BE547551A

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Publication number: BE547551A
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Description


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   On désire souvent oxyder des hydrocarbures ou des mé- langes contenant des hydrocarbures en vue de produire un mélange   gaze@@   contenant de l'oxyde de carbone et de   l'hydrogène.   Ce procédé appelé reforming des hydrocarbures peut être considéré comme une combustion partielle des hydrocarbures avec de l'oxy- gène, comme montré par la réaction suivante :

   
2   CH4 +     O2# 2     CO + 4   H2 
Cette réaction qui, cependant, est difficilement réali- sable en pratique est accompagnée par une production légèrement 

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 positive de chaleur d'environ 7 kcal. par mole de méthane, tan- dis que la combustion totale du méthane en anhydride carbonique et en eau produit environ 190 kcal. et la combustion de méthane en oxyde de carbone et en eau produit environ 124 kcal. par mole de méthane.      



   Il est connu que des hydrocarbures soumis à un traite- ment à la chaleur en présence d'oxygène pur ou de gaz contenant de l'oxygène, et de vapeur si on le désire, réagiront pour for- mer des mélanges de réaction constitués principalement par de l'hydrogène et de 1!oxyde de carbone. 



   Afin de réduire autant que possible la teneur en hydro- carbures, tels que le méthane dans le produit de réaction de ce procédé connu, le rapport entre l'oxygène et les hydrocarbures dans le mélange de réaction est choisi de manière à donner une température élevée du produit de réaction, habituellement compri- se entre 1200 et 1400 C, car sinon la réaction serait trop lente et incomplète. 



   La réaction peut être mise en oeuvre à une pression moyennemant élevée, d'environ 30 à 40 atmosphères, avec une ré- duction correspondante des volumes de gaz, mais, du fait de la température élevée nécessaire, la consommation d'oxygène est relativement grande. 



   Il est également connu de produire de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone par mise en réaction des hydrocarbures avec de la vapeur en présence d'un catalyseur, habituellement un cata- lyseur de nickel, à une température sensiblement plus basse, , d'environ 700 à 900 C, du fait de laquelle cependant de la chaleur doit être fournie de l'extérieur. Ce procédé pose des exigences importantes en ce qui concerne l'appareil, car l'alimentation en chaleur s'effectue à travers les parois, par exemple, des tubes contenant le catalyseur, de sorte que ces tubes devront être 

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 réalisés en acier de haute qualité ou autres matières syant de bonnes propriétés mécaniques et de transmission de chaleur, natières aux températures élevées. Même avec la meilleure des, la pres- sion ne peut pas dépasser environ 10 atmosphères. 



   Le processus se déroulant dans ces réactions peut   Autre   exemplifié par l'équation suivante :   CH4 + H2O # CO+ 3 H2   et, s'il y a de l'anhydride carbonique, celui-ci peut également réagir avec les hydrocarbures suivant l'équation   ci-après :   
 EMI3.1 
 CH 4-' .l. CO 2 7 2 00 + 2 H 2 
Ces réactions consomment beaucoup de chaleur. 



   Le but de la présente invention est de prévoir un pro- cédé d'oxydation catalytique d'hydrocarbures, grâce auquel la consommation d'oxygène est fortement réduite sans avoir à four- nir de la chaleur de l'extérieur au mélange de réaction. 



   Un autre but de l'invention est de prévoir un appareil destiné à être employé avec le procédé ci-avant, la construction mécanique de cet appareil permettant des pressions de travail sen- siblement supérieures à 10 atmosphères. 



   Le procédé de l'invention est caractérisé en ce que des hydrocarbures gazeux ou liquides, de l'oxygène ou de l'air enri- chi d'oxygène, et de la vapeur ou de l'anhydride carbonique ou les deux sont préchauffés séparément jusqu'à une température élevée et ensuite mélangés immédiatement avant adnission à une chambre de réaction, les proportions entre les composants étant réglées pour équilibrer les réactions endothermiques et exothermiques dans le mélange, afin d'entretenir sensiblement   la   température initiale durant au moins une partie de la période de réaction. 



   On a trouvé que, comme les réactions entre l'oxygène et les hydrocarbures sont exothermiques, et que les réactions entre les hydrocarbures et la vapeur et entre les hydrocarbures et l'anhydride carbonique sont endothermiques, il est facile de 

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 régler le rapport entre les composants de manière à garder la température de réaction à un niveau donné dans certaines limites, par exemple, entre 900  et   1050 C,   cette dernière température étant la plus élevée admissible pour le catalyseur du type du nickel, qu'on utilise de préférence. La teneur en hydrocarbures, tels que du méthane, dans le mélange de réaction résultant de- vient d'autant plus basse que la température est plus élevée. 



   Dans un mode d'application préféré du procédé de l'in- vention, les premières phases des réactions sont mises en oeuvre dans un espace libre situé dans la chambre de réaction au-dessus d'un lit de catalyseur, le mélange descendant ensuite à travers ce lit catalysant d'autres phases des réactions. On a trouvé que cela réduit la formation inévitable de noir de fumée, et manifestement une bonne partie du carbone libre produit est à nouveau oxydée, de sorte que le dépôt de carbone sur le cataly- seur est maintenu à une valeur minimum. On a encore trouvé que cette élimination de carbone libre s'effectue aussi jusqu'à un certain degré après dépôt des particules de carbone sur la surface des particules de catalyseur.

   De la sorte, l'activité du cataly- seur n'est que lentement réduite et les périodes entre les régé- nérations nécessaires sont prolongées. 



