Procédé et dispositif de fabrication de gaz réducteurs
chauds.
La présente invention est relative à un
r
procédé et à un dispositif de fabrication de gaz- réducteurs
chauds sous pression dont la composition en gaz oxydants
peut être réduite jusqu'à moins de 1% et dont la température
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exemple à la réduction des oxydes métalliques. Cette inven..tion est ainsi particulièrement intéressante lorsque l'on
désire injecter des gaz réducteurs chauds dans les hauts-
fourneaux afin de réduire notablement la consommation de
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La présente invention a pour objet-un
-procéda de fabrication de gaz réformés chauds c'est-à-dire de gaz réducteurs ayant les qualités énoncées ci-dessus et obte-.
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t ,
<EMI ID=4.1> .est essentiellement caractérisé en ce que l'on utilise des hydrocarbures légers que l'on transforme en gaz réducteurs chauds en les faisant passer dans un dispositif comportant un nombre pair de cellules de réformage reliées deux à deux à un collecteur général de gaz réformés chauds de telle sorte que quand l'une est en régime de réformage des dits hydrocarbures, J'autre soit en régime d'accumulation de chaleur par.chauffage et vice-versa..
Suivant une modalité de l'invention, le réformage utilisé consiste en un réformage catalytique à la vapeur d'eau.
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vapeur d'eau qui est endothermique avec le régime d'accumulation de chaleur pour chaque paire de cellules permet d'assurer une production continue de gaz réducteurs chauds.
Afin d'obtenir un gaz réducteur à haute
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avantageusement suivant l'invention plusieurs couches distinctes de masses de contact dont au moins certaines sont catalytiques, ces couches étant portées à des températures de plus en plus élevées au fur et à mesure de la progression des hydrocarbures dans la cellule, et on effectue des injections succes. sives d'hydrocarbures entre les dites couches, ce qui réduit progressivement l'excès de vapeur d'eau avec lequel se pour- ' suit la réaction. de réformage depuis l'entrée jusqu'à la sortie de la cellule.
Suivant l'invention, on règle les injections . d'air comburant et de gaz combustible dans la cellule de réformage en régime d'accumulation de chaleur de façon à réaliser un rapport air/gaz correspondant au niveau adéquat de tempéra-
ture de chaque couche de contact.
Le choix des masses de contact est impor'tant et suivant l'invention, il est avantageux d'utiliser dans les couches un catalyseur contenant une proportion de .[deg.]Ni comprise entre 0 et 10%, résistant à 1'oxyde-réduction et à la' formation de suies. Chaque cellule comprend par exemple 2 à 5 couches de masses de contact dont l'activité catalytique et par conséquent la. composition, est choisie suivant la fonction principale propre à chaque zone. On sait que dans les couches intermédiaires, il faut un catalyseur actif de réformage et dans les couches finales, un catalyseur résistant aux hautes températures.
En début de réformage, le rapport molaire vapeur/carbone est largement supérieur à 1. Ce rapport peut être réduit progressivement à 1 enfin de réformage sans ris-
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fage de façon contrôlée entre chaque couche de contact de façon à obtenir la température voulue des masses et à maintenir leurs propriétés physiques et catalytiques. Notamment,
il est particulièrement intéressant d'effectuer le chauffage en milieu réducteur, par oxydation partielle catalytique de l'hydrocarbure, ce qui d'une part, empêche l'oxydation périodique du catalyseur finisseur et ainsi maintient son activité à un niveau élevé et permanent et d'autre part, prévient pendant le réformage, la formation de gaz oxydants par réduc.tion d'oxydes de nickel.
Egalement suivant l'invention, on effectue avantageusement l'accumulation de chaleur et le réformage "in situ" dans le catalyseur à des pressions sensiblement les mêmes, les fluides gazeux correspondant...à ces opérations pouvant circuler dans le même sens ou en sens opposés.
Il s'est encore avéré avantageux suivant l'invention de régler les débits gazeux de chauffage de.tell. '.sorte que la masse'des produits de combustion soit légèrement <EMI ID=9.1>
combustible, ce qui permet d'empêcher tout passage de gaz brûlés vers la sortie des gaz réformés chauds et de supprimer toute vanne de séparation résistant à haute température entre l'appa-
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vannes d'injection de gaz combustible, d'air de combustion, de vapeur, d'hydrocarbure de réformage et les vannes à gaz brûlés . sont des appareils ne devant résister qu'à de faibles tempéra� tur'es,
Bien entendu, le dispositif comporte d'autres systèmes de régulation basés sur les rapports air de chauffage/ gaz de combustion total, H20/hydrocarbure total ou partiel.
