FR2489366A1 - DESULFURIZATION PROCESS DURING THE PRODUCTION OF GAS IN AN IRON BATH REACTOR - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE DESULFURATION LORS DE LA PRODUCTION DE GAZ DANS UN REACTEUR A BAIN DE FER, L'INTRODUCTION DES ELEMENTS DE REACTION ETANT EFFECTUEE POUR LE COMBUSTIBLE SOUS FORME SOLIDE ETOU LIQUIDE EN-DESSOUS DE LA SURFACE DE BAIN DANS LA MASSE DE FER EN FUSION ET POUR LE GAZ OXYDANT, PAR EXEMPLE DE L'OXYGENE, DE L'AIR ENRICHI EN OXYGENE OU DE L'AIR SIMPLE, EN-DESSOUS OU BIEN AU-DESSUS ET EN-DESSOUS DE LA SURFACE DU BAIN DE FER, CARACTERISE PAR LE FAIT QU'ON INTRODUIT DANS LE REACTEUR A BAIN DE FER, COMME LAITIER DE DESULFURATION, DU LAITIER OBTENU DANS LA FABRICATION D'ACIER.THE INVENTION RELATES TO A PROCESS FOR DESULFURATION DURING THE PRODUCTION OF GAS IN AN IRON BATH REACTOR, THE INTRODUCTION OF THE REACTION ELEMENTS BEING CARRIED OUT FOR THE FUEL IN SOLID AND OR LIQUID FORM BELOW THE BATH SURFACE IN THE MASS MELTED IRON AND FOR OXIDIZING GAS, FOR EXAMPLE OXYGEN, OXYGEN ENRICHED AIR OR SINGLE AIR, BELOW OR WELL ABOVE AND BELOW THE SURFACE OF THE IRON TUB , CHARACTERIZED BY THE FACT THAT MILK OBTAINED IN THE MANUFACTURING OF STEEL, AS DESULFURATION MILK, IS INTRODUCED INTO THE IRON BATH REACTOR.
Description
La présente invention concerne un procédé de désulfura-The present invention relates to a desulfurization process.
tion de la production de gaz dans un réacteur à bain de fer, l'introduction des éléments de réaction étant effectuée pour le combustible sous forme solide et/ou liquide en dessous de la surface de bain dans la masse de fer en fusion et pour le gaz oxydant, par exemple de l'oxygène, de l'air enrichi en oxygène ou de l'air simple, en dessous ou bien au-dessus et en dessous de la tion of gas production in an iron bath reactor, the introduction of the reaction elements being carried out for the fuel in solid and / or liquid form below the bath surface in the mass of molten iron and for the oxidizing gas, for example oxygen, oxygen-enriched air or simple air, below or above and below the
surface du bain de fer.surface of the iron bath.
On connaît des procédés pour faire réagir des combus- Methods are known for reacting combustibles.
tibles, notamment du charbon, en même temps que de l'oxygène ou tibles, especially coal, along with oxygen or
des gaz contenant de l'oxygène dans un bain de fer et pour pro- gases containing oxygen in an iron bath and to pro-
duire un gaz de réaction qui se compose essentiellement de CO et mute a reaction gas which consists essentially of CO and
H2. Un avantage particulier de la génération de gaz dans un réac- H2. A particular advantage of generating gas in a reaction
teur à bain de fer consiste en ce que le soufre existant dans le iron bath consists in that the sulfur existing in the
combustible est absorbé en majeure partie par un laitier. fuel is mainly absorbed by a slag.
