Procédé et installation de fabrication
de gaz réducteurs.
La présente invention concerne un procédé et une installation . de fabrication de gaz réducteurs sous pression et à haute tempé- rature.
On sait qu'il est possible de traiter des' hydrocarbures gazeux tels que, par exemple, du gaz naturel, des mélanges de méthane et de propane, des gaz de fours à coke, à haute température, en présence de vapeur d'eau et d'un catalyseur pour en obtenir des gaz réducteurs à haute température et scus pression.
Dans une méthode connue dite méthode par cracking oxydant
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avec de l'oxygène pur, ce qui amène les gaz à une température telle que les réactions de reforming par la vapeur d'eau des hydrocarbures subsistant,peuvent se développer en présence ou non d'un catalyseur. Ces opérations qui conduisent à l'obtention
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l'oxyde ae carbone et notamment des composés résiduels oxygénés, sont généralement suivies de traitements d'ajustage des compositions des gaz suivant leur usage ultérieur; ces traitements subséquents qui comprennent, par exemple, la conversion du CO en
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exigent cependant pour leur exécution une adaptation de la température des gaz, qui conduit à un refroidissement complet du mélange des gaz produits. Ce refroidissement indispensable rend peu économique l'usage desdits gaz réducteurs dans les
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destination ces gaz doivent être à nouveau échauffes pour atteindre une température voisine de celle qu'ils ont à la sortie
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Pour supprimer la nécessité d'effectuer les traitements d'ajustage de la composition des gaz qui imposent obligatoirement un refroidissement, il a été préconisé pour changer les conditions d'équilibre et réduire l'excès de vapeur d'eau nécessaire, de prélever un volume donné desdits gaz provenant de la réaction
puis de ramener ce volume de gaz prélevés, directement dans le mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur alimentant la
réaction de combustion partielle avec l'oxygène pur.
il est aussi connu une autre méthode de fabrication de
gaz réducteurs qui ne nécessite pas de l'oxygène pur. Cette méthode, dite par reforming catalytique, est caractérisée en ce qu'un mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur d'eau passe
dans des tubes contenant un catalyseur. Dans ce cas, les calories nécessaires au préchauffage et à la réaction ne sont pas fournies par une combustion partielle des hydrocarbures avec de l'oxygène pur comme dans la méthode précédente mais proviennent d'un apport extérieur, car les tubes à catalyseur parcourus par le mélange d'hydrocarbures et de vapeur d'eau, sont chauffés extérieurement et amenés à haute température par combustion d'un gaz dans un four. Si ce procédé permet l'économie d'oxygène pur, il possède égalemeni l'ennui d'exiger un excès de vapeur, ce qui produit des gaz de réaction ayant des teneurs trop élevées en anhydride carbonique
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des opérations d'épuration qui impliquent un refroidissement des gaz, et procéder ensuite à un réchauffement, ce qui rend le procédé peu économique.
La présente invention qui a comme but de supprimer ces inconvénients, consiste en un procédé de fabrication de gaz réducteurs sous pression et à haute température par reforming catalytique dans lequel un mélange d'hydrocarbures gazeux et
de vapeur d'eau en présence d'un catalyseur est porté à haute température par chauffage indirect, caractérisé en ce eu 'une partie des gaz réducteurs produits par la réaction est recyclée et ramenée airectement dans le mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur a'eau alimentant la réaction, ce qui permet d'obtenir directement un gaz à haut pouvoir réducteur, à haute tempé-
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Un avantage de ce procédé réside en ce qu'il permet de diminuer la quantité de vapeur d'eau en excès du mélange alimentant la réaction.
Suivant une caractéristique, la partie des gaz réducteurs prélevés est au moins égale au volume d'hydrocarbures gazeux alimentant la réaction; cette partie de gaz réducteurs prélevés est comprime, de préférence, entre 1 et 3 fois le volume d'hydrocarbures gazeux alimentant la réaction.
Suivait une autre caractéristique, une installation
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série de tubes contenant un catalyseur, alimentés par un mélange d'hydrocarbures et de vapeur d'eau pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est caractérisée en ce que le conduit collecteur des gaz sortant des tubes à catalyseur possède une
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son autre entrée raocordée à un conduit d'arrivée du mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur d'eau qui sert de fluide moteur par détente partielle de sa pression d'entrée.
Selon une autre caractéristique, l'installation comporte dans le carneau d'évacuation des fumées iu four, des échangeurs de récupération de chaleur, qui servent à réchauffer l'eau, le gaz et le mélange de vapeur d'eau et de gaz et à la production de la vapeur d'eau nécessaire à l'exécution du procédé, ce qui permet de conserver la plus haute température aux gaz réducteurs produits dont une partie est recyclée et dont l'autre partie
est menée vers l'utilisation.
D'autres particularités pourront apparaître dans la description suivante du dessin annexé dans lequel la figure
est une vue schématique d'une installation pour l'application
du procédé selon l'invention.
