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La transformation thermique au moyen de vapeur d'eau, de gaz conte-' nant des hydrocarbures tels que les gaz de terre, les gaz résiduaires, les gaz de raffineries, les gaz de fours à coke, etc. en gaz à faible pouvoir calorique et faible densité c'est-à-dire contenant le plus possible d'hydrogène et d'oxy- de de carbone, soulève de grandes difficultés dues au fait que de la suie se sé- pare pendant la réaction. On ne peut que très difficilement séparer complètement cette suie du gaz produit, et une fois formée il est toujours difficile de la faire réagir avec de la vapeur et même très difficile avec de l'air.
La formation de suie, lors de.la transformation des gaz précités au moyen de vapeur d'eau signifie aussi une baisse du rendement Aussi a-t-on cherché à obtenir,'pour -cette transformation, un procédé dans lequel il n'y ait pas formation de suie.
On a découvert ce qui suit :
On mélange le gaz contenant les hydrocarbures avec de la vapeur d'eau et on amène ce mélange dans un réacteur dans lequel on peut obtenir une tempéra- ture déterminée. De ce réacteur, on amène le mélange dans un second réacteur où règnent des températures supérieures à 1000 C, et éventuellement même supé- rieures à 1300 C. En effet, ces températures sont nécessaires pour obtenir une réaction satisfaisante des hydrocarbures avec la vapeur.
Des essais ont montré qu'à une température déterminée du premier réacteur il s'y forme de la suie. Cette dernière passe non transformée dans le second réacteur où elle pénètre dans le gaz produit. Lorsqu'il n'y a pas de-. formation de suie dans le premier réacteur,'il en est de même dans le second.
On prélève ensuite des échantillons, afin de déterminer dans quelles conditions il y a eu formation de suie dans le premier réacteur.
Il apparaît que la formation de la suie dépend uniquement de la tempé- rature qui règne dans le premier réacteur, et qu'elle est indépendante de la quantité d'hydrocarbures contenus dans le gaz traité et indépendante aussi du rapport entre la quantité de gaz contenant les hydrocarbures et la quantité de vapeur utilisées.
Il apparaît même qu'il suffit presque d'utiliser la quantité théorique de vapeur. @
Suivant l'invention, on envoie le mélange de gaz contenant les hydrocarbures et la vapeur d'eau, avant de le chauffer à une température supé- rieure à 1000 C, dans une chambre de pré-traitement maintenue à une tempé- rature maximum de 900 C, de sorte qu'n quittant cette chambre de pré-traitement les'hydrocarbures à plus de deux atomes de carbone et l'éthane sont transformés en méthane et en éthène, plus des composés carboxyliques.
Il se produit dans ces conditions un cracking "dirigé" des hydro- carbures à poids moléculaire élevé, présents dans le mélange de gaz à transfor- mer, et la transformation de l'éthane en méthane, éthène et hydrogène, sans sé- paration de carbone.
Le'mélange de gaz formé dans le premier réacteur, peut alors être porté à la haute température désirée (1000 C et plus), et la réaction du méthane et- de l'éthène avec la vapeur se produit, aussi sans formation de suie. La haus- se de température entre les deux réacteurs peut se faire brusquement sans provo- quer de difficultés. On peut travailler avec des vitesses de contact très élevées,
La chambre de pré-traitement et le réacteur principal ne doivent pas être séparés spatialement, à condition que les hydrocarbures à plus de deux atomes de carbone et l'éthane soient transformés en méthane et éthène, avant que le-mélange de réaction ait atteint la partie du réacteur où règne une tempéra- ture supérieure à 900 C.
Le procédé suivant l'invention peut être exécuté de différentes manières , à savoir :
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@ a) Cycliquement, c'est-à-dire que les deux réacteurs sont chaulés jusqu'à la température désirée, après quoi le mélange de vapeur et de gaz à trans- former est envoyé successivement dans les deux réacteurs jusqu'à ce que la tem- pérature de ceux-ci soit tombée en dessous de la valeur désirée. Les réacteurs sont ensuite portés de nouveau à la température voulue. b) En continu. La masse de contact est alors chauffée dans les deux réacteurs, de l'extérieur et à la température désirée, pendant que le gaz est mis continuellement en réaction avec la vapeur d'eau.
Le procédé suivant l'invention convient particulièrement pour la réaction de gaz de raffineries avec de la vapeur d'eau.