Dans la demande de brevet allemand 25 20 883, on décrit un procédé de gazéification continue de charbon ou de combustibles German patent application 25 20 883 describes a process for the continuous gasification of coal or fuels
contenant du carbone dans un réacteur à bain de fer, suivant le- containing carbon in an iron bath reactor, according to-
quel les combustibles et l'oxygène, ou bien des gaz contenant de l'oxygène, ces derniers étant enveloppés par des hydrocarbures, sont introduits par l'intermédiaire de buses dans le métal en fusion endessous de la surface du bain. Les formateurs de which fuels and oxygen, or gases containing oxygen, the latter being enveloped by hydrocarbons, are introduced via nozzles into the molten metal below the surface of the bath. The trainers of
laitier, de préférence de la poussière de chaux avec ou sans in- dairy, preferably lime dust with or without in-
corporation de calcaire ou de dolomie, sont entraînés par le courant d'oxygène ou bien sont insufflés dans le bain sous la limestone or dolomite corporation, are entrained by the oxygen current or are blown into the bath under the
forme d'un mélange avec le charbon finement pulvérulent. forms a mixture with finely powdered charcoal.
Dans le brevet allemand 25 20 584, on décrit un procé- In German patent 25 20 584, a process is described.
dé de gazéification de charbon contenant du soufre dans un réac- coal gasification die containing sulfur in a reaction
teur à bain de fer, suivant lequel une partie du laitier conte- iron bath, according to which part of the slag contains
nant du soufre est déchargée d'une façon continue à l'état li- The sulfur is discharged continuously in the li-
quide, est désulfurée et est recyclée à l'état liquide dans le which is desulphurized and is recycled to the liquid state in the
réacteur à bain de fer. Ce procédé s'est avéré avantageux notam- iron bath reactor. This process has proven to be particularly advantageous.
ment en ce qui concerne le bilan thermique lors du processus de gazéification. Les procédés connus représentent différents moyens pour gazéifier des combustibles contenant du carbone dans un réacteur à bain de fer et ils produisent alors des gaz de réaction qui sont pratiquement exempts de soufre. Tous les procédés connus utilisent de la chaux ou du calcaire, éventuellement mélangé à du MgO ou de la dolomie, pour créer un laitier agissant dans un sens de désulfuration. L'utilisation de chaux comme formateur de laitier présente cependant un double inconvénient. D'une part les dépenses en chaux sont élevées et d'autre part la chaux doit être chauffée à la température du bain. Par exemple pour gazéifier une tonne de charbon, il faut ajouter environ 100 Kg de CO ayant une teneur en soufre d'environ 1%. Le prix d'une tonne de poussière de chaux s'élève à l'heure actuelle à environ 250 F. et, pour échauffer cette chaux, les dépenses en énergie sont en outre d'environ F. Lorsqu'on utilise du calcaire moins coûteux, les dépenses en énergie pour le chauffage et la désacidi-ication du réacteur à with regard to the heat balance during the gasification process. The known methods represent different means for gasifying carbon-containing fuels in an iron bath reactor and they then produce reaction gases which are practically free of sulfur. All known processes use lime or limestone, possibly mixed with MgO or dolomite, to create a slag acting in a direction of desulfurization. The use of lime as a slag former, however, has a double disadvantage. On the one hand the expenditure in lime is high and on the other hand the lime must be heated to the temperature of the bath. For example, to gasify a tonne of coal, approximately 100 kg of CO having a sulfur content of approximately 1% must be added. The price of a ton of lime dust is currently around 250 F. and, to heat this lime, energy costs are also around F. When using less expensive limestone , the energy costs for heating and deacidifying the reactor at
bain de fer sont si élevées que ce mode opératoire est économique- iron bath are so high that this procedure is economical-
ment encore plus défavorable.even more unfavorable.
L'invention a en conséquence pour but de fournir un pro- The object of the invention is therefore to provide a pro-
cédé qui permette d'effectuer la désulfuration, lors de la gazéi- which allows to carry out the desulfurization, during the gasification
fication de charbon dans un réacteur à bain de fer, d'une manière coal fication in an iron bath reactor in a way
particulièrement rentable.particularly profitable.
Selon l'invention, ce but est atteint en utilisant comme laitier de désulfuration dans le réacteur à bain de fer un laitier According to the invention, this object is achieved by using a slag as a desulfurization slag in the iron bath reactor.
d'aciérie obtenu dans la fabrication d'acier. steelworks obtained in the manufacture of steel.
