Gaz de haut-fourneau

Gaz de haut-fourneau

Le gaz de haut-fourneau est un gaz produit dans différents types de four au cours de la transformation du minerai en métal. Des besoins en énergie élevés et la hausse des coûts de l’énergie représentent un défi majeur pour l’industrie métallurgique. Certains gaz de haut-fourneau créés comme «libre» sous-produit pendant le processus de production servent de combustible intéressant pour la production d’électricité. En plus des économies réalisées, l’utilisation de ces gaz permet de réduire les émissions de CO2 ainsi que la dépendance aux énergies fossiles.

Gaz issus des processus de production métallurgique

Le processus de production métallurgique produit de grande quantité de gaz spéciaux. Par exemple les trois différentes étapes de la production d’acier produisent un certain nombre de gaz différent : gaz de cokerie, gaz d’aciérie, gaz de convertisseur et gaz de haut fourneau.

Composition de gaz de cokerie, gaz d’aciérie et gaz de convertisseur

Type de   gaz : production d’acier Gaz de   cokerie Gaz de   haut fourneau Gaz de   convertisseur
Source Batterie   de four à coke Haut fourneau Convertisseur
Entrant Charbon Coke et minerai   de fer Fonte
Sortant Coke Fonte Acier
Hydrogen % 50-70% 5%
Methane % 25-30%
Monoxyde de Carbone % 20% 60%+
Pouvoir   calorifique minimum kWh/Nm3 ~5.0 ~0.9 ~3

Steel Production Gas

Gas de cokerie

Le gaz coke est un sous-produit de la production de coke à partir de charbon industriel créé par distillation pyrolytique à haute température du charbon à coke. Le gaz est composé principalement d’hydrogène (50-60%), de méthane (15-50%) et d’un petit pourcentage de monoxyde de carbone, de carbone et de nitrogène. Avec un pouvoir calorifique de 5 KWh/Nm3, le gaz de coke représente un carburant de grande qualité pour la production d’énergie avec les moteurs à gaz Jenbacher.

Gaz de haut fourneau

Le gaz de haut fourneau est un sous-produit des opérations de haut fourneau où le minerai de fer est mélangé avec du coke et transformé en fonte. Le gaz a un très faible pouvoir calorifique d’environ 0,9 KWh/Nm3, ce qui en soit n’est pas suffisant pour alimenter un moteur à gaz. Toutefois, lorsque la possibilité existe de mélanger ce gaz avec d’autres gaz, il peut être possible de fonctionner avec le mélange de gaz, contactez votre bureau local de Clarke Energy pour en discuter plus en spécifiquement.

Gaz de convertisseur

Le gaz de convertisseur est créé à partir de fonte brute au cours du processus de production d’acier. La fabrication de l’acier peut se faire de deux façons différentes : le moulage par soufflage ou le foyer ouvert.  Dans le procédé de moulage par soufflage, la fonte brute est raffinée par de l’oxygène ou de l’air, ce qui réduit la proportion de carbone et fourni suffisamment de chaleur pour maintenir l’acier à l’état liquide. Avec 60% de la production d’acier brut dans le monde entier, le processus Linz-Donawitz (LD), classé comme un processus de moulage par soufflage, est la méthode de production la plus courante pour produire de l’acier brut. D’autre part, le processus de foyer ouvert extrait l’oxygène à partir de ferraille et de minerai, ce qui nécessite un apport de chaleur supplémentaire pour produire de l’acier. L’un des procédés les plus courants de foyer ouvert est le four à arc électrique. Le gaz de convertisseur issu du processus LD et des processus de fusion électrique peut être utilisé dans les moteurs à gaz Jenbacher. Le gaz se compose de 65% de monoxyde de carbone, 15% de dioxyde de carbone, 15% de nitrogène et de petit pourcentage d’hydrogène et de méthane.

