WO2013098574A1 - Dispositif de recyclage de gaz de haut-fourneau et procédé associé - Google Patents

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WO2013098574A1
WO2013098574A1 PCT/IB2011/003167 IB2011003167W WO2013098574A1 WO 2013098574 A1 WO2013098574 A1 WO 2013098574A1 IB 2011003167 W IB2011003167 W IB 2011003167W WO 2013098574 A1 WO2013098574 A1 WO 2013098574A1
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gas
blast furnace
recycling
pressure
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PCT/IB2011/003167
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Jean Borlee
Dominique Sert
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Arcelormittal Investigacion Y Desarrollo Sl
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/06—Making pig-iron in the blast furnace using top gas in the blast furnace process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
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    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a device for recycling blast furnace gas in which at least a portion of the gases from the blast furnace undergo a CO 2 purification step so as to create a gas rich in CO which is reinjected into the furnace. blast furnace.
  • the invention further relates to a method associated with this device.
  • the blast furnace is a gas-liquid-solid countercurrent chemical reactor whose main purpose is the production of pig iron, later converted to steel by reducing its carbon content.
  • the blast furnace is supplied with solids, mainly sinter, pellets, iron ore and coke, at the top. Liquids consisting of cast iron and slag are removed at the crucible in its lower part.
  • the transformation of the iron filler (agglomerate, pellets and iron ore) into cast iron is carried out in a traditional way by reduction of iron oxides by a reducing gas (in particular containing CO, H 2 and N 2 ), which is formed by gasification. coke at the nozzles located in the lower part of the blast furnace where air preheated to a temperature between 1000 and 1300 ° C called hot wind is injected.
  • a reducing gas in particular containing CO, H 2 and N 2
  • auxiliary fuels are also injected into tuyeres such as pulverized coal, fuel oil, natural gas or other fuels, combined with oxygen that enriches the wind. hot.
  • top gas The gases recovered at the level of the upper part of the blast furnace, called top gas, consist mainly of CO, CO 2 , H 2 and N 2 in respective proportions of approximately 22%, 22%, 3% and 53%. These gases are typically used in other parts of the plant as fuel. Blast furnaces are therefore important producers of CO 2 .
  • a known way of further reducing C0 2 emissions is the reintroduction into the blast furnace of the scrubbed gases in C0 2 and rich in CO.
  • the use of the CO-rich gas as a reducing agent thus makes it possible to reduce the consumption of coke and therefore the CO 2 emissions.
  • the reintroduction of CO is carried out at two levels, firstly at the tuyeres at a temperature of about 1200 ° C., more broadly at between 850 and 1300 ° C., and secondly at the of the tank, near the vane-belly angle of the blast furnace, at a temperature of about 900 ° C, more broadly between 700 and 1000 ° C.
  • This known system is described with reference to FIG. 1.
  • Other configurations are known in which the reintroduction of CO is carried out either at lower temperature at the level of the nozzles or at a single level, for example that of the nozzles.
  • the blast furnace 1 is supplied with coke, agglomerate, pellets, and iron ore 2 via line 3 at point 4.
  • the melt and slag 5 are recovered at point 6 at the crucible via line 7.
  • Oxygen and carbon and / or other auxiliary reducing agents 8 are introduced at point 9 at the nozzles via line 10.
  • the top gases will circulate in a recirculation loop 1a from their output blast furnace by the top until their reintroduction into the blast furnace.
  • the top gases are recovered at point 11 of the top of the blast furnace via line 12. Some of these blast gases are exported via line 14 to another device on the site. The other portion of the top gases is recycled to the blast furnace via line 15. This portion of the top gas for recycling is purified of most of its CO2 through a CO2 scrubber.
  • This scrubber 16 may for example consist of a physico-chemical absorption process using an amine solution, or a pressure swing adsorption process called PSA (Pressure Swing Adsorption), or an adsorption process with vacuum regeneration.
  • PSA Pressure Swing Adsorption
  • VPSA Vauum Pressure Swing Adsorption
  • these processes may or may not be associated with an additional step of cryogenics to produce pure CO2 17 ready to be stored in the subsoil (we speak of geological storage) or to be used in specific applications such as the food industry or enhanced oil recovery in deposits at the end of exploitation.
  • the gas rich in CO 18 is then heated in heat exchangers 24, for example of the type commonly called "cowpers", then introduced into the blast furnace 1 at a temperature between 700 and 000 ° C at the point 20 of a high injection line 21, and at a temperature of between 850 ° C and 1300 ° C at the point 22 of a low injection line 23.
  • heat exchangers 24 for example of the type commonly called "cowpers”
  • the CO-rich gas required for the high injection line 21 must be between 300 and 600 Nm 3 per tonne of cast iron and for the low injection line 23 it must be between 200 and 500 Nm 3 per tonne of melting.
  • the first difficulty lies in controlling the flow rates at the low and high injection lines 21. This difficulty can be applied to the case where there is only one injection line.
  • the flow rate and composition of the top gas flowing in the line 12 fluctuate over time due to variations in the internal state of the blast furnace. These variations are not controllable. However, these variations have direct repercussions on the stability of the flow of the injection line (or of the low and high injection lines 23 and 21 in the configuration of FIG. 1) and therefore on the stability of the quantity of reducing agent introduced. in the blast furnace.
  • the second difficulty lies in the accumulation of nitrogen in the recirculation loop. Indeed, nitrogen is continuously introduced into the blast furnace as a constituent element of coke and coal in particular. Nitrogen gas is also used as the transport gas in the injection of pulverized coal and as an inert gas in the material loading devices at the top.
  • the curves shown in FIG. 2 illustrate the change in the percentage nitrogen content, as a function of the quantity of gas injected into the blast furnace, expressed in normal cubic meters per tonne of metal.
  • Curve 25 relates to the injection gas and curve 26 relates to the top gas.
  • the difference in nitrogen content between these two types of gas results from the CO2 purification step which increases the nitrogen content in the injection gas.
  • curve 27 illustrates the evolution of the quantity of gas that is useful for the reduction reactions in the blast furnace, namely CO and hydrogen, expressed in normal cubic meters per tonne of metal depending on the total amount of gas injected into the blast furnace expressed in normal cubic meters per tonne of metal.
  • the accumulation of nitrogen in the recycling loop inhibits the efficiency of recycling: from a certain nitrogen content, it is thus unnecessary to increase the flow of recycled gas, under penalty of n ' increase only marginally the amount of useful gas injected but significantly increase the size of recycling equipment and their specific consumption (electricity, cooling water, etc.). It therefore appears necessary to limit the accumulation of nitrogen in the recycling loop.
  • the export of a portion of the top gas via line 14 to another site device is a means of limiting the accumulation of nitrogen in the recirculation loop. Nevertheless, because of fluctuations in the flow rate and composition of the top gases, it would not always be possible to respect the set point of the CO rich gas flow rates required for the high injection line 21 and for the low injection line. , in particular during low fluctuations in the flow of the top gases or their CO content.