L'addition du laitier d'aciérie peut être effectué de différentes manières dans le réacteur à bain de fer. Le laitier peut être par exemple déversé en morceaux sur la surface du bain The addition of steel slag can be carried out in different ways in the iron bath reactor. The slag can for example be poured in pieces on the surface of the bath
de fer ou bien on peut l'injecter sous forme pulvérulente en- of iron or it can be injected in powder form in-
dessous et au-dessus de la surface du bain se trouvant dans le réacteur à bain de fer. Le laitier pulvérulent peut également below and above the surface of the bath in the iron bath reactor. Powdered slag can also
être mélangé au combustible, par exemple au charbon à gazéifier. be mixed with fuel, for example carbonated carbon.
D'une manière particulièrement avantageuse et économique, le laitier d'aciérie peut être introduit comme support de base pour la désulfuration dans la cuve du réacteur à bain de fer, à l'état aussi chaud que possible et notamment à l'état liquide. On peut utiliser ce mode opératoire d'une manière particulièrement simple In a particularly advantageous and economical manner, the steel slag can be introduced as a basic support for the desulphurization in the vessel of the iron bath reactor, in the state as hot as possible and in particular in the liquid state. This procedure can be used in a particularly simple way
lorsqu'on installe un réacteur à bain de fer servant à la gazéifi- when installing an iron bath reactor for gasification
cation de charbon à une faible distance d'une aciérie. Cela est notamment le cas dans une usine métallurgique comportant une centrale intégrée. Dans la centrale, il est possible de faire brûler dans les chaudières le gaz produit par le procédé selon l'invention. Lors de l'utilisation de laitier d'aciérie conformément à la présente invention, on économise des frais importants car ce laitier, qui présente généralement une possibilité d'application coal cation at a short distance from a steelworks. This is particularly the case in a metallurgical plant with an integrated power plant. In the power plant, it is possible to burn the gas produced by the process according to the invention in the boilers. When using steel slag in accordance with the present invention, significant costs are saved because this slag, which generally has a possibility of application
limitée, est disponible à faible coût. En outre la meilleure ex- limited, is available at low cost. Furthermore the best ex-
ploitation de ce laitier offre un autre avantage du fait qu'il agit comme un laitier de désulfuration dans le réacteur à bain Another advantage of using this slag is that it acts as a desulphurization slag in the bath reactor.
de fer et qu'il modifie la composition des cendres de charbon. iron and that it changes the composition of the coal ash.
En effet ces cendres ont alors une composition semblable à celles de laitiers classiques de hauts fourneaux et il est possible de les traiter ultérieurement, comme ces laitiers, dans l'industrie Indeed, these ashes then have a composition similar to that of conventional slag from blast furnaces and it is possible to treat them later, like these slag, in industry
du ciment ou des matériaux de construction. cement or building materials.
Les laitiers obtenus dans une aciérie, par exemple lors de l'affinage d'une fonte pauvre en phosphore par les différents procédés d'affinage en convertisseur opérant avec de l'oxygène, ont approximativement la composition suivante: 50% CaO, 10% SiO2, % FeO, 0,1% S, les constituants résiduels étant essentiellement The slag obtained in a steelworks, for example during the refining of a pig iron poor in phosphorus by the various refining processes in converter operating with oxygen, has approximately the following composition: 50% CaO, 10% SiO2 ,% FeO, 0.1% S, the residual constituents being essentially
constitués par A1203, MgO, MnO et P205. consisting of A1203, MgO, MnO and P205.
Le procédé selon l'invention pour la désulfuration lors de la production de gaz dans un réacteur à bain de fer utilise ce laitier car sa teneur initiale en soufre, qui est d'environ 0,08 à 0,12%, est faible car il possède ainsi une grande capacité d'absorption de soufre jusqu'à des teneurs d'environ 10%. Il est avantageux de limiter la teneur en soufre du laitier à environ 3% car il reste alors dans le domaine des laitiers de hauts fourneaux The process according to the invention for desulfurization during the production of gas in an iron bath reactor uses this slag because its initial sulfur content, which is about 0.08 to 0.12%, is low because it thus has a high sulfur absorption capacity up to contents of around 10%. It is advantageous to limit the sulfur content of the slag to around 3% because it then remains in the field of blast furnace slag
classiques et peut être utilisé d'une manière semblable. conventional and can be used in a similar way.
