FR2848123A1 - Procede de recuperation du gaz de haut-fourneau et son utilisation pour la fabrication de la fonte - Google Patents

Procede de recuperation du gaz de haut-fourneau et son utilisation pour la fabrication de la fonte Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de récupération de gaz de haut-fourneau, dans lequel les gaz issus du haut-fourneau sont récupérés, le dioxyde de carbone présent dans le gaz est au moins partiellement retiré au cours d'une première étape d'épuration de CO2, de manière à créer un gaz de haut-fourneau pauvre en dioxyde de carbone, ledit gaz étant soit réinjecté dans le haut-fourneau, soit récupéré et envoyé vers un autre point d'utilisation, après épuration. Ce procédé se caractérise en ce que après la première étape d'épuration du dioxyde de carbone, il est prévu une deuxième étape d'épuration d'une quantité substantielle de l'azote contenu dans ledit gaz, de manière à récupérer un gaz riche, avant réinjection ou récupération vers un autre point d'utilisation, dont la concentration en azote est inférieure à 10 % vol. de préférence inférieure à 5 % vol.

Description

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Procédé de récupération du gaz de haut-fourneau et son utilisation pour la fabrication de la fonte
La présente invention concerne un procédé de récupération de gaz de hautfourneau, dans lequel les gaz issus du haut-fourneau sont récupérés, le dioxyde de carbone présent dans le gaz est au moins partiellement retiré au cours d'une première étape d'épuration de CO2, de manière à créer un gaz de haut-fourneau pauvre en dioxyde de carbone, ledit gaz étant soit réinjecté dans le haut-fourneau, soit récupéré et envoyé vers un autre point d'utilisation. Elle concerne également l'utilisation de ce gaz de haut-fourneau épuré pour la fabrication de la fonte au haut-fourneau.
La fabrication d'acier est aujourd'hui réalisée de façon prépondérante par la filière dite intégrée dont le coeur est le haut-fourneau dans lequel on fabrique dans un premier temps de la fonte, dont le contenu en carbone sera ultérieurement réduit par des opérations d'injection d'oxygène, notamment et de différents additifs afin de produire de l'acier de différentes nuances. Au niveau du haut-fourneau, le procédé est dit ouvert : de l'air chaud, éventuellement enrichi en oxygène est injecté à la base du haut-fourneau afin d'engendrer un gaz réducteur nécessaire à la réduction du fer et d'apporter le comburant nécessaire à la fusion du métal. Le gaz engendré, dit gaz de haut-fourneau (en abrégé GHF) après avoir traversé le haut-fourneau est exporté et est utilisé partiellement dans les différents ateliers de l'aciérie en tant que source d'énergie et/ou de chaleur par exemple pour réchauffer les récupérateurs (dits hot stoves en anglais) échangeurs de chaleur, chargés de préchauffer l'air (vent froid) qui est ensuite injecté à la base du haut-fourneau (vent chaud), ou partiellement envoyé vers une centrale énergétique.
Comme pour tout procédé industriel, l'homme de métier est sans cesse confronté aux problèmes d'accroissement de la production et de la productivité du hautfourneau, tandis que la législation lui impose de réduire les émissions de dioxyde de carbone, de telles émissions étant nocives pour l'environnement.
Il est connu que l'accroissement de la production et la réduction des coûts ont été réalisés par l'injection de combustibles auxiliaires aux tuyères d'injection de combustible, notamment de charbon sous forme de poudre pulvérisée, injectée à l'aide d'injection sous pression d'air (procédé dit PCI : Pulverized Coal Injection ), ainsi que la suroxygénation du vent, c'est-à-dire en injectant de l'oxygène pur et/ou de l'air enrichi en oxygène à l'air froid de manière à obtenir un vent froid contenant plus de 21 % vol. d'oxygène. L'injection de ce charbon pulvérisé permet la réduction de la quantité de coke nécessaire et donc des économies substantielles ainsi que la réduction des émissions de C02 au niveau de la cokerie.