  • the invention makes it possible to overcome these problems by proposing a device adapted to one or more injection lines, which simultaneously makes it possible to overcome these problems of nitrogen accumulation and fluctuation of the flow of the top gas.
  • the blast furnace gas recycling device comprises: a recycling loop through which the gases from the blast furnace, said top gas, are reinjected into the blast furnace;
  • a CO2 purifier in which at least a portion of the top gas circulates so as to create a gas rich in CO, and at least one injection line through which CO-rich gas from the scrubber (16) is injected into the blast furnace at at least one injection point (37,41) at a temperature between 700 and 1300X and is essentially characterized in that it comprises a nitrogen purge device comprising at least one regulating tank which has a first outlet towards the injection lines and a second outlet to a nitrogen purge line having means nitrogen purge, and in that the flow rate of the nitrogen purge line is adapted to be adjusted according to the value of a parameter related to the gases contained in said control vessel or in another element of the feed loop. recycling.
  • the recycling device of the invention may also include the following optional features considered in isolation or in any possible technical combination:
  • the nitrogen purge means are connected to a system for measuring the pressure in the regulation vessel, and the flow rate of the nitrogen purge line is adapted to be adjusted by the nitrogen purge means according to the value of the pressure measured in said control vessel.
  • the nitrogen purge device is disposed downstream of the scrubber C0 2 so that the gases flowing to the inlet of the nitrogen purge device are the gases from the CO2 scrubber.
  • the device of the invention in addition to the franking of problems of nitrogen accumulation and fluctuation of the flow of the top gases, the device of the invention also makes it possible to export gases whose calorific value is similar to that of oxygen steel gas, therefore sufficient for most combustion applications, without requiring any particular preheating, enrichment or ignition system.
  • the device of the invention comprises at least one control valve which is located downstream of the nitrogen purge device and which regulates the flow of gas from the injection line.
  • the purge line comprises at least one control valve that can be controlled to adjust the flow rate of the nitrogen purge line according to the pressure measured in said control tank.
  • the invention also relates to a process for recycling blast furnace gas in which the gases from the blast furnace circulate on a recycling loop and undergo a step of purifying CO2 in a CO 2 scrubber so as to create a CO-rich gas which is reinjected into a first high injection point situated at the level of the blast furnace tank at a temperature of between 700 and 1000 ⁇ by a high injection line, and at a second injection point low in the lower part of the blast furnace at a temperature between 1000 ° C and 1300 ° C at a low injection line, and which is essentially characterized in that it comprises at least one evacuation step a portion of the gases of the recycling loop according to the value of a parameter related to the gases contained in a control vessel of a nitrogen purge device or in another element of the recycling loop.
  • the recycling process of the invention may also include the following optional features considered in isolation or in any possible technical combination:
  • the parameter linked to the gases contained in the regulation vessel is the pressure of these gases in the said regulation vessel.
  • the gases that are the subject of the evacuation step are gases resulting from the CO2 purification step.
  • FIG. 2 already described represents the change in the nitrogen content expressed as a percentage as a function of the quantity of gas injected into the blast furnace, expressed in normal cubic meters per tonne of metal for the blast gas and the gases injected;
  • FIG. 3 already described represents the evolution of the quantity of gas that is useful for reduction reactions in the blast furnace, expressed in normal cubic meters per tonne of metal, as a function of the total quantity of gas injected into the blast furnace, expressed in normal cubic meters per ton of metal.
  • FIG. 4 diagrammatically represents the device and the associated method of the invention, for the configuration in which the gases of the high and low injection lines are heated by two independent heating systems;
  • FIG. 5 shows schematically the method and the device used for the configuration in which the gases of the high and low injection lines are heated by a single system of heaters.
  • the blast furnace 1 is fed with coke, iron ore, pellets and agglomerate 2 via line 3 at point 4.
  • the top gases are recovered at point 11 of the upper part of the blast furnace via line 12.
  • the top gases for recycling are passed through a compressor 19 and are purified to C0 2 through a C0 2 16 scrubber such as an amine absorption unit, a VPSA, a PSA, or the like. one of these devices associated with an additional step of cryogenics.
  • the scrubber of CO 2 is a VPSA 16.
  • the compressor 19 can be integrated in the VPSA 16; it is represented separately from the VPSA for the sake of clarity.
  • the CO2 17 is stored in the basement after undergoing appropriate treatments if necessary.
  • the C0 2 purification system operates at substantially constant efficiency.
  • the CO2 capture rate is greater than 90% or even greater than 95%. This results in a CO-rich gas containing less than 5% CO2 and preferably less than 3%. This rich gas thus comprises CO, hydrogen, nitrogen and a small amount of CO2 as indicated above.
  • the gas recycling device of the invention Downstream of the CO2 purifier, the gas recycling device of the invention comprises a controlled nitrogen purge device 18 which mainly comprises a regulation vessel 18a, a purge line 18b having connected bleeding means 18c to a measuring system 18d of the pressure in said tank 18a, and a discharge device 18e of the gases by the purge device 18.
  • a controlled nitrogen purge device 18 which mainly comprises a regulation vessel 18a, a purge line 18b having connected bleeding means 18c to a measuring system 18d of the pressure in said tank 18a, and a discharge device 18e of the gases by the purge device 18.
  • This purge device 18 will be explained later.
  • a control valve 29 is disposed at the outlet of the regulation vessel 18a on the main transport line 26 and is connected to a system for measuring the flow of gas 30 flowing on the same main transport line 26. It is this valve control 29 which sets the total flow to be reinjected into the blast furnace at its set point.
  • the gases flowing on the main transmission line 26 are sent via a line 35 to a first heater system 36 in which these gases are heated to a temperature between 850 and 1300 ° C.
  • the hot gas rich in CO from this first heater system 36 is injected at point 37 into the lower part of the blast furnace at the level of the nozzles via the low injection line 28.
  • the other portion of CO-rich, CO 2 and nitrogen-poor gases are sent via line 38 to a second heater system 39 where they are also heated to a temperature between 850 and 1300 ° C.
  • the hot gas rich in CO from this second heater system 39 is mixed at the injection point 40 with CO-rich gas from the tank 20 which is at a temperature close to ambient through a line supplying cold gas 43.
  • the mixture of these two gases makes it possible to obtain a gas rich in CO at a temperature of between 700 and 1000 ° C., which is injected at the point 41 near the bowl-belly angle of the blast furnace via the high injection line 27.
  • the quantity of gas rich in CO circulating on the cold gas supply line 43 is controlled by a control valve 42 associated with a gas flow measurement system 44 which makes it possible to adjust the flow rate of cold gas to be injected into the the high injection line 21 according to the temperature of the gases of this line, which is measured by a suitable system 46, so that the CO-rich gas injected near the bowl-belly angle of the blast furnace relatively stable temperature between 700 and 1000 ° C.