Gaz de haut fourneau de ferro-alliage

Les ferro-alliages comprennent FeCr, FeMn, ferrosilicium, SiMn, Si-métal, TiO₂ et moins fréquemment FeTi, FeNb, FeV, ferronickel ainsi que le carbure de calcium utilisé pour produire de l’acétylène. Les fours, fermés ou ouvert, produisent des gaz combustibles de différentes compositions et valeurs calorifiques. Le comportement de combustions de ces gaz demande une très grande exigence lors de la conception des moteurs. Clarke Energy propose des moteurs à gaz Jenbacher spécialement modifiés qui brûlent efficacement ces gaz pour la production combinés de chaleur et d’électricité.

La teneur en hydrogène élevée de certains de ces gaz entraîne un processus de combustion rapide qui augmente le risque de cognement du moteur ou de retours de flammes. Pour réduire ce risque, Jenbacher a créé un système de commande moteur qui est capable d’alimenter le moteur avec un mélange très pauvre, tout en étant capable de réagir assez rapidement à des variations de charge du moteur. Certains des composants de ces gaz, par exemple le monoxyde de carbone possède une vitesse de combustion lente et le gaz lui-même est toxique. Jenbacher a développé des systèmes de combustion pour moteurs à gaz spécifiques qui permettent la combustion de ces gaz de manière efficace et fiable tout en offrant un ensemble de technologies de sécurité qui permettent la manipulation de gaz nocifs tels que le monoxyde de carbone. Les deux gaz peuvent être utilisés pour produire de l’eau chaude, de la vapeur et de l’électricité. La vapeur d’eau peut être utilisée pour les procédés métallurgiques. L’électricité produite par les moteurs Jenbacher de peut être utilisée soit sur ​​place soit vendue au réseau public.

Avantage de l’utilisation de gaz de haut fourneau pour la production énergétique avec moteur à gaz.

  • Source d’énergie indépendante
  • Réduction des coûts en énergie, plus grande prévisibilité et stabilité
  • Fourniture combiné de chaleur et d’électricité efficace et économique
  • Haut rendement électrique par rapport à d’autres technologies de production d’énergie (turbines à vapeur ou à gaz)
  • Le mieux adapté pour une gamme de puissance électrique de quelques centaines de kW jusqu’à 20-30MW
  • Très faible pression gaz nécessaire
  • Solution alternative d’élimination d’un gaz problématique, tout en l’exploitant comme source d’énergie
  • Substitut aux carburants classiques
  • Avantages pour l’environnement par la réduction des gaz à effet de serre

Utilisation de gaz de haut fourneau

Dans le cas du gaz de coke, chaque tonne de coke fabriquée produit environ 470 Nm3 de gaz de coke dont 60% est généralement utilisé pour le processus interne et le gaz restant peut être utilisé la production d’électricité avec des moteurs à gaz Jenbacher résultant à environ 400 kWh / te.

Grâce au processus de LD environ 50 Nm3 de gaz de convertisseur sont libérés qui peut brûler dans des moteurs à gaz  Jenbacher pour fournir une puissance électrique 50 kWh. Ce type de moteur brûle du gaz maigre qui est composé majoritairement de CO et H2. L’utilité du moteur dépend essentiellement de la pureté du gaz de la biomasse issue du procédé de gazéification et du nettoyage mis en œuvre. La gestion de goudron et de particules dans le gaz introduit dans le moteur est d’une importance critique.

Des recherches approfondies ont été réalisés sur cette application et Jenbacher a installé ses premiers moteurs à gaz pour le gaz de coke en 1995 et pour le gaz de convertisseur LD en 2004. Environ 30 moteurs à gaz Jenbacher fonctionnent maintenant soit au gaz de coke, au gaz de convertisseur LD ou d’autres gaz de four. Soulignant l’expertise technique de Jenbacher , ces machines ont récemment atteint un total combiné de plus de 1 million d’heures de fonctionnement.

Par rapport à l’utilisation de gaz naturel pour la production d’électricité, les sites équipés de la technologie  Jenbacher ont réalisé des économies de CO2 de près de 2 millions de tonnes depuis la mise en service.

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TRONOX Namakwa Sands à Saldanha Bay en Afrique du Sud – Scories de titane (8 x JMS620 GS-SL – 13,6 MWe)

 

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IFM Mooi Nooi près de Rustenburg – Ferrochrome (10 x JMS620 GS-SL – 17 MWe)

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