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L'injection de charbon ou d'autres types de fuel réduit les émissions de CO2 à travers la baisse des concentrations de CO et CO2 et l'augmentation de la concentration en hydrogène. La réduction de consommation de coke engendre une réduction des gaz de cokerie et de tous les polluants associés à cette production.
Les succès rapides obtenus grâce à l'injection de charbon ont conduit l'homme de métier à augmenter les taux d'injection de charbon. Pour atteindre des taux d'injection élevés, il faut une suroxygénation élevée du vent, voire un vent comportant sensiblement 100 % vol. d'oxygène. Au-dessus de 60 % vol. environ d'oxygène dans le vent, la quantité de gaz formée aux tuyères d'injection du vent diminue tellement qu'elle devient insuffisante pour assurer un maintien en température de la zone supérieure du haut-fourneau. Afin de contourner cette difficulté, l'homme de métier a suggéré de compenser la quantité de chaleur manquante par l'injection de gaz chauds dans le hautfourneau à l'aide de tuyères auxiliaires, ce qui permet notamment l'utilisation d'oxygène pur à la place du vent d'air ou d'air suroxygéné.
Le procédé décrit dans DE-A-2261766 et dans l'article de F. FINK intitulé The floss furnace process : a new process to smelt iron in blast furnace @ ist European lronmaking Congress - Aachen, 1986, VDEh, PV/3, consiste à compresser le gaz de haut-fourneau, à retirer le dioxyde de carbone présent dans celui-ci et recycler éventuellement tout ou partie du gaz ainsi épuré à deux niveaux différents du hautfourneau, en ajoutant à ce gaz de l'oxygène pur ou sensiblement pur et un combustible.
Il est connu de l'article Heat and Mass Balance of Oxygen enriched and Nitrogen Free Blast Furnace Opérations with Coal Injection , Dongke Ma, Linutan Kong, W. K. LU, 1988, Ironmaking Conférence Procedings pp 595-609, un procédé dans lequel on chauffe le gaz de haut-fourneau après épuration CO2, puis on le recycle (en partie au moins) après chauffage en l'injectant à mi-hauteur du haut-fourneau, une autre partie de gaz de haut-fourneau, généralement non épurée en CO2, étant recyclée après injection dans celui-ci de combustible et d'oxygène sensiblement pur (plus d'environ 90 % d'oxygène).
Il est également connu de l'article The New Blast Furnace Technique with Ultra High Rate of Coal Injection Qin Mensheng, Yang Yong Yi, 1st International Symposium on Ironmaking, Sept. 1985 et de l'article The Full Oxygen Blast Fuanece (FOBP) Process de Qin Mensheng, Qi Baoming, Proceedings of the Sixth international Iron and Steel Congress 1990, Nagoya, ISIJ, pp 589-595, un procédé qui consiste après compression puis épuration en CO2 du gaz de haut-fourneau, à recycler celui-ci à la base du haut-fourneau, après ajout d'oxygène et de fuel.
D'une manière générale, la double injection d'air éventuellement enrichi en oxygène (l'une à la base, l'autre à mi-hauteur du haut-fourneau), permet d'augmenter la
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productivité du haut-fourneau. Une importante partie des gaz ne traversant plus la zone de fusion qui est le goulot d'étranglement des écoulements gazeux et liquides à contrecourant, cela rend possible une augmentation des débits liquides, donc de la production de fonte.
Tous ces procédés ont en commun un recyclage du gaz de haut-fourneau après une première étape d'épuration C02 et un fonctionnement à l'oxygène pur. Aucun des procédés décrits ci-dessus n'a pour l'instant abouti à un stade industriel, les modifications à apporter au procédé du haut-fourneau sont complexes, onéreuses, risquées financièrement et nécessitent une expérimentation poussée.
Les procédés connus à l'heure actuelle ne permettent donc pas de compenser la diminution du flux gazeux, dû à l'enrichissement de vent avec de l'oxygène, ladite diminution engendrant une insuffisance de température dans la zone haute de hautfourneau : il se pose donc aujourd'hui le problème d'amélioration du procédé du hautfourneau en enrichissant encore plus en oxygène le vent chaud tout en conservant une température suffisamment élevée dans la partie haute du haut-fourneau, procédé simple à implanter dans le haut-fourneau, qui ne remette pas en cause le fonctionnement du haut-fourneau.