  • the first 36 and second 39 heater systems may be heat exchangers well known to those skilled in the art having two or three cowpers alternately occupying the gas heating function supplying the injection line considered and the function of heat accumulator . They may also consist of different systems, such as countercurrent metal heat exchangers, possibly supplemented by a partial combustion chamber.
  • controlled nitrogen purge device 18 is identical to that described with reference to FIG. 4.
  • the gas recirculation device provides a single heater system 45, for example a three-burner system. It may be provided by means not shown to tilt the gas recirculation device shown in Figure 4 to the device of Figure 5.
  • a three-burner system it will thus be possible to provide two systems of operation. heaters each having two stoves to a three-cowheater heater system, which will continue to ensure the supply of gas in the low and high injection lines at the required temperatures while the damaged or otherwise serviceable cowper is out of stock. 'operating state,
  • the main difficulty in performing a purge of nitrogen lies in the evacuation of the recirculation loop 1a from a certain quantity of gas in order to avoid the accumulation of nitrogen in this recirculation loop 1a during the operation of the furnace, while respecting the gas injection flow rate instructions at the high 27 and low 28 supply lines.
  • controlled nitrogen purge device 18 It is therefore necessary for the controlled nitrogen purge device 18 to be able to evacuate a sufficient quantity of gas in order to avoid the accumulation of nitrogen in the recirculation loop 1a while ensuring the constant maintenance of flow rates. of gas 20 on the high feed lines 27 and 28.
  • the controlled nitrogen purge device 18 makes it possible to overcome these two difficulties.
  • the controlled purge device 18 comprises a regulating tank 18a whose input 23 is directly connected to the outlet of the purifier.
  • the control vessel 18a has a first outlet 25 located on the main transport line 26 and a second outlet 24 located on the bleed line 18b through which purge gas can be discharged from the recirculation loop 1a. an evacuation device 18th.
  • the bleed means 18c comprise a valve
  • the purge means 18c are connected to a system for measuring a parameter of the gases contained in the regulation vessel 18a other than the pressure, or to a pressure measurement system in another element of the recycling loop 1a.
  • the pressure measurement system to be placed at the outlet of the blast furnace, at the level of the line 12, or at the injection point 37 in the lower part of the blast furnace at the level of the nozzles.
  • the flow rate of the purge gas flowing on the purge line 18b is adjusted according to the pressure in the control vessel 18a.
  • control valve 18c1 is controlled by unrepresented control means in the progressive opening and progressive closing position to increase or decrease the flow of purge gas in the purge line 18b.
  • the flow instructions at the inlet of the blast furnace at the level of the high injection line 27 (between 300 and 600 Nm 3 per ton of melting) and at the level of the the low injection line 28 (between 200 and 500 Nm 3 per ton of cast iron) will be respected, it being understood that it is the control valve 29 which regulates the total flow of gas to be reinjected into the blast furnace.
  • the control valve 18c1 located on the bleed line 18b is controlled in progressive closure relative to its position taken to ensure the flow of reference purge gas, so as to reduce the purge gas flow proportionally to said difference between the set pressure and the pressure in the control vessel.
  • the control valve 18c1 located on the bleed line 18b can go as far as to be controlled in the closed position so that the gas output of the VPSA 16 flows entirely in the main transmission line 26 to meet the flow instructions at the entrance of the blast furnace as previously explained.
  • a regulating tank 18a thus makes it possible to evacuate a certain quantity of gas from the recirculation loop 1a in order to prevent the accumulation of nitrogen in this recirculation loop 1a during the operation of the blast furnace with recycling. , without modifying the gas flow instructions at the entrance of the blast furnace.
  • the regulation vessel 18a also makes it possible to dampen the fluctuations of the blast gases.
  • the control valve 29 continues to deliver the required gas flow rates to the blast furnace inlet, the pressure in the control vessel 18a increases to become higher than the previously mentioned set pressure.
  • the control valve 18c1 located on the bleed line 18b is controlled in progressive opening relative to its position taken to ensure the flow rate of purge gas reference, so as to increase the purge gas flow rate in proportion to the said difference between the pressure in the control vessel and the set pressure.
  • the purge flow is reduced (or even completely interrupted) by the nitrogen purge device, which ensures injection of gases into the blast furnace at the setpoint values.
  • the purge gas flow rate is regulated proportionally to the pressure of the control vessel 18a considered with respect to a set pressure.
  • the regulation vessel 18a makes it possible to regulate both immediate phenomena (variations of the top gases and instructions on the flow rates of gas at the inlet of the blast furnace to be complied with) and a slow phenomenon, namely the accumulation of nitrogen in the recirculation loop during operation of the recycling blast furnace.
  • the nitrogen purge device 18 makes it possible to dampen the fluctuations of the top gases which have repercussions on the gas flow at the outlet of the CO 2 scrubber while ensuring on average (over a period of time of several hours ) the purge of nitrogen necessary for the proper functioning of the recirculation loop 1a.
  • controlled purge device 18 is disposed before the CO 2 scrubber.
  • this device also has the advantage of allowing the introduction into the control tank 18a of any additional gases required during unusual operating periods of the blast furnace. For example, it may be necessary to inject in the recycle loop an inert gas (for example, nitrogen) during start-up or shutdown periods of the blast furnace, or an additional reducing gas such as gas. coke oven or natural gas when the amount of recycled CO rich gas is not sufficient, during the blast furnace start-up or shutdown periods or when the CO 2 scrubber is not operating at full speed.
  • the regulation vessel 18a then makes it possible to homogenize the mixture of this or these additional gases with the fraction of purified gas coming from the blast furnace.

Abstract

L'invention concerne principalement un dispositif de recyclage de gaz de haut-fourneau comportant : une boucle de recyclage (1a) par laquelle les gaz issus du haut-fourneau, dits gaz de gueulard, sont réinjectés dans le haut-fourneau, un épurateur de CO2 (16) dans lequel circule au moins une partie des gaz de gueulard de façon à créer un gaz riche en CO, et au moins une ligne d'injection (27,28) par laquelle du gaz riche en CO issu de l'épurateur (16) est injecté dans le haut-fourneau en au moins un point d'injection (37,41) à une température comprise entre 700 et 1300°C, et qui est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de purge d'azote (18) comprenant au moins une cuve de régulation (18a) qui comporte une première sortie (25) vers les lignes d'injection (27,28) et une seconde sortie (24) vers une ligne de purge en azote (18b) présentant des moyens de purge d'azote (18c), et en ce que le débit de la ligne de purge en azote (18b) est apte à être ajusté selon la valeur d'un paramètre lié aux gaz contenus dans la dite cuve de régulation (18a) ou dans un autre élément de la boucle de recyclage 1a. L'invention porte en outre sur un procédé de recyclage de haut-fourneau apte à mettre en œuvre un tel dispositif.