Grâce au principe du procédé fonctionnant enphases successives de réformage et de chauffage au sein de la
. masse de contact catalytique, il y a régénération des catalyseurs pendant la phase de chauffage par élimination des impuretés fixées sur les éléments actifs de ce catalyseur pendant la phase de réformage. Il en- résulte que le procédé admet des teneurs en impuretés de l'hydrocarbure de réformage nettement plus-importantes que les procédés de réformage en tube.
L'hydrocarbure utilisé suivant l'invention.peut contenir jusqu'à plusieurs % d'oléfines ou de séries aro-
.matiques et jusqu'à 100 fois la teneur maximale admissible en composés sulfurés généralement admise dans les unités de réfor. mage en tube suivant les procédés industriels utilisés jusqu'à présent. En principe, on peut utiliser comme hydrocarbure de réformage du gaz naturel, des gaz pétroliers liquéfiés (G.P.L.), de l'essence légère, qui ne doivent pas être préalablement désulfurés si la concentration en soufre n'est pas trop élevée, par exemple 30 p.p.m.
par ailleurs, l'énergie absorbée par la compression de l'air de combustion est au moins partiellement fournie par la détente des gaz brûlés dans, un dispositif tel que par exemple une turbine. Pour se fixer les idées à ce sujet, on
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La présente invention a également pour objet un dispositif de mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus.
Le dispositif objet de la présente invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte:
a) un nombre pair de cellules de réformage raccordées d'une part à une conduite commune de gaz réformés chauds et d'autre part à une cheminée commune d'évacuation des gaz brûlés, b) deux circuits respectivement d'air comburant et de gaz combustible destinés à l'introduction de ces matières dans chaque cellule de réformage en un premier endroit situé à une de ses deux extrémités, et en d'autres endroits répartis entre les deux extrémités précitées et plus précisément entre chaque masse de'-contact, c) deux circuits respectivement d'hydrocarbure à réformer et de vapeur d'eau destinés à l'introduction de ces matières 'dans chaque cellule de réformage en un premier endroit situé à une de ses deux extrémités, et en 'ce qui concerne l'hydrocarbure,
en d'autres endroits répartis entré les deux extrémités précitées et plus précisément entre chaque masse de contact, d) des vannes à air comburant, à gaz combustible, à hydrocarbure à réformer, à' vapeur d'eau, situées sur chaque circuit respectif à proximité des points d'entrée de ces matières dans chaque cellule de réformage ainsi que des vannes à gaz brûlés situées à proximité des points de sortie des dits gaz brûlés des cellules vers la cheminée d'évacuation, les dites vannes devant permettre simultanément d'une part l'alimentation en air comburant et en gaz combustible ainsi que l'évacuation des gaz brûlés de chaque cellule de réformage en régime d'accumulation de chaleur et d'autre part l'alimertation en hydrocarbure et en vapeur d'eau des autres cellul qui sont en régime de réformage et de chauffage de l'hydrocarbure à traiter. ; ..
Suivant l'invention, chaque cellule de réformage peut avantageusement comprendre: a) plusieurs couches de contact et de préférence un nombre compris entre 2 et 5, disposées à la suite les unes des autres et des points d'injection situés entre ces diverses couches d'une part pour l'air comburant et/ou le gaz combustible et d'autre part pour l'hydrocarbure à réformer. b) ces couches de masse de contact peuvent être plus ou moins catalytiques. suivant leur fonction principale de réformage ou de chauffage. c) une chaudière située à l'extrémité d'évacuation des gaz <EMI ID=14.1>
moins partiellement la chaleur des dits gaz brûlés avant
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la vapeur d'eau nécessaire au réformage de l'hydrocarbure
à traiter. Eventuellement un récupérateur de chaleur destiné.à réchauffer l'air de combustion peut être placé à la suite ou à la place de la chaudière pour récupérer une par-
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évacuation.
Il s'est également avéré avantageux suivant l'invention que le circuit des gaz brûlés comprenne une
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l'atmosphère par la cheminée et d'autre part à fournir au moins partiellement l'énergie nécessaire à la compression de l'air comburant à injecter dans chaque cellule .de réformage.
Suivant une modalité constructive dans laquelle les fluides gazeux correspondant aux opérations d'accumulation de chaleur et de réformage circulent en sens opposés, le. dispositif se-caractérise par les points suivants:
a) le raccordement de chaque cellule de réformage à la conduite'commune de gaz-réformés chauds est situé à une de ses deux extrémités et le raccordement à la cheminée commune d'évacuation des gaz brûlés est situé à l'extrémité opposée, b) l'extrémité 'de chaque cellule de réformage où se situe le premier endroit d'introduction d'air comburant et de gaz <EMI ID=18.1> chauds,
<EMI ID=19.1> ..premier endroit d'introduction d'hydrocarbure à réformer et de vapeur d'eau est celle destinée à la sortie des gaz brûlés.