L'invention permet de résoudre le problème posé.
Elle consiste, après la première étape d'épuration du dioxyde de carbone, à prévoir une étape d'épuration en azote du gaz de haut-fourneau de manière à enlever une quantité substantielle d'azote et délivrer un gaz comportant essentiellement du monoxyde de carbone et au plus 10 % vol., de préférence au plus 5 % vol. d'azote. Ce gaz peut contenir également une faible quantité d'hydrogène et de très faibles quantités d'eau et/ou de CO2 résiduaire.
De préférence, l'étape initiale d'élimination du CO2 est réalisée par un lavage aux amines (mono, di ou methyldi-ethanol amine, de préférence).
Selon la technologie utilisée dans l'étape ultérieure selon l'invention de séparation de l'azote et du monoxyde de carbone, notamment lorsque celle-ci est réalisée par séparation cryogénique, on réalisera de préférence une épuration généralement par adsorption pour éliminer l'humidité résiduelle ainsi que le dioxyde de carbone résiduel après lavage aux amines, de manière à amener cette concentration de préférence au-dessous d'une valeur de l'ordre de 50 ppm plus préférentiellement endessous d'une valeur de 10 ppm.
Le haut-fourneau avec recyclage du gaz de haut-fourneau et épuration N2-C02 selon l'invention est une solution intermédiaire entre le haut-fourneau classique, ouvert et le haut-fourneau tout oxygène avec recyclage et épuration CO2.
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Selon l'invention, le haut-fourneau continue à être alimenté en vent chaud, éventuellement enrichi, et éventuellement avec une injection de combustibles auxiliaires.
Le gaz de haut-fourneau qui s'échappe au gueulard est chargé notablement en C02 et en azote. En fait, on a constaté que la simple épuration en CO2 de ce gaz de hautfourneau ne permet pas d'obtenir un gaz suffisamment riche et conduit à un transport d'azote inerte trop important et nuisible aux réactions du haut-fourneau. En éliminant substantiellement le C02, de préférence complètement et en ne conservant au maximum que 10 % vol d'azote, de préférence moins de 5 % vol. d'azote, on obtient un combustible riche susceptible d'être réinjecté dans le haut-fourneau et/ou exporté vers d'autres points d'utilisation.
Cette solution présente les avantages suivants autoriser des niveaux d'enrichissement du vent supérieur au niveau actuel tout en maintenant un débit de gaz suffisant pour les échanges thermiques dans le haut-fourneau ; limiter les modifications du fonctionnement du haut-fourneau à la réinjection d'un gaz riche et permettre un passage progressif du fonctionnement classique de haut-fourneau à un fonctionnement avec recyclage selon l'invention ; dans le cas d'un haut-fourneau sans équipement d'injection de combustible auxiliaire, l'injection du gaz riche issu du recyclage offre une solution alternative aux techniques classiques (injection de gaz naturel, de charbon
PCI) sans pour autant remettre en cause la totalité du fonctionnement du haut-fourneau ; limiter les quantités de gaz de haut-fourneau à exporter vers un autre point d'utilisation. Dans le cas d'une augmentation de capacité du haut-fourneau, le recyclage permet par exemple d'éviter d'investir dans une centrale énergétique nécessaire pour traiter l'excédant de gaz exporté ; - fournir un gaz riche pouvant être utilisé dans le reste de l'aciérie, notamment lorsque du gaz naturel (ou autre combustible) n'est pas disponible sur site ou s'il n'y a pas de gaz de cokerie disponible (cokerie fermée ou inexistante).
Le gaz d'un haut-fourneau classique contient typiquement 23 % CO, 22 % CO2, 3 % H2 et 52 % N2. En fonction de l'enrichissement en oxygène choisi et de l'injection de combustible, le gaz de haut-fourneau utilisé selon l'invention comportera de préférence de 20 à 40 % vol. C02 , de 10 à 55 % vol. d'azote, le complément étant le CO et un peu d'hydrogène à récupérer.