Description

Dispositif de recyclage de gaz de haut-fourneau et procédé associé
L'invention concerne un dispositif de recyclage de gaz de haut-fourneau dans lequel au moins une partie des gaz issus du haut-fourneau subissent une étape d'épuration de CO2 de façon à créer un gaz riche en CO qui est réinjecté dans le haut-fourneau. L'invention concerne en outre un procédé associé à ce dispositif.
Le haut-fourneau est un réacteur chimique à contre courant gaz-liquides- solides dont la finalité principale est la production de fonte, ultérieurement convertie en acier par réduction de sa teneur en carbone.
Le haut-fourneau est alimenté en matières solides, principalement en aggloméré, boulettes, minerai de fer et en coke, au niveau de sa partie supérieure. Les liquides constitués de fonte et de laitier sont évacués au niveau du creuset dans sa partie inférieure.
La transformation de la charge ferrifère (aggloméré, boulettes et minerai de fer) en fonte s'effectue de façon traditionnelle par réduction des oxydes de fer par un gaz réducteur (contenant notamment CO, H2 et N2), qui se forme par gazéification du coke au niveau des tuyères situées dans la partie basse du haut- fourneau où de l'air préchauffé à une température comprise entre 1000 et 1300°C appelé vent chaud est injecté.
Pour accroître la productivité et réduire les coûts, on injecte également des combustibles auxiliaires aux tuyères tels que du charbon sous forme pulvérisée, du fuel-oil, du gaz naturel ou d'autres combustibles, associés à de l'oxygène qui vient enrichir le vent chaud.
Les gaz récupérés au niveau de la partie supérieure du haut-fourneau appelés gaz de gueulard sont principalement constitués de CO, CO2, H2 et N2 dans des proportions respectives d'environ 22%, 22%, 3% et 53%. Ces gaz sont généralement utilisés dans d'autres parties de l'usine comme combustible. Les haut-fourneaux sont donc des producteurs importants de CO2.
Or, devant l'augmentation considérable de la concentration du CO2 dans l'atmosphère depuis le début du siècle dernier, il est essentiel de réduire les émissions du CO2 là ou il est produit en grande quantité, et donc notamment aux haut-fourneaux. Dans ce sens, durant les 50 dernières années, la consommation des agents réducteurs au haut-fourneau (le coke et les combustibles auxiliaires) a été réduite de moitié de sorte qu'à présent, dans les haut-fourneaux de configuration traditionnelle, la consommation de carbone a atteint une limite basse liée aux lois de la physique.
Une voie connue de réduction supplémentaire des émissions de C02 est la réintroduction dans le haut-fourneau des gaz de gueulard épurés en CÛ2 et riches en CO. L'utilisation du gaz riche en CO comme agent réducteur permet ainsi de diminuer la consommation en coke et donc les émissions de CO2.
Dans une configuration préférée, la réintroduction du CO est effectuée à deux niveaux, d'une part au niveau des tuyères à une température d'environ 1200°C, plus largement comprise entre 850 et 1300 °C, et d'autre part au niveau de la cuve, à proximité de l'angle cuve-ventre du haut-fourneau, à une température d'environ 900°C, plus largement comprise entre 700 et 1000°C. On décrit ce système connu en référence à la figure 1. D'autres configurations sont connues dans lesquelles la réintroduction du CO est effectuée soit à plus basse température au niveau des tuyères, soit à un seul niveau, par exemple celui des tuyères.
Le haut-fourneau 1 est alimenté en coke, en aggloméré, en boulettes, et en minerai de fer 2 par la ligne 3 au point 4. La fonte et le laitier 5 sont récupérés au point 6 au niveau du creuset par la ligne 7. L'oxygène et le charbon et/ou d'autres agents réducteurs auxiliaires 8 sont introduits au point 9 au niveau des tuyères par la ligne 10.
Les gaz de gueulard vont circuler dans une boucle de recirculation 1a depuis leur sortie du haut-fourneau par le gueulard jusqu'à leur réintroduction dans le haut-fourneau.
Les gaz de gueulard sont récupérés au point 11 de la partie supérieure du haut-fourneau par l'intermédiaire de la ligne 12. Une partie de ces gaz de gueulard est exportée 13 via la canalisation 14 dans un autre dispositif du site. L'autre partie des gaz de gueulard est recyclée dans le haut-fourneau par l'intermédiaire de la canalisation 15. Cette partie des gaz de gueulard destinée à être recyclée est épurée de la majeure partie de son CO2 par l'intermédiaire d'un épurateur de CO2. Cet épurateur 16 peut par exemple consister en un procédé d'absorption physico- chimique utilisant une solution d'amines, ou un procédé d'adsorption modulée en pression dénommé PSA (Pressure Swing Adsorption), ou un procédé d'adsorption avec régénération sous vide dénommé VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorption), ces procédés pouvant être ou non associés à une étape supplémentaire de cryogénie destinée à produire du CO2 pur 17 prêt à être stocké dans les sous sols (on parle alors de stockage géologique) ou à être utilisé dans des applications spécifiques comme l'industrie alimentaire ou la récupération assistée d'hydrocarbures dans des gisements en fin d'exploitation.
Dans la configuration préférée décrite ci-dessus, le gaz riche en CO 18 est ensuite chauffé dans des échangeurs thermiques 24, par exemple du type de ceux communément appelés 'cowpers', puis introduit dans le haut-fourneau 1 à une température comprise entre 700 et 000°C au point 20 d'une ligne d'injection haute 21 , et à une température comprise entre 850°C et 1300°C au point 22 d'une ligne d'injection basse 23. Dans cette configuration, le débit spécifique de gaz riche en CO requis pour la ligne d'injection haute 21 doit être compris entre 300 et 600 Nm3 par tonne de fonte et pour la ligne d'injection basse 23, il doit être compris entre 200 et 500 Nm3 par tonne de fonte.
Deux difficultés découlent de la présence de cette boucle de recirculation 1a. La première difficulté réside dans le contrôle des débits au niveau des lignes d'injection basse 23 et haute 21. Cette difficulté est transposable au cas où il n'y a qu'une seule ligne d'injection.
En effet, le débit et la composition des gaz de gueulard circulant dans la ligne 12 fluctuent dans le temps en raison des variations de l'état interne du haut- fourneau. Ces variations ne sont pas contrôlables. Or ces variations se répercutent directement sur la stabilité du débit de la ligne d'injection (ou des lignes d'injection basse 23 et haute 21 dans la configuration de la figure 1) et donc sur la stabilité de la quantité d'agent réducteur introduite dans le haut-fourneau.
La deuxième difficulté réside dans l'accumulation d'azote dans la boucle de recirculation. En effet, de l'azote est continuellement introduit dans le haut- fourneau comme élément de constitution du coke et du charbon notamment. De l'azote gazeux est également utilisé comme gaz de transport dans l'injection de charbon pulvérisé et comme gaz inerte dans les dispositifs de chargements des matières au niveau du gueulard.