En se référant à la figure, on voit qu'une installation
de reforming catalytique d'hydrocarbures par la vapeur d'eau comporte une chambre de combustion 1 à la partie supérieurs de laquelle se trouvent des brûleurs 2 alimentés en gaz à partir d'une source 10. Cette chambre contient des tubes de réaction 3 contenant le catalyseur, placés verticalement. Cette première chambre 1 est prolongée à sa partie inférieure par un carneau 4 d'évacuation des fumées dans lequel sont situés divers échangeurs thermiques de récupération de la chaleur sensible des fumées quittant la zone de combustion du four et qui, après refroidissement, sont expulsées à l'air par un ventilateur 5, à une température voisine de 150[deg.]C.
Du gaz naturel qui possède la composition en volume
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est fourni à partir d'une source 6 sous une pression de 18 kg/cm2 et à une température de 20[deg.]C. Ce gaz passe dans un premier échangeur de récupération 12 où il est réchauffé à environ 300[deg.]C puis il reçoit par le conduit 14 la vapeur d'eau nécessaire à la réaction, sous une presaion de 20 kg/cm2 et à 215[deg.]C, à partir d'une chaudière de récupération 13; le mélange gaz naturel-vapeur d'eau est ensuite porté à la température de préchauffage de 550[deg.]0 par passage dans un échangeur de récupération 15. La chaudière
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est portée de 100 à environ 200[deg.]C �: traversant un échangeur de récupération 11. Le mélange gaz naturel-vapeur d'eau à 550[deg.]C sortant de l'échangeur de récupération 15 est mené par un conduit
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tubes de réaction 3, vers 850[deg.]C sous une pression de 10 kg/cm2, sont collectés par un conduit 17 qui présente une dérivation 9 menant à une seconde entrée du Venturi 8. Le mélange gaz naturel- vapeur d'eau amené par le conduit 16 se détend dans le Venturi 8 J jusqu'à une pression d'environ 12 kg/cm2, ce qui assure le recyclage des gaz de la réaction,véhiculés par la dérivation 9.
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à la réaction est ainsi distribué en tête des différents tubes de réaction 3 qui i.çoivent les calories nécessaires au préchauffage final et aux réactions endothermiques du reforming, par rayonnement des brûleurs de chauffage air-gaz, 2, alimentés
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passage dans un échangeur de récupération 18.
Les gaz de réaction non recyclés sont transportés sous pression et à haute température vers un endroit d'utilisation 20. Les fumées des brûleurs gaz-air 2 quittent la chambre de combustion
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par l'action d'un ventilateur 5.
Si, dans une installation telle que décrite, on traite
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Les gaz réducteurs ainsi obtenus peuvent être utilisés avec avantage directement dans la phase de réduction d'un
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légère post-combustion obtenue par l'injection directe d'une petite quantité d'oxygène dans le gaz transporté par le conduit
19. Les gaz réducteurs obtenus en 20 peuvent évidemment servir à l'exécution d'une quelconque opération de réduction à chaud
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La réaction de reforming étant endothermique, il faut assurer un apport suffisant de calories pour permettre son exécution; ceci se fait par les brûleurs de chauffage 2 qui,
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millions Kcal. Si on applique le procédé classique de reforming à la vapeur, c'est-�-dire sans recyclage d'une partie des gaz sortant des tubes de réaction, dans des conditions de réaction similaire, pour éviter la formation de noir de carbone il est nécessaire de prévoir un débit de vapeur d'eau dans un apport molaire de la vapeur au carbone du gaz naturel égal à environ 2,5. Dans ces conditions et en ajustant les calories de chauffage pour obtenir également 850[deg.]C à la sortie des tubes de réaction ou de catalyse, on obtiendrait pour 3000 m3 N de gaz naturel entrant, 14.805 m3 N de gaz reformé ayant la composition <EMI ID=21.1>
de réduction dans un haut-fourneau. Avant son utilisation, il
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qu'après ce traitement que le gaz pourra devenir comparable à celui obtenu par le procédé suivant l'invention; cependant, pour subir ce traitement le gaz cioir être refroidi, de sorte que pour son emploi. dans la phase de réduction d'un haut-fourneau, il devra être soumis à un réchauffage pour le ramener à environ
1000[deg.]C, ce qui est un inconvénient important par suite du coût d'un tel réchauffage et du complément de matériel coûteux qu'il implique.
REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication de gaz réducteurs sous pression et à haute température par reforming catalytique dans lequel
un mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur d'eau en présence d'un catalyseur est porté à haute température par chauffage indirect, caractérisé en ce qu'une partie des gaz réducteurs produits par la réaction est recyclée et ramenée directement dans le mélange d'hydrocarbures' gazeux et de vapeur d'eau alimentant la réaction, ce qui permet d'obtenir des gaz
à haut pouvoir réducteur, à haute température et à faibles
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Manufacturing process and facility
reducing gases.
The present invention relates to a method and an installation. for the manufacture of reducing gases under pressure and at high temperature.