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Selon l'invention, le traitement du gaz recyclé ou utilisé de préférence sur le site, se fait en deux phases :
La première phase consiste à éliminer totalement ou partiellement le C02 afin d'obtenir un gaz essentiellement composé de CO et d'azote (et éventuelle H2). Selon une variante de l'invention, une partie de ce gaz (contenant de l'azote) peut être réchauffée et réexpédiée dans le haut-fourneau dans l'injection supérieure du hautfourneau (pour réaliser les équilibres thermiques nécessaires explicités ci-avant).
La seconde phase est une élimination totale ou partielle du N2 afin d'obtenir un gaz composé essentiellement de CO. La teneur résiduelle en azote est alors généralement inférieure à 10 % vol., de préférence inférieure à 5 % vol. Tout ou partie de ce gaz riche est réexpédié dans le haut-fourneau soit comme tout autre combustible auxiliaire, au niveau de la cuve du haut-fourneau, soit par un système de double injection afin de satisfaire les besoins thermiques de la zone supérieure du hautfourneau.
Par exemple, pour un haut-fourneau fournissant un gaz de composition classique (23 % CO, 20 % CO2, 1 % H2, 1 % H20, 55 % N2), le recyclage sera effectué de la façon suivante : - compression du gaz de haut-fourneau à 5 ou 6 bars ; épuration du CO2 à l'aide d'un procédé de type lavage aux amines, afin d'obtenir un gaz contenant moins de 600 ppm de C02; passage sur une épuration en tête pour éliminer totalement le C02 (de préférence moins de 10 ppm ; séparation cryogénique de l'azote et du CO ; le maintien en froid de la colonne cryogénique se fera par un compresseur de cycle azote.
Le gaz obtenu est du CO ayant une teneur de 3 à 4 % vol. en azote.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants donnés à titre non limitatifs, conjointement avec les figures qui représentent : - la figure 1, le procédé de fabrication de fonte au haut-fourneau avec utilisation de l'énergie thermique du gaz de haut-fourneau pour réchauffer l'air entrant à la base du haut-fourneau ; - la figure 2, le procédé de la figure 1 modifié par injection de charbon pulvérisé la base du haut-fourneau ; - la figure 3, la procédé décrit dans DE-A-2 261 766 et dans l'article de F. Fink ; - la figure 4, le procédé dit FOBF décrit dans les articles de Qin Mensheng et al. ; la figure 5, le procédé décrit par W-K. Lu et al. ; - la figure 6, le procédé selon l'invention avec recyclage et épuration N2/C02 ;
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- la figue 7, le procédé selon l'invention avec recyclage et épuration N2/C02 dans une première variante de double injection ; - la figure 8, le procédé selon l'invention avec recyclage et épuration N2/C02 dans une deuxième variante de double injection ; - la figure 9, le procédé selon l'invention avec production de gaz riche (en énergie) ; - la figure 10, un exemple de réalisation d'une épuration du CO2 à l'aide d'un lavage aux amines ; - la figure 11, un exemple de production de gaz riche en CO après séparation cryogénique N2/CO.
Sur la figure 1 est représenté un procédé de fabrication de fond de hautfourneau avec utilisation de l'énergie thermique du gaz de haut-fourneau pour réchauffer l'air entrant à la base de celui-ci. Le haut-fourneau 4 est alimenté en coke et aggloméré par la ligne 5 au point 8. Le gaz de haut-fourneau est prélevé en 7 par l'intermédiaire de la ligne 9 sur laquelle la ligne 11permet d'utiliser directement le gaz de haut-fourneau dans une autre partie de l'usine de fabrication d'acier et par l'intermédiaire de la ligne 10 permet de recycler tout ou partie de ce gaz de haut-fourneau vers l'échangeur thermique 2 (appelé hot stoves en langage anglo-saxon) le vent froid, c'est-à-dire l'air froid 1 est réchauffé dans cet échangeur jusqu'à une température adéquate et est envoyé à la base du haut-fourneau en tant que vent chaud par la canalisation 3 au point 6.