L'épuration de CO2 ne conduit qu'à l'évacuation d'une très faible quantité d'azote, inférieure à la quantité introduite, et donc insuffisante pour éviter les problèmes liés à l'accumulation d'azote. On citera comme problème principal relatif à l'accumulation d'azote l'apparition d'une limite en efficacité de recyclage lorsque l'on augmente le débit de gaz recyclé injecté dans le haut-fourneau, comme l'illustrent les courbes représentées sur les figures 2 et 3.
Les courbes représentées sur la figure 2 illustrent l'évolution de la teneur en azote exprimée en pourcentage, en fonction de la quantité de gaz injecté dans le haut-fourneau exprimé en normaux mètres cubes par tonne de métal.
La courbe 25 concerne les gaz d'injection et la courbe 26 concerne les gaz de gueulard. La différence de teneur en azote entre ces deux types de gaz résulte de l'étape d'épuration de CO2 qui augmente la teneur en azote dans les gaz d'injection.
On constate au regard de ces courbes un phénomène d'accumulation d'azote dans les gaz d'injection, cette accumulation suivant une croissance exponentielle.
En référence à la figure 3, la courbe 27 illustre l'évolution de la quantité de gaz utiles aux réactions de réduction dans le haut-fourneau, à savoir le CO et l'hydrogène, exprimée en normaux mètres cubes par tonne de métal en fonction de la quantité totale de gaz injecté dans le haut-fourneau exprimé en normaux mètres cubes par tonne de métal.
On constate une évolution qui n'est pas proportionnelle. La quantité de gaz utile tend vers une valeur maximum (asymptote) lorsque l'on augmente la quantité de gaz injecté.
Il en résulte que l'accumulation d'azote dans la boucle de recyclage inhibe l'efficacité du recyclage: à partir d'une certaine teneur en azote, il est ainsi inutile d'augmenter le débit de gaz recyclé, sous peine de n'augmenter que marginalement la quantité de gaz utiles injectés mais d'augmenter significativement la taille des équipements de recyclage et leurs consommations spécifiques (électricité, eau de refroidissement, etc). Il apparaît donc nécessaire de limiter l'accumulation d'azote dans la boucle de recyclage.
L'exportation d'une partie des gaz de gueulard via la canalisation 14 dans un autre dispositif du site est un moyen de limiter l'accumulation d'azote dans la boucle de recirculation. Néanmoins, à cause des fluctuations de débit et de composition des gaz de gueulard, elle ne permettrait pas toujours de respecter la consigne des débits de gaz riche en CO requis pour la ligne d'injection haute 21 et pour la ligne d'injection basse 23, notamment lors de fluctuations basses du débit des gaz de gueulard ou de leur teneur en CO.
La difficulté de satisfaire à la fois à la nécessité de limiter les phénomènes d'accumulation d'azote dans la boucle de recirculation et le respect des débits d'injection tient notamment en ce que l'accumulation d'azote est un phénomène relativement lent, tandis que les variations de débits et de pression dans la boucle de recirculation sont des phénomènes immédiats, résultant directement du débit et de la pression des gaz de gueulard.
Un autre désavantage de l'exportation d'une partie des gaz de gueulard via la canalisation 14 dans un autre dispositif du site pour une application de combustion est le relativement faible pouvoir calorifique de ces gaz qui, bien que supérieur à celui des gaz de gueulard des haut-fourneaux conventionnels, n'est pas suffisant pour assurer un allumage aisé et une température de flamme élevée.
L'invention permet de pallier ces problèmes en proposant un dispositif adapté à une ou plusieurs lignes d'injection, qui permet simultanément de s'affranchir de ces problèmes d'accumulation d'azote et de fluctuation du débit des gaz de gueulard.
A cet effet, le dispositif de recyclage de gaz de haut-fourneau comporte : une boucle de recyclage par laquelle les gaz issus du haut-fourneau, dits gaz de gueulard, sont réinjectés dans le haut-fourneau,
- un épurateur de CO2 dans lequel circule au moins une partie des gaz de gueulard de façon à créer un gaz riche en CO, et au moins une ligne d'injection par laquelle du gaz riche en CO issu de l'épurateur (16) est injecté dans le haut-fourneau en au moins un point d'injection (37,41) à une température comprise entre 700 et 1300X, et est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de purge d'azote comprenant au moins une cuve de régulation qui comporte une première sortie vers les lignes d'injection et une seconde sortie vers une ligne de purge en azote présentant des moyens de purge d'azote, et en ce que le débit de la ligne de purge en azote est apte à être ajusté selon la valeur d'un paramètre lié aux gaz contenus dans la dite cuve de régulation ou dans un autre élément de la boucle de recyclage.
Le dispositif de recyclage de l'invention peut également comporter les caractéristiques optionnelles suivantes considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles :
- les moyens de purge d'azote sont reliés à un système de mesure de la pression dans la cuve de régulation, et le débit de la ligne de purge d'azote est apte à être ajusté par les moyens de purge d'azote selon la valeur de la pression mesurée dans la dite cuve de régulation.
- le dispositif de purge d'azote est disposé en aval de l'épurateur de C02 de sorte que les gaz qui circulent à l'entrée du dispositif de purge d'azote sont les gaz issus de l'épurateur de CO2.
Ainsi, selon cette configuration, outre l'affranchissement des problèmes d'accumulation d'azote et de fluctuation du débit des gaz de gueulard, le dispositif de l'invention permet aussi d'exporter des gaz dont le pouvoir calorifique est semblable à celui des gaz d'aciérie à l'oxygène, donc suffisant pour la plupart des applications de combustion, et ce sans nécessiter aucun système de préchauffage, d'enrichissement ou d'allumage particuliers.
- le dispositif de l'invention comporte au moins une vanne de contrôle qui est située en aval du dispositif de purge d'azote et qui règle le débit de gaz de la ligne d'injection.
- la ligne de purge comporte au moins une vanne de régulation apte à être commandée pour ajuster le débit de la ligne de purge d'azote selon la pression mesurée dans la dite cuve de régulation. L'invention porte également sur un procédé de recyclage de gaz de haut- fourneau dans lequel les gaz issus du haut-fourneau circulent sur une boucle de recyclage et subissent une étape d'épuration de CO2 dans un épurateur de CO2 de façon à créer un gaz riche en CO qui est réinjecté en un premier point d'injection haut situé au niveau de la cuve du haut-fourneau à une température comprise entre 700 et 1000X par une ligne d'injection haute, et en un deuxième point d'injection bas dans la partie basse du haut-fourneau à une température comprise entre 1000°C et 1300 °C au niveau d'une ligne d'injection basse, et qui est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape d'évacuation d'une partie des gaz de la boucle de recyclage selon la valeur d'un paramètre lié aux gaz contenus dans une cuve de régulation d'un dispositif de purge d'azote ou dans un autre élément de la boucle de recyclage.