   Durant le passage à travers le lit de catalyseur, la température du mélange de réaction diminue, car les réactions s'y produisant sont en prédominance endothermiques. De la sorte, les supports pour le lit de catalyseur ne sont exposés qu'à des températures sensiblement inférieures aux températures des phases initiales de la réaction. 



   Le mélange de réaction   quittant   le lit de catalyseur peut encore contenir 1 à 15% d'hydrocarbures, tels que du méthane. 



  Pour beaucoupd'usages, cette teneur en hydrocarbures est trop élevée et doit être réduite. Suivant l'invention, ceci peut   être   fait en ajoutant une autre quantité d'oxygène ou d'air enrichi 

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 en oxygène au mélange de réaction, et en répétant les processus décrits ci-avant. Dans l'espace libre situé au-dessus dun se-. cond lit de catalyseur, un# combustion d'ur.e certaine partie des hydrocarbures restants   s'effectue.,   grâce à laquelle la tempéra- ture est augmentée au   niveau   désiré. Le cette manière, il est   possible,en   utilisant deux ou plusieurs lits de catalyseur, de réduire la teneur en hydrocarbures jusqu'à environ 0,3% en volu- mes du mélange de réaction sec. 



   Un appareil destiné à   tre   utilisé pour la mise en oeu- vre du procédé ce l'invention comprend un récipient de réaction garni de matière réfractaire, ce récipient étant pourvu d'une ou d'entrées au sommet pour l'admission des composants de réaction, un espace libre étant laissé au-dessus d'un lit de catalyseur placé près du fond de ce récipient de réaction, et une sortie pour le mélange de réaction étant   prévue   en dessous de ce lit, ce récipient de réaction étant superposé, si on le désire, à un ou plusieurs récipients de réaction correspondants en vue de compléter les réactions désirées. 



   Le dessin annexé montre une forme 'd'application de cet appareil, comprenant un récipient de réaction, 1 en forme de poire, pourvu d'un revêtement réfractaire   2.   Au sommet 3, une entrée 4 est prévue pour l'admission des composants de réaction fournis par les conduites 5 et 6. La référence 7 désigne une chambre de mélange, et 8 et 9 sont des conduites destinées à l'alimentation d'autres composants de réaction, par exemple des hydrocarbures gazeux ou vaporisés et de la vapeur. La chambre de mélange 7 avec ses entrées peut également être formée en tant qu'unité distincte placée immédiatement au-dessus du récipient de réaction proprement dit et reliéeà celui-ci par une courte conduite.

   La référence 10 désigne l'entrée à un espace de réac- tion libre 11 comprenant la majeure partie du volume du récipient 

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 de réaction 1. Près du fond de ce dernier, est prévu un lit de catalyseur 12. Juste au-dessus de ce lit de catalyseur, est prévu un trou d'homme 13 ayant un couvercle approprié comportant un revêtement réfractaire (non représenté). Les produits de réaction quittent le récipient par une sortie   14   en dessous du lit de catalyseur et peuvent être refroidis dans des préchauffeurs 15 et 16 destinés à préchauffer les composants de départ.

   Si on le désire, un ou plusieurs récipients de réaction similaires peuvent être interposés entre le récipient de réaction 1 et les préchauffeurs 15 et 16, .ces   @   autres récipients de réactioi. étant pourvus au sommet d'entrées pour l'admission d'une fourni- ture supplémentaire d'oxygène et/ou d'autres agents de la réantion , REVENDICATIONS   @   
1.

   Un procédé d'oxydation catalytique d'hydrocarbures en oxyde de carbone et produits de réaction contenant de l'hydro- gène; caractérisé en ce que des hydrocarbures gazeux ou liquides, de l'oxygène ou de l'air enrichi.d'oxygène, et de la vapeur ou de l'anhydride carbonique ou les deux sont préchauffés séparément jusqu'à une température élevée et ensuite mélangés immédatement      avant admission à une chambre de réaction, les proportions entre les composants étant réglées pour équilibrer les réactions endo- thermiques et exothermiques dans le mélange, afin d'entretenir sensiblement la température initiale durant au moins une partie de la période de réaction.

Claims

2. Le procédé suivant la revendication 1, dans lequel les composants de réaction sont préchauffés à un degré propre à donner une température initiale de 900 à 1050 C dans le mélange: 3. Le procédé suivant les revendications 1 ou 2, dans lequel les phases initiales des réactions sont mises en oeuvre dans un espace libre situé dans la chambre de réaction au-dessus <Desc/Clms Page number 7> d'un lit de catalyseur, le mélange descendant ensuite à travers ce lit catalysant d'autres phases de la réaction.

4. Le procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, dans lequel une quantité supplémentaire d'oxygène ou d'air enrichi en oxygène est ajoutée au mélange de réaction émergeant du lit de catalyseur, afin d'oxyder les hydrocarbures qui n'ont pas réagi.

utilisé 5, Un appareil destiné à être/dans la mise en oeuvre du procédé suivart l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un récipient de réaction garni de matière réfractaire, ce récipient étant pourvu d'une ou d'entrées au sommet pour l'ad- mission des composants de réaction, un espace libre étant laissé au-dessus d'un lit de catalyseur placé près du fond de ce réci- pient de réaction, et une sortie pour le mélange de réaction étant prévue en dessous de ce lt, ce récipient de réaction étant superposé, si on le désire, à un ou plusieurs récipients de réaction correspondants en vue de compléter les réactionsdésirées