Sur les autres figures, les mêmes éléments portant les mêmes références ont la même signification.
Sur la figure 2, on retrouve le procédé et dispositif de la figure 1 dans lequel il est prévu l'injection de PCI au point 14 via la ligne 13 et la suroxygénation en 12 du vent froid 1 avant préchauffage dans l'échangeur 2.
La figure 3 décrit schématiquement le procédé décrit dans DE-A-22611766 et dans l'article de F. Fink. Le gaz de haut-fourneau prélevé dans la ligne 9 est envoyé sur un compresseur 20 de manière à amener le gaz de haut-fourneau à une pression suffisamment élevée pour être ensuite épuré en dioxyde de carbone sur l'unité 21 de manière à séparer d'une part le dioxyde de carbone prélevé en 22 et le reste du gaz de haut-fourneau qui sort de cette unité d'épuration par la ligne 23 et peut être soit utilisé via la canalisation 11 dans un autre dispositif du site ou bien être recyclé tout ou partiellement dans le haut-fourneau soit à la base de celui-ci par l'intermédiaire de la canalisation 24 injectée au point bas du haut-fourneau ou 30 après injection éventuelle d'oxygène en 25 et de fuel en 26 et/ou dans une partie plus élevée du haut-fourneau par l'intermédiaire de la canalisation 27 au point 31 après injection d'oxygène en 28 et/ou de fuel en 29.
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La figure 4 décrit succinctement le procédé dit FOBF décrit dans les articles de Qin Mensheng et al. Le gaz de haut-fourneau issu de la ligne 9 est partiellement comprimé par le compresseur 20 pour être épuré en 21 en CO2 celui-ci étant récupéré en 22, le gaz épuré via 23 étant préchauffé dans le dispositif 31 de manière à être réinjecté chaud à mi-hauteur du haut-fourneau via la ligne 32 au point 33. Une partie de gaz de haut-fourneau de la ligne 29 peut être comprimée par le compresseur 30 pour être envoyée via la ligne 34 directement à la base du haut-fourneau au point 37 après injection éventuelle d'oxygène en 35 et/ou de fuel en 36.
La figure 5 représente succinctement le procédé décrit par W. K. Lu et al. Sur cette figure, le gaz de haut-fourneau 9 est tout ou partiellement comprimé dans le compresseur 20 épuré en CO2 dans le dispositif 21, le CO2 étant récupéré en 22, le gaz épuré en 23 étant directement recyclé à la base du haut-fourneau au point 40 après injection d'oxygène en 41 et/ou de fuel en 42.
La figure 6 et les suivantes représentent différentes variantes de réalisation de l'invention.
Sur la figure 6 est représenté le procédé selon l'invention avec recyclage et épuration CO2 et azote. Au point A de la ligne 9 dans laquelle circule le gaz de hautfourneau une partie de celui-ci est prélevée pour être comprimée dans le compresseur 50 épuré en CO2 dans le dispositif 51, le dioxyde de carbone étant récupéré en 52, le gaz épuré étant envoyé via 53 dans une unité d'épuration d'azote 54 de laquelle ressort en 55 de l'azote résiduaire (c'est-à-dire de l'azote impur) et par la canalisation 46 du gaz riche (c'est-à-dire un gaz contenant essentiellement du monoxyde de carbone et éventuellement un peu d'hydrogène et de la vapeur d'eau). Ce gaz riche est soit utilisé via 57 en différents points de l'usine de fabrication d'acier soit par l'intermédiaire de la ligne 58 recyclé dans le procédé en étant ajouté au vent chaud en 59, celui-ci étant injecté à la base du haut-fourneau en 64 après éventuellement l'adjonction en 60 d'oxygène. Le vent chaud est issu de l'échangeur 61 chauffé par une partie du gaz de haut-fourneau, comme précédemment, tandis que le vent froid 62 peut être éventuellement suroxygéné par de l'oxygène pur 63.