Le procédé de recyclage de l'invention peut également comporter les caractéristiques optionnelles suivantes considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles :
- le paramètre lié aux gaz contenus dans la cuve de régulation est la pression de ces gaz dans la dite cuve de régulation.
- les gaz faisant l'objet de l'étape d'évacuation sont des gaz issus de l'étape d'épuration de CO2.
- lorsque la pression dans la cuve de régulation est supérieure à une pression de consigne correspondant à un débit de gaz de purge de référence, le débit des gaz de purge issus de l'étape d'épuration de CO2 est augmenté par rapport au débit de gaz de purge de référence en étant ajusté proportionnellement à la différence entre la pression dans la cuve de régulation et la pression de consigne, et lorsque la pression dans la cuve de régulation est inférieure à la pression de consigne, le débit des gaz de purge est diminué par rapport au débit de gaz de purge de référence en étant ajusté proportionnellement à la différence entre la pression de consigne et la pression dans la cuve de régulation.
- le contrôle des débits des gaz des premier et second points d'injection est réalisé en aval de l'étape d'évacuation d'une partie des gaz issus de l'étape d'épuration de C02. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée en référence aux figures annexées sur lesquelles :
- la figure 1 déjà décrite représente un dispositif connu de recyclage des gaz de gueulard ;
- la figure 2 déjà décrite représente l'évolution de la teneur en azote exprimée en pourcentage en fonction de la quantité de gaz injecté dans le haut- fourneau exprimé en normaux mètres cubes par tonne de métal pour les gaz de gueulard et les gaz injectés ;
- la figure 3 déjà décrite représente l'évolution de la quantité de gaz utiles aux réactions de réduction dans le haut-fourneau exprimée en normaux mètres cubes par tonne de métal en fonction de la quantité totale de gaz injecté dans le haut-fourneau exprimé en normaux mètres cubes par tonne de métal.
- la figure 4 représente schématiquement le dispositif et le procédé associé de l'invention, pour la configuration dans laquelle les gaz des lignes d'injection haute et basse sont chauffés par deux systèmes de réchauffeurs indépendants; et
- la figure 5 représente schématiquement le procédé et le dispositif utilisé pour la configuration dans laquelle les gaz des lignes d'injection haute et basse sont chauffés par un unique système de réchauffeurs.
Certains éléments communs des dispositifs des figures 1 , 4 et 5 portent les mêmes références. Par souci de simplification, l'injection des combustibles auxiliaires et la récupération de la fonte et du laitier ne sont pas représentés sur les figures 4 et 5 mais sont bien évidemment des étapes présentes dans les procédés illustrés sur ces figures.
En référence à la figure 4, le haut-fourneau 1 est alimenté en coke, en minerai de fer, en boulettes et en aggloméré 2 par la ligne 3 au point 4.
Les gaz de gueulard sont récupérés au point 11 de la partie supérieure du haut-fourneau par l'intermédiaire de la ligne 12.
Les gaz de gueulard destinés à être recyclés passent dans un compresseur 19 et sont épurés en C02 par l'intermédiaire d'un épurateur de C02 16 tel qu'une unité d'absorption aux aminés, un VPSA, un PSA, ou l'un de ces dispositifs associé à une étape supplémentaire de cryogénie. Dans l'exemple de la figure 4, l'épurateur de C02 est un VPSA 16. Par ailleurs, le compresseur 19 peut être intégré au VPSA 16 ; il est représenté à part du VPSA par souci de clarté. Le CO2 17 est stocké dans le sous-sol après avoir subi des traitements appropriés si nécessaire.
Le système d'épuration de C02 fonctionne à rendement sensiblement constant. Le taux de capture de CO2 est supérieur à 90 % voire supérieur à 95%. Il en résulte un gaz riche en CO contenant moins de 5% de CO2 et de préférence moins de 3%. Ce gaz riche comprend ainsi du CO, de l'hydrogène, de l'azote et une faible quantité de CO2 comme indiqué précédemment.
En aval de l'épurateur de CO2, le dispositif de recyclage de gaz de l'invention comporte un dispositif de purge contrôlée d'azote 18 qui comprend principalement une cuve de régulation 18a, une ligne de purge 18b comportant des moyens de purge 18c reliés à un système de mesure 18d de la pression dans la dite cuve 18a, et un dispositif d'évacuation 18e des gaz par le dispositif de purge 18. Le fonctionnement de ce dispositif de purge 18 sera explicité plus loin.
En sortie de la cuve de régulation 18a, les gaz riches en CO et pauvres en
CO2 qui n'ont pas été évacués de la boucle de recirculation 1a par le dispositif de purge 18, circulent sur la ligne de transport principale 26.
Une vanne de contrôle 29 est disposée en sortie de la cuve de régulation 18a sur la ligne de transport principale 26 en étant reliée à un système de mesure du débit de gaz 30 circulant sur cette même ligne de transport principal 26. C'est cette vanne de contrôle 29 qui règle le débit total à réinjecter dans le haut- fourneau à sa valeur de consigne.
Les gaz circulant sur la ligne de transport principale 26 sont envoyés via une canalisation 35 vers un premier système de réchauffeurs 36 dans lequel ces gaz sont chauffés à une température comprise entre 850 et 1300°C. Le gaz chaud riche en CO issu de ce premier système de réchauffeurs 36 est injecté au point 37 dans la partie basse du haut-fourneau au niveau des tuyères par l'intermédiaire de la ligne d'injection basse 28.
L'autre partie des gaz riches en CO et pauvres en CO2 et en azote sont envoyés via une canalisation 38 vers un deuxième système de réchauffeurs 39 dans lequel ils sont également chauffés à une température comprise entre 850 et 1300°C. Le gaz chaud riche en CO issu de ce deuxième système de réchauffeurs 39 est mélangé au point d'injection 40 avec du gaz riche en CO issu du réservoir 20 qui est à une température proche de l'ambiante par l'intermédiaire d'une ligne d'alimentation en gaz froid 43.
Le mélange de ces deux gaz permet d'obtenir un gaz riche en CO à une température comprise entre 700 et 1000°C, qui est injecté au point 41 à proximité de l'angle cuve-ventre du haut-fourneau par l'intermédiaire de la ligne d'injection haute 27.
La quantité de gaz riche en CO circulant sur la ligne d'alimentation en gaz froid 43 est contrôlée par une vanne de régulation 42 associée à un système de mesure du débit de gaz 44 qui permet d'ajuster le débit de gaz froid à injecter dans la ligne d'injection haute 21 selon la température des gaz de cette ligne qui est mesurée par un système approprié 46 et ce, afin que le gaz riche en CO injecté à proximité de l'angle cuve-ventre du haut-fourneau reste à une température relativement stable comprise entre 700 et 1000°C.
