. - Process according to claim 19, characterized in that the CO 2 / CO and H 2 O / H 2 ratios in the gas leaving the reduction zone of the ferrous oxides are respectively between 200 and 250 and between 150 and 200. 24.- Procédé suivant la revendication 20, caractérisé en ce que les températures sont maintenues entre 593 et 871 C dans les zones de réduction des oxydes ferriques et des oxydes ferreux, entre 816 et 982 C dans la zone de gazéification et entre 982 et 1204 C dans le brûleur, 25.- Procédé, en substance, tel que décrit plus haut, en référence aux dessins ci-annexés. 24.- Process according to claim 20, characterized in that the temperatures are maintained between 593 and 871 C in the zones of reduction of ferric oxides and ferrous oxides, between 816 and 982 C in the gasification zone and between 982 and 1204 C in the burner, 25. A process, in substance, as described above, with reference to the accompanying drawings.
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