Sur la figure 7, on retrouve une autre variante de réalisation de l'invention avec recyclage et épuration C02/azote dans une première variante de double injection dans le haut-fourneau. Le gaz en sortie 56 de l'épuration d'azote est soit récupéré comme un gaz riche via 57 soit par l'intermédiaire de 58 renvoyé d'une part à travers le réchauffeur 70 au point d'injection 71 à mi-hauteur du haut-fourneau soit par l'intermédiaire de la canalisation 69 mélangé au vent chaud en 59 pour être injecté en 73 à la base du haut-fourneau après addition éventuelle d'oxygène en 72.
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La figure 8 représente le procédé selon l'invention semblable à celui de la figure 7 mais avec une deuxième variante de double injection. Selon cette variante, le gaz de haut-fourneau épuré en C02 mais contenant encore de l'azote est prélevé sur la ligne 53 et par l'intermédiaire de la canalisation 82 et du réchauffeur 83 injecté en 84 dans le haut-fourneau de manière à procurer un volume suffisant de gaz comme expliqué ci-avant. Une deuxième partie du gaz de haut-fourneau épuré en dioxyde de carbone est envoyée via 81 dans l'épuration azote 54 de manière d'une part à récupérer de l'azote résiduaire en 55 et d'autre part un gaz riche en 56 qui est d'une part utilisé en tant que gaz riche via la ligne 57 dans un autre dispositif de l'installation sidérurgique soit par l'intermédiaire de la canalisation 85 mélangé au vent chaud issu de l'échangeur
61 pour être injecté à la base du haut-fourneau 73 après éventuellement une injection additionnelle de fuel et/ou d'oxygène en 72. Comme précédemment l'échangeur 61 est réchauffé à l'aide de gaz de haut-fourneau via la ligne 64.
La figure 9 représente une variante de réalisation de l'invention dans laquelle le gaz de haut-fourneau est essentiellement récupéré afin de produire du gaz riche en CO et hydrogène (riche en énergie) de manière à être stocké ou utilisé dans un autre dispositif de l'installation sidérurgique, une partie du gaz de haut-fourneau étant cependant via la canalisation 64 utilisée dans l'échangeur 61 comme décrit précédemment. L'autre partie du gaz de haut-fourneau est donc via le compresseur 50 épurée en dioxyde de carbone dans l'unité 51 puis épurée en azote dans l'unité 54 de manière à obtenir un gaz riche dans la canalisation 57.
Sur la figure 10 est représenté un exemple de réalisation de l'étape d'élimination du CO2 présent dans le gaz de haut-fourneau à l'aide d'un lavage aux amines (procédé bien connu en soi par l'homme de métier pour éliminer le CO2 d'un mélange gazeux par action de la mono-ethanol-amine (MEA), la diethanolamine (DEA) et/ou la methyl-diethanol-amine (MDEA)).
Le gaz de haut-fourneau est introduit en A dans le compresseur 20.
L'absorption de C02 dans la solution d'amine est conduite à l'aide de deux colonnes 22 et 45, la colonne 22 étant utilisée pour l'adsorption du CO2 et du mélange gazeux montant à contre-courant de la solution d'amine descendante, la colonne 45 étant utilisée pour régénérer l'amine utilisée et apporter le complément éventuellement nécessaire.