On pourra prévoir une autre vanne de régulation associée à un système de mesure du débit de gaz non représentés, tous les deux situés sur la canalisation 35.
Les premier 36 et deuxième 39 systèmes de réchauffeurs peuvent être des échangeurs thermiques bien connus de l'homme du métier comportant deux ou trois cowpers occupant alternativement la fonction de chauffage de gaz alimentant la ligne d'injection considérée et la fonction d'accumulateur de chaleur. Ils peuvent également consister en des systèmes différents, comme des échangeurs métalliques à contre-courant, éventuellement complétés par une chambre de combustion partielle.
En référence à la figure 5, le dispositif de purge contrôlée d'azote 18 est identique à celui décrit en référence à la figure 4.
En revanche, au lieu de présenter deux systèmes de réchauffeurs comme c'est le cas dans le dispositif de la figure 4, le dispositif de recirculation de gaz prévoit un seul système de réchauffeur 45, par exemple un système à trois cowpers. Il pourra être prévu par des moyens non représentés de faire basculer le dispositif de recirculation de gaz présenté sur la figure 4 vers le dispositif de la figure 5. Dans le cas de systèmes à cowpers, on pourra ainsi prévoir un 5 fonctionnement à deux systèmes de réchauffeurs comportant chacun deux cowpers vers un système de réchauffeurs comportant trois cowpers, ce qui permettra de continuer à assurer la fourniture de gaz dans les lignes d'injection basse et haute aux températures requises pendant que le cowper endommagé ou nécessitant un entretien particulier est hors d'état de fonctionnement,
î o On décrit à présent le fonctionnement du dispositif de purge contrôlée d'azote 18.
La principale difficulté pour réaliser une purge d'azote réside dans l'évacuation de la boucle de recirculation 1a d'une certaine quantité de gaz pour éviter l'accumulation d'azote dans cette boucle de recirculation 1a au cours du 15 fonctionnement du haut-fourneau, tout en respectant les consignes de débit d'injection de gaz au niveau des lignes d'alimentation haute 27 et basse 28.
Il s'agit donc pour le dispositif de purge contrôlée d'azote 18 d'être apte à évacuer une quantité de gaz suffisante afin d'éviter l'accumulation d'azote dans la boucle de recirculation 1a tout en assurant le maintien constant des débits de gaz 20 sur les lignes d'alimentation haute 27 et basse 28.
Le dispositif de purge contrôlée d'azote 18 permet de s'affranchir de ces deux difficultés.
A cet effet, le dispositif de purge contrôlé 18 comporte une cuve de régulation 18a dont l'entrée 23 est directement reliée à la sortie de l'épurateur de
25 CO2 16. La cuve de régulation 18a comporte une première sortie 25 située sur la ligne de transport principale 26 et une deuxième sortie 24 située sur la ligne de purge 18b par laquelle du gaz de purge peut être évacué de la boucle de recirculation 1a vers un dispositif d'évacuation 18e.
Sur la ligne de purge 18b, les moyens de purge 18c comportent une vanne
30 de régulation 18c1 reliée à un système de mesure 18c2 du débit de gaz de la ligne de purge 18b, ces moyens de purge 18c étant reliés à un système de mesure 18d de la pression dans la dite cuve 18a. En variante, il pourra être prévu que les moyens de purge 18c soient reliés à un système de mesure d'un paramètre des gaz contenus dans la cuve de régulation 18a autre que la pression, ou à un système de mesure de la pression dans un autre élément de la boucle de recyclage 1a. On citera à cet effet, la possibilité pour le système de mesure de pression d'être disposé en sortie du haut fourneau, au niveau de la ligne 12, ou au point d'injection 37 dans la partie basse du haut-fourneau au niveau des tuyères.
Le débit du gaz de purge circulant sur la ligne de purge 18b est ajusté selon la pression dans la cuve de régulation 18a.
Ainsi, en fonction de la différence entre la pression dans la cuve de régulation et une pression de consigne qui sera déterminée par l'homme du métier selon les paramètres de fonctionnement du haut-fourneau pour correspondre à un débit de gaz de purge de référence, la vanne de régulation 18c1 est commandée par des moyens de commande non représentés en position d'ouverture progressive et de fermeture progressive pour augmenter ou diminuer le débit de gaz de purge dans la ligne de purge 18b.
Au regard de la pression dans le réservoir de purge 18a, les consignes de débit à l'entrée du haut-fourneau au niveau de la ligne d'injection haute 27 (entre 300 et 600 Nm3 par tonne de fonte) et au niveau de la ligne d'injection basse 28 (entre 200 et 500 Nm3 par tonne de fonte) seront respectées, étant entendu que c'est la vanne de contrôle 29 qui règle le débit total de gaz à réinjecter dans le haut-fourneau.
Lorsque la pression dans la cuve de régulation diminue et ainsi que la différence entre la pression de consigne et la pression dans la cuve de régulation augmente, la vanne de régulation 18c1 située sur la ligne de purge 18b est commandée en fermeture progressive par rapport à sa position prise pour assurer le débit de gaz de purge de référence, de façon à diminuer le débit des gaz de purge proportionnellement à la dite différence entre la pression de consigne et la pression dans la cuve de régulation. Lorsque la pression dans la cuve de régulation diminue fortement, par exemple en cas de diminution temporaire du débit de CO dans les gaz de gueulard, la vanne de régulation 18c1 située sur la ligne de purge 18b peut aller jusqu'à être commandée en position fermée afin que le gaz en sortie du VPSA 16 circule intégralement dans la ligne de transport principale 26 pour respecter les consignes de débit à l'entrée du haut-fourneau telles que précédemment expliquées.
L'utilisation d'une cuve de régulation 18a permet ainsi de pouvoir évacuer une certaine quantité de gaz de la boucle de recirculation 1a pour éviter l'accumulation d'azote dans cette boucle de recirculation 1a au cours du fonctionnement du haut-fourneau à recyclage, sans modifier les consignes de débit de gaz à l'entrée du haut-fourneau.
Plus encore, de façon concomitante aux opérations de purge précédemment décrites, la cuve de régulation 18a permet en outre d'amortir les fluctuations des gaz de gueulards.
En effet, dans le cas d'une augmentation des débits de gaz de gueulard, puisque la vanne de contrôle 29 continue à délivrer les débits de gaz requis à l'entrée du haut-fourneau, la pression dans la cuve de régulation 18a augmente pour devenir supérieure à la pression de consigne préalablement évoquée. Dans ce cas, lorsque la différence entre la pression dans la cuve de régulation et la pression de consigne augmente, la vanne de régulation 18c1 située sur la ligne de purge 18b est commandée en ouverture progressive par rapport à sa position prise pour assurer le débit de gaz de purge de référence, de façon à augmenter le débit des gaz de purge proportionnellement à la dite différence entre la pression dans la cuve de régulation et la pression de consigne.