L'invention sera décrite plus en détail dans les exemples ci-après.
Exemple 1.
Dans cet exemple le procédé est exécuté cycliquemento
On fait réagir un gaz de raffinerie ayant la composition suivante 12,8% d'hydrocarbures non saturés (principalement de l'éthène et du propène),
3,0% d'oxyde de carbone, 15,0% d'hydrogène, 59,7% d'hydrocarbures saturés (méthane, éthane, propane, etc),
9,5% d'azoteo On ajoute environ 1,5 kg de vapeur d'eau par m3 de gaz de raffinerie.
La température est de 850 C environ dans le premier réacteur. Après avoir traver- sé le premier réacteur, le gaz est constitué comme suit : 0,7% d'anhydride carbonique, 21,4% d'éthène,
4,3% d'oxyde de carbone, 26,8% d'hydrogène, 38,6% de méthane, 8,2% d'azote.
Le mélange de gaz est porté à 1350 C dans le second réacteur.
En quittant ce second réacteur, le gaz a la composition suivante :
4,0% d'anhydride carbonique,
1,0% d'éthène, 27,0% d'oxyde de carbone, 60,0% d'hydrogène,
5,0% de Méthane,
3,0% d'azote,
Le gaz sortant des réacteurs est entièrement exempt de suie, et les réacteurs eux-mêmes ne présentent pas de trace de dépôt de suie après plusieurs mois de travail aux températures précitées, Exemple 20
Dans cet exemple, le procédé est exécuté-en continu, pour la trans- formation de gaz de raffinerie, dont la composition est la suivante s 15 % d'hydrocarbures non saturés (éthène, propène, etc*), 4 % d'oxyde de carbone, 15 % d'hydrogène, 56 % d'hydrocarbures saturés (méthane, éthane, propane et une trace de butane et de pentane),
10 % d'azote.
Les quantités de gaz de raffinerie en m3 et de vapeur d'eau en kg, sont dans les proportions 1 : 1. Le premier réacteur est maintenu à une tempéra- ture de 900 00 Le mélange de gaz sortant du premier réacteur est composé comme suit s
3,0% d'anhydride carbonique,
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15,0% d'éthène,
3,0% d'oxyde de carbone, 33,0% d'hydrogène, 38,5% de méthane,
7,5% d'azote.
La température est maintenue à 1300 C dans le second réacteur.
Le mélange de gaz sortant de ce second réacteur est composé comme suit :
2,0% d'anhydride carbonique, 26,5% d'oxyde de carbone, 59,5% d'hydrogène,
5,0% de méthane,
7,0% d'azote.
Dans cet exemple également, le produit de réaction est complètement exempt de suie, tout comme les réacteurs.
Les mélanges de gaz préparés de la manière décrite dans les exemples, conviennent très bien comme gaz de ville, après avoir été mélangés à du gaz de raffinerie non traité, de façon à obtenir le pouvoir calorique désiré.
En donnant au deuxième réacteur des dimensions légèrement plus gran- des que dans les installations connues, le méthane, est encore mieux transformé, de sorte que le mélange de gaz convient très bien comme gaz de synthèse pour la production d'ammoniaque ou de méthanol, ou pour la production synthétique d'essence.
Il est clair que le procédé convient aussi pour la transformation de mélange de gaz contenant d'autres hydrocarbures que ceux précités, par exemple du propane, du butane, des fractions d'essences légères, etc.
Le mélange de gaz préparé dans le premier réacteur contient suffi- samment d'éthène pour que celui-ci puisse en être récupéré. En choisissant judi- cieusement les matières de départ, la température et les proportions des mélanges, la teneur en éthène du gaz transformé dans le premier réacteur, peut être supé- rieure à 25%.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de production d'hydrogène et d'oxyde de carbone à par- tir de mélanges d'hydrocarbures ou de gaz en contenant et de vapeur d'eau, par chauffage à des températures supérieures à 1000 C, caractérisé en ce qu'avant le chauffage le mélange de gaz contenant les hydrocarbures et la vapeur d'eau est porté à une température supérieure à 1000 C et envoyé dans une chambre de pré- traitement maintenue à une température de 900 C maximum, de sorte qu'en quittant cette chambre de prè-traitement, les hydrocarbures à plus de deux atomes de carbo- ne et l'éthane sont transformés en méthane et en éthène, plus des composés car- boxyliques.