Le procédé dans la colonne d'adsorption utilise la circulation à contre-courant pour réaliser un mélange optimum du gaz et de l'amine. Une solution aminée pauvre en acide est introduite en 24 dans la colonne 22, par la ligne 29 reliée à la pompe 30 qui donne la pression nécessaire au liquide. Le liquide descend en pluie dans la colonne à travers les adsorbants 46. Le gaz de haut-fourneau entre dans la partie basse de la
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colonne 22 au point 23 (base des adsorbants) après compression dans 20 et via la canalisation 21. Le gaz monte à travers l'adsorbant 46 et le CO2 réagit avec la solution d'amine sur le garnissage adsorbant 46. Compte tenu de la température du gaz, une partie de l'eau et des amines se vaporisent : un lavage à l'eau permet de recondenser ces gaz de manière à minimiser la consommation de solvant. La solution aminée riche en acide (C02) est récupérée au fond de la cuve 26 de la colonne 22 et via la vanne 27 et la canalisation 28 injectée à mi-hauteur environ de la colonne 45, au point 30. La canalisation 28 traverse un échangeur de chaleur 47 afin d'élever la température de cette solution riche en acide avant sa pénétration dans la colonne 45 de strippage afin de minimiser l'énergie nécessaire pour ce strippage, au cours duquel le gaz acide (c'est-à-dire le CO2) est séparé et s'échappe vers le haut de la colonne via la canalisation 44, après avoir traversé une zone de refroidissement 43 alimentée en eau de refroidissement 42. La solution aminée pauvre en CO2 s'accumule dans la cuve de la colonne 45 et retourne au rebouilleur 48 où elle est chauffée par de la vapeur 36, se vaporise et retourne dans la colonne 45 en 34, où elle monte jusqu'au sommet de ladite colonne, à contre-courant de la solution riche en CO2. Le CO2 entraîné par cette vapeur vers le haut (CO2 vaporisé par échange thermique) est refroidi et la vapeur de solution aminée est condensée (au contact de 43) et retourne vers le bas de la colonne sous forme de liquide afin de laver ainsi les plateaux 49 de la colonne du stripage 45. La solution chaude contenant très peu de C02 contenue de la cuve 45 retourne via 31 et 29, à travers l'échangeur 47 (cité ci-avant), vers la pompe 30, cette solution propre et froide étant envoyée par celle-ci vers le haut 24 de la colonne 22. Un système d'apport complémentaire d'amine est prévu en 40, la vapeur 41 mélangée dans le réservoir 39, et envoyé grâce à la pompe 50 et la canalisation 38 dans la cuve de 45 au point 37.
Sur la figure 11est représenté un exemple de séparation cryogénique de l'azote et du CO.
Le but de cette séparation est d'éliminer l'azote d'un mélange essentiellement composé de CO, d'azote et d'un peu d'hydrogène. Le mélange humide N2 CO H2 à traiter (B sur la figure 11) est issu de l'unité MDEA décrite sur la figure 10 dans laquelle le C02 contenu initialement dans le gaz a été éliminé.
Le gaz à traiter est d'abord envoyé via la canalisation 25 sur une épuration dite en tête classique afin d'éliminer l'humidité du gaz et les traces de C02. Pour cela on dispose de deux bouteilles 106,107 contenant les absorbants habituels utilisés pour éliminer H20 et C02, ces deux bouteilles épurant alternativement le gaz issu de 25 qui est envoyé via 108 dans l'échangeur 116 où il est refroidi. Lorsqu'une bouteille 106 ou 107 n'est pas utilisée, elle est régénérée par de l'azote résiduaire issu de la colonne 121 via la canalisation 125 et le gaz de purge est relâché à l'air libre en 150. Les traits en
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pointillés 151,152, 153,154 représentent l'alternative d'utilisation de la bouteille 107 en épuration et de la régénération de la bouteille 106.
Une fois séché, le gaz à séparer est envoyé via 108 sur l'échangeur principal 116 où il est refroidi jusqu'à des températures cryogéniques par échange de chaleur avec le gaz froid de CO pur dans la canalisation 130, le gaz froid d'azote résiduaire dans la canalisation 125 et l'azote froid du cycle via 115 passant en sens inverse dans l'échangeur 116.
Le gaz à séparer rentre en 125 dans la colonne de distillation cryogénique 121 en milieu de colonne. Dans la colonne, le gaz montant s'appauvrit progressivement en CO.
Au sommet de la colonne, le gaz ne contient plus que l'azote (azote résiduaire) et l'hydrogène. Le gaz résiduaire via 125 traverse l'échangeur principal 116 et se réchauffe jusqu'à une température proche de la température du gaz entrant via 108 dans l'unité de séparation. Tout ou partie du gaz résiduaire est utilisé via 109 pour la régénération des bouteilles 106 et 107 de l'épuration en tête. Selon une variante de l'invention, on peut récupérer l'hydrogène du gaz résiduaire, le traitement du gaz résiduaire peut éventuellement se faire en sortie de l'échangeur principal (C sur la figure) en installant par exemple une unité à base de membranes, dans laquelle l'hydrogène dans le condenseur 123 va en général traverser la membrane (perméat) tandis que l'azote ne traversera pas celle-ci (non perméat).