L'utilisation de laitier d'aciérie, provenant par exemple d'un convertisseur de production d'acier, pour la désulfuration dans un réacteur à bain de fer, offre en outre l'avantage que la teneur en oxyde de fer de ces laitiers peut être réduite et qu'on The use of steel slag, for example from a steel production converter, for desulphurization in an iron bath reactor, also offers the advantage that the iron oxide content of these slags can be reduced and that
obtient ainsi additionnellement du fer dans l'installation de ga- thus additionally obtains iron in the installation of
zéification. Ce fer peut être prélevé de façon fractionnée à partix zeification. This iron can be taken fractionally from partix
du réacteur à bain de fer et il peut être recyclé dans l'instal- of the iron bath reactor and it can be recycled in the installation
lation de production d'acier. Ainsi l'utilisation d'un réacteur à lation of steel production. Thus the use of a
bain de fer présente des avantages, par exemple pour la gazéifi- iron bath has advantages, for example for gasification
cation de charbon dans une usine métallurgique. cation of coal in a metallurgical plant.
Le procédé selon l'invention permet de fixer le soufre, The method according to the invention makes it possible to fix the sulfur,
contenu par exemple dans un charbon à gazéifier, presque complète- contained for example in an almost complete carbonating coal-
ment dans le laitier métallurgique qui se forme sur le bain de fer dans l'installation de gazéification. La teneur en soufre des gaz produits est très faible. Elle est de l'ordre d'environ ppm. Il est ainsi possible d'incorporer plus de 99% du soufre ment in the metallurgical slag which forms on the iron bath in the gasification plant. The sulfur content of the gases produced is very low. It is of the order of approximately ppm. It is thus possible to incorporate more than 99% of the sulfur
au laitier.slag.
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L'utilisation du procédé selon l'invention offre des avantages économiques particuliers lorsqu'on a à gazéifier des qualités de charbon contenant de fortes teneurs en soufre et en cendres. Si, comme cela était classique jusqu'à maintenant, on ajoutait de la chaux pour former le laitier, il faudrait en utiliser des quantités si élevées que le procédé ne serait plus rentable et en outre il pourrait être nécessaire d'introduire additionnellement de l'énergie dans le bain car ces qualités de charbon ne peuvent plus être gazéifiées de façon autothermique du The use of the process according to the invention offers particular economic advantages when it is necessary to gasify qualities of coal containing high sulfur and ash contents. If, as was conventional until now, lime was added to form the slag, it would be necessary to use such high amounts that the process would no longer be profitable and furthermore it might be necessary to introduce additional lime. energy in the bath because these qualities of coal can no longer be gasified autothermally from
fait de la grande quantité de chaux nécessaire. made up of the large amount of lime needed.
Il rentre dans le cadre de l'invention d'introduire de It is within the scope of the invention to introduce
l'eau dans le réacteur à bain de fer afin d'augmenter la concen- water in the iron bath reactor to increase the concentration
tration en hydrogène du gaz produit. Avantageusement, lors de la hydrogenation of the product gas. Advantageously, during the
gazéification de qualités de charbon riches en énergie, pour les- gasification of energy-rich grades of coal, for-
quelles le processus de gazéification se déroule avec excès d'é- which the gasification process takes place with excess of
nergie, on peut utiliser la chaleur libre dégagée pour dissocier l'eau en hydrogène et en oxygène. Pendant que l'hydrogène se dégage-du bain de métal en-fusion, on fait réagir l'oxygène avec energy, the free heat given off can be used to dissociate water into hydrogen and oxygen. While hydrogen is released from the molten metal bath, oxygen is reacted with
le carbone du bain de fer pour former du CO. carbon from the iron bath to form CO.