En outre, suivant cette même modalité constructive, chaque cellule de réformage peut avantageusement com- prendre une masse calorifique située à la suite de la dernière couche catalytique du côté de l'extrémité de sortie des gaz
brûlés et destinée à assurer le réchauffage initial du mélange d'hydrocarbure à réformer et de vapeur.d'eau avant son passage
à travers les diverses couches catalytiques.
Suivant une autre modalité constructive dans laquelle les fluides gazeux correspondant aux opérations d'accu- <EMI ID=20.1> le dispositif se caractérise par les points suivants:
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à la conduite commune de gaz réformés chauds et d'autre part à la cheminée commune d'évacuation des gaz brûlés sont situés à une même extrémité de cette cellule, b) le premier endroit d'introduction dans chaque cellule de réformage d'une part d'air comburant et de gaz combustible et d'autre part d'hydrocarbure à réformer et de vapeur d'eau est situé à l'extrémité opposée de celle destinée à la sortie des gaz réformés chauds et des gaz brûlés, c'est-à-dire à la tête de chaque cellule.
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à titre d'exemple non limitatif pour bien faire comprendre l'objet. de la présente invention. Elles représentent chacune une installation complète de fabrication de gaz réformés chauds suivant .l'invention c'est-à-dire comprenant deux cellules de réformage, celle de droite étant en régime de réformage tandis que celle de gauche est en régime d'accumulation de chaleur par chauffas
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La figure 1 est relative à une installation dans laquelle les fluides gazeux correspondant aux opérations d'accumulation de chaleur et de réformage circulent en sens opposés.
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Un compresseur (1) entraîné par une turbine de détente (gaz
. brûlés). (19) et un moteur (30) fournit l'air comburant à une <EMI ID=27.1>
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couche catalytique (11) au moyen de la vanne (2) en mélange
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Le mélange d'air et de gaz dont les constituants sont en proportion telle qu'il y ait défaut d'air (de 0,3 à 0,5 fois air théorique) réagit en milieu catalytique pour'dégager de la chaleur et fournir un gaz réducteur combustible, dirigé vers la couche catalytique suivante.
La valeur du rapport air/gaz permet d'obtenir une température adéquate pour chaque masse catalytique.
Les gaz issus de la masse catalytique (11) , ayant cédé une part de leur chaleur à celle-ci, sont ensuite partiellement 'brûlés par une incorporation complémentaire d'air introduit
par la vanne (3) entre les couches catalytiques (11) et (12).
Cette combustion partielle réchauffe la masse catalytique (12) ' au niveau voulu..
De même, l'opération de combustion partielle se poursuit au . droit des masses catalytiques (13) , (14) et (15) , grâce aux
-.incorporations d'air comburant aux vannes (4), (5) et (6).
Les gaz de combustion traversant les masses catalytiques, ne <EMI ID=30.1> couche catalytique (13) , il..est nécessaire d'incorporer des quantités contrôlées de gaz combustible en (9) et (-10) pour effectuer l'apport correct de chaleur.
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cèdent une part de leur chaleur à la masse calorifique (16), . puis à la chaudière (17) avant d'être. admis à la turbine de <EMI ID=32.1>
matique d'inversion (18) isole le circuit des fumées de la .-turbine lorsque la cellule est en régime de réformage. , Le débit des produits de la combustion est contrôlé par régu- lation de telle façon que la masse rejetée à la cheminée cor- responde à la masse d'air comburant et de gaz combustible 'plus un léger excès. Il en résulte que malgré l'absence de vanne d'isolement entre l'appareil et l'extérieur, il n'y a
pas de passage de produits de la combustion vers la sortie
des gaz réformés chauds, mais au contraire, il y a un passa-
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régime d'accumulation_de chaleur, débit correspondant à l'excès préréglé cité ci-dessus. Cette faible quantité de gaz est
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ou 15) où règnent une combustion oxydante.
On remarquera que d'après ce procédé, le chauffage s'effectue en milieu réducteur sur au moins 1 couche catalytique (11,12 et.*13) et en milieu oxydant sur au moins 1 couche catalytique <EMI ID=35.1> . Il en résulte que le catalyseur des couches finales est 'main.-- . tenu en permanence à l'état activé, tandis que le catalyseur . des couches initiales, chauffé en phase oxydante, est débarrassé de la suie qui pourrait s'y former,
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réformés chauds).
Après un régime d'accumulation de chaleur compris entre une
<EMI ID=37.1> .sine une quantité contrôlée de chaleur, on arrête la combustion par la fermeture des vannes d'air (2) , (3), (4), (5) et <EMI ID=38.1>
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<EMI ID=41.1> <EMI ID=42.1> <EMI ID=43.1> <EMI ID=44.1> <EMI ID=45.1>