Au sommet de la colonne de séparation 121, une partie du gaz résiduaire est recondensée pour assurer le reflux de la colonne de distillation 121. Cette condensation se fait par échange avec de l'azote liquide provenant du cycle azote en 124 via 141. Les deux vannes 138 et 139 connectées en 140 permettant la détente du gaz et sa liquéfaction
En cuve 129 de la colonne de distillation 121, le liquide contient essentiellement du CO. Une partie de ce liquide est réchauffée dans l'échangeur 142 par de l'azote de cycle passant dans 117. Le CO ainsi vaporisé retourne via 143 dans la cuve 129 et permet la distillation fractionnée dans le bas de la colonne. La teneur en azote dans le bain de CO est typiquement comprise entre 0 et 10 % vol. Une partie du CO liquide, correspondant à la production demandée par le client dans son usine, est envoyée vers l'échangeur principal via 130 pour vaporisation et sort à une température proche de la température du gaz N2/CO/H2 entrant via 108.
Un cycle azote est utilisé pour tenir en froid l'unité cryogénique et assurer le liquide nécessaire à la condensation en 123 du gaz de tête de colonne de distillation 121. L'azote de cycle est comprimé dans un compresseur 111 et refroidi via 113 dans l'échangeur principal. Une première partie via 114 est envoyée vers la turbine 117 de détente afin d'assurer la production frigorifique, réchauffée via 118 dans l'échangeur
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principal et renvoyée via 112 à l'aspiration du compresseur de cycle. Une deuxième partie via 115 est détendue isenthalpiquement, se liquéfie et assure via 115 la fourniture d'azote liquide nécessaire à la condensation en tête de colonne de distillation 121. Une troisième partie via 117 assure l'apport en énergie nécessaire dans 142 au rebouillage du CO de cuve avant d'être aussi détendue via 138 et liquéfiée. L'azote liquide utilisé en tête de colonne pour la condensation du gaz résiduaire se vaporise par échange thermique. L'azote gazeux via 122,120 est envoyé sur l'échangeur principal pour être réchauffé avant de revenir à l'aspiration du compresseur de cycle 111.

Claims (4)

REVENDICATIONS
1. Procédé de récupération de gaz de haut-fourneau, dans lequel les gaz issus du haut-fourneau sont récupérés, le dioxyde de carbone présent dans le gaz est au moins partiellement retiré au cours d'une première étape d'épuration de C02, de manière à créer un gaz de haut-fourneau pauvre en dioxyde de carbone, ledit gaz étant soit réinjecté dans le haut-fourneau, soit récupéré et envoyé vers un autre point d'utilisation, après épuration, caractérisé en ce que après la première étape d'épuration du dioxyde de carbone, il est prévu une deuxième étape d'épuration d'une quantité substantielle de l'azote contenu dans ledit gaz, de manière à récupérer un gaz riche, avant réinjection ou récupération vers un autre point d'utilisation, dont la concentration en azote est inférieure à 10 % vol. de préférence inférieure à 5 % vol.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épuration en azote du gaz s'effectue à l'aide d'une colonne cryogénique de distillation, une étape additionnelle d'épuration du CO2 étant prévue pour amener la concentration en C02 du gaz à une valeur inférieure ou égale à 50 ppm, de préférence 10 ppm.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape additionnelle est une étape dite d'épuration en tête du gaz, dans laquelle le C02 résiduaire et/ou la vapeur d'eau présents dans le gaz sont substantiellement éliminés avant tout refroidissement dudit gaz.
4. Utilisation du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, pour la fabrication de la fonte en recyclant tout ou partie du gaz épuré en CO2 et/ou azote dans le haut-fourneau.
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