A l'inverse, comme évoqué précédemment, dans le cas d'une baisse des débits de gaz de gueulard, le débit de purge est réduit (voire complètement interrompu) par le dispositif de purge d'azote, ce qui permet d'assurer l'injection des gaz dans le haut-fourneau aux valeurs de consignes.
Par conséquent, le débit de gaz de purge est régulé de façon proportionnelle à la pression de la cuve de régulation 18a considérée au regard d'une pression de consigne. C'est ainsi que la cuve de régulation 18a permet de régler à la fois des phénomènes immédiats (variations des gaz de gueulard et consignes des débits de gaz à l'entrée du haut-fourneau à respecter) et un phénomène lent, soit l'accumulation d'azote dans la boucle de recirculation au cours du fonctionnement du haut-fourneau à recyclage.
Ainsi, le dispositif de purge d'azote 18 permet d'amortir les fluctuations des gaz de gueulard qui se répercutent sur le débit de gaz en sortie de l'épurateur de CO2 tout en assurant en moyenne (sur une période temps de plusieurs heures) la purge d'azote nécessaire au bon fonctionnement de la boucle de recirculation 1a.
En variante on peut prévoir que le dispositif de purge contrôlé 18 soit disposé avant l'épurateur de CO2.
Mais le fait d'effectuer la purge d'azote en aval de l'épurateur de CO2 16 présente les avantages, par rapport à la simple purge en amont de l'épurateur de CO2 via la canalisation 14 illustrée sur la figure 1 ou à une purge d'azote effectuée en amont de l'épurateur de CO2, d'augmenter la quantité de CO2 capturé par l'épurateur, ce qui mène à réduire encore les émissions de CO2 de l'usine, et de permettre l'exportation de gaz ayant un pouvoir calorifique significativement supérieur (plus de 10 MJ/Nm3 au lieu de 6.5 MJ/Nm3 environ), et donc une valeur intrinsèque plus grande pour les applications de combustion.
Finalement, ce dispositif présente aussi l'avantage de permettre l'introduction dans la cuve de régulation 18a d'éventuels gaz additionnels nécessaires pendant des périodes de fonctionnement inhabituelles du haut- fourneau. Par exemple, il peut être nécessaire d'injecter dans la boucle de recyclage un gaz inerte (de l'azote, par exemple) pendant les périodes de démarrage ou d'arrêt du haut-fourneau, ou un complément de gaz réducteur comme du gaz de four à coke ou du gaz naturel quand la quantité de gaz riche en CO recyclé ne suffit pas, pendant les périodes de démarrage ou d'arrêt du haut- fourneau ou quand l'épurateur de CO2 ne fonctionne pas à plein régime. La cuve de régulation 18a permet alors l'homogénéisation du mélange de ce ou ces gaz additionnels avec la fraction du gaz épuré provenant du haut-fourneau.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de recyclage de gaz de haut-fourneau comportant :
une boucle de recyclage (1a) par laquelle les gaz issus du haut-fourneau, dits gaz de gueulard, sont réinjectés dans le haut-fourneau,
un épurateur de CO2 (16) dans lequel circule au moins une partie des gaz de gueulard de façon à créer un gaz riche en CO, et
au moins une ligne d'injection (27,28) par laquelle du gaz riche en CO issu de l'épurateur (16) est injecté dans le haut-fourneau en au moins un point d'injection (37,41) à une température comprise entre 700 et 1300°C,
caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de purge d'azote (18) comprenant au moins une cuve de régulation (18a) qui comporte une première sortie (25) vers les lignes d'injection (27,28) et une seconde sortie (24) vers une ligne de purge en azote (18b) présentant des moyens de purge d'azote (18c), et en ce que le débit de la ligne de purge en azote (18b) est apte à être ajusté selon la valeur d'un paramètre lié aux gaz contenus dans la dite cuve de régulation (18a) ou dans un autre élément de la boucle de recyclage 1a.
2. Dispositif de recyclage selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens de purge d'azote (18c) sont reliés à un système de mesure (18d) de la pression dans la cuve de régulation (18a), et en ce que le débit de la ligne de purge d'azote (18b) est apte à être ajusté par les moyens de purge d'azote (18c) selon la valeur de la pression mesurée dans la dite cuve de régulation (18a).
3. Dispositif de recyclage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif de purge d'azote (18) est disposé en aval de l'épurateur de CO2 (16) de sorte que les gaz qui circulent à l'entrée du dispositif de purge d'azote (18) sont les gaz issus de l'épurateur de CO2 (16).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une vanne de contrôle (29) qui est située en aval du dispositif de purge d'azote (18) et qui règle le débit de gaz de la ligne d'injection (27,28).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la ligne de purge (18b) comporte au moins une vanne de régulation (18c1) apte à être commandée pour ajuster le débit de la ligne de purge d'azote (18b) selon la pression mesurée dans la dite cuve de régulation (18a).
6. Procédé de recyclage de gaz de haut-fourneau dans lequel les gaz issus du haut-fourneau circulent sur une boucle de recyclage et subissent une étape d'épuration de CO2 dans un épurateur de C02 de façon à créer un gaz riche en CO qui est réinjecté en un premier point d'injection haut situé au niveau de la cuve du haut-fourneau à une température comprise entre 700 et 1000°C par une ligne d'injection haute, et en un deuxième point d'injection bas dans la partie basse du haut-fourneau à une température comprise entre 1000°C et 1300 °C au niveau d'une ligne d'injection basse, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape d'évacuation d'une partie des gaz de la boucle de recyclage (1a) selon la valeur d'un paramètre lié aux gaz contenus dans une cuve de régulation (18a) d'un dispositif de purge d'azote (18) ou dans un autre élément de la boucle de recyclage (1a).
7. Procédé de recyclage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le paramètre lié aux gaz contenus dans la cuve de régulation (18a) est la pression de ces gaz dans la dite cuve de régulation (18a).
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les gaz faisant l'objet de l'étape d'évacuation sont des gaz issus de l'étape d'épuration de C02.
9. Procédé de recyclage selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que :
- lorsque la pression dans la cuve de régulation (18a) est supérieure à une pression de consigne correspondant à un débit de gaz de purge de référence, le débit des gaz de purge issus de l'étape d'épuration de CO2 est augmenté par rapport au débit de gaz de purge de référence, en étant ajusté proportionnellement à la différence entre la pression dans la cuve de régulation et la pression de consigne, et
- lorsque la pression dans la cuve de régulation est inférieure à la pression de consigne, le débit des gaz de purge est diminué par rapport au débit de gaz de purge de référence, en étant ajusté proportionnellement à la différence entre la pression de consigne et la pression dans la cuve de régulation.
10. Procédé de recyclage selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le contrôle des débits des gaz des premier (41) et second (37) points d'injection est réalisé en aval de l'étape d'évacuation d'une partie des gaz issus de l'étape d'épuration de CO2.
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