L'addition d'eau peut être effectuée directement sous forme liquide ou également sous forme de vapeur. Evidemment il The addition of water can be carried out directly in liquid form or also in the form of vapor. Obviously he
est possible de l'introduire également sous la forme d'un brouil- it is also possible to introduce it in the form of a scram
lard en suspension avec un gaz porteur. En outre, on peut égale- bacon in suspension with a carrier gas. In addition, we can also
ment la mélanger avec lé charbon à gazéifier ou bien l'introduire avec le charbon par augmentation de sa teneur en humidité. Par exemple il s'est avéré avantageux d'introduire le charbon sans séchage avec une teneur en eau constante ou bien de conditionner le charbon à gazéifier de manière qu'il ne soit que partiellement mix it with charcoal to carbonate or introduce it with charcoal by increasing its moisture content. For example, it has proved advantageous to introduce the coal without drying with a constant water content or else to condition the carbon to be gasified so that it is only partially
séché en vue de maintenir un certain degré d'humidité, avec le- dried in order to maintain a certain degree of humidity, with the-
quel le charbon est alors introduit dans le bain de fer de la cuve which coal is then introduced into the iron bath of the tank
de réaction.of reaction.
L'utilisation, conforme à la présente invention, de laitier d'aciérie, pour la désulfuration lors de la production The use, in accordance with the present invention, of steel slag for the desulfurization during production
de gaz dans un réacteur à bain de fer s'avère ainsi particulière- of gas in an iron bath reactor thus proves particular-
ment avantageuse et économique à plusieurs points de vue. Ce laitier convient bien, du fait de sa composition, comme laitier de désulfuration pour la gazéification de charbon et d'autre part, advantageous and economical from several points of view. This slag is well suited, because of its composition, as desulfurization slag for the gasification of coal and, on the other hand,
lorsqu'il est introduit sous forme liquide dans la masse à gazéi- when it is introduced in liquid form into the gas mass
fier, il permet en outre d'économiser de l'énergie qui serait au- proud, it also saves energy that would be
trement nécessaire pour l'échauffement des formateurs de laitier. very necessary for the heating of the slag formers.
En outre, la composition du laitier d'aciérie, après son utilisa- In addition, the composition of the steel slag, after its use
tion dans le réacteur dans un bain de fer, est modifiée de telle sorte qu'il convient pour être utilisé pour la fabrication de ciment et de produits de construction. En plus des avantages économiques ainsi obtenus, on supprime le problème de stockage et les difficultés résultant de laitiers non utilisables. La tenel en oxyde de fer du laitier d'aciérie est réduite dans le réacteur à bain de fer et on obtient de la fonte qui peut être convertie tion in the reactor in an iron bath, is modified so that it is suitable for use in the manufacture of cement and construction products. In addition to the economic advantages thus obtained, the problem of storage and the difficulties resulting from unusable slag are eliminated. The iron oxide content of the steel slag is reduced in the iron bath reactor and cast iron is obtained which can be converted
en acier dans l'aciérie.steel in the steelworks.
Le procédé de désulfuration selon l'invention utilisé lors de la production de gaz dans un réacteur à bain de fer s'avère particulièrement avantageux lors de la gazéification de qualités de charbon classiques ou de combustibles contenant du carbone lorsqu'on fait intervenir du laitier liquide créant une économie d'énergie car on dispose alors d'une plus grande quantiti d'énergie pour réduire l'oxyde de fer dans le réacteur à bain de fer. Dans le cadre de la présente invention, on obtient en outre l'avantage de pouvoir utiliser l'excès d'énergie pour récupérer The desulfurization process according to the invention used during the production of gas in an iron bath reactor proves to be particularly advantageous during the gasification of conventional grades of coal or of fuels containing carbon when liquid slag is used. creating an energy saving because there is then a greater quantity of energy to reduce the iron oxide in the iron bath reactor. In the context of the present invention, the advantage is also obtained of being able to use the excess energy to recover
du fer à partir de minerai de fer ou bien de minerai de fer pré- iron from iron ore or pre-
réduit.reduced.
On peut faire fonctionner un réacteur à bain de fer en An iron bath reactor can be operated by
appliquant la présente invention par exemple de la manière sui- applying the present invention for example in the following manner
vante: dans une cuve semblable à un convertisseur et ayant un volume intérieur d'environ 150 m3, on introduit initialement 120 tonnes de fer liquide ayant une teneur en carbone d'environ boasts: in a tank similar to a converter and having an internal volume of approximately 150 m3, 120 tonnes of liquid iron having a carbon content of approximately are initially introduced
4%. On ajoute en outre 30 t de laitier liquide obtenu par le pro- 4%. In addition, 30 t of liquid slag obtained by the pro-
cédé LD. Dans ce réacteur à bain de fer, on effectue la gazéifi- sold LD. In this iron bath reactor, gasification is carried out.
cation d'environ 50t par heure de charbon ayant la composition suivante: C = 78,3%, Hz = 5,0%, 2 = 6,7%, cendres = 5,0%, pouvo: calorifique Hu 7510 Kcal/Kg. Le charbon est introduit en-dessous de la surface du bain et il est gazéifié avec de l'oxygène qui cation of approximately 50t per hour of coal having the following composition: C = 78.3%, Hz = 5.0%, 2 = 6.7%, ash = 5.0%, power: calorific Hu 7510 Kcal / Kg . Coal is introduced below the surface of the bath and is gasified with oxygen which
est également insufflé au travers du fond du réacteur. Simulta- is also blown through the bottom of the reactor. Simulta-
nément, on peut introduire, par heure, 30 t de minerai, par exem- In addition, 30 t of ore can be introduced per hour, for example
ple sous la forme d'un minerai finement pulvérulent, par des buse placées à la partie inférieure du convertisseur ou bien sous la ple in the form of a finely powdered ore, by nozzles placed at the bottom of the converter or else under the
forme de minerai en morceaux ou en boulettes par le haut du con- ore in pieces or pellets from the top of the container
vertisseur. Au bout d'une période de fonctionnement de 4 heures, on obtient dans le convertisseur environ 50 t de laitier et 210 t greenizer. After an operating period of 4 hours, about 50 t of slag and 210 t are obtained in the converter.
de fer ayant une teneur en carbone d'environ 2%. of iron with a carbon content of about 2%.
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A ce moment, on enlève du convertisseur si possible la totalité du laitier et environ 90 t de fer. Après une nouvelle addition de laitier LD liquide, en faisant intervenir la quantité At this time, remove all the slag and about 90 t of iron from the converter if possible. After a new addition of liquid LD slag, using the quantity
précitée, on poursuit l'opération de la manière décrite. ci-dessus. above, the operation is continued as described. above.
Le gaz produit est transféré dans un gazomètre en vue de son utili- The gas produced is transferred to a gasometer for use.
sation ultérieure. La capacité d'un gazomètre classique est géné- subsequent sation. The capacity of a conventional gasometer is generally
ralement suffisamment grande pour pouvoir alimenter les abonnés pendant la période d'interruption nécessaire pour l'enlèvement du laitier et de l'acier et pour l'introduction de la nouvelle quantité de laitier, cette période s'élevant au total à environ mn. Le fer liquide provenant du réacteur de gazéification de charbon a une teneur en soufre d'environ 0, 3% et une teneur en phosphore d'environ 0,1%. Après désulfuration, on peut lui sufficiently large to be able to supply the subscribers during the period of interruption necessary for the removal of the slag and steel and for the introduction of the new quantity of slag, this period amounting in total to approximately min. Liquid iron from the coal gasification reactor has a sulfur content of about 0.3% and a phosphorus content of about 0.1%. After desulphurization, we can
faire subir d'une manière connue, par exemple dans un conver- subject in a known manner, for example in a conversion
tisseur, une opération d'affinage pour le transformer en acier. weaver, a refining operation to transform it into steel.
-7- 2489366-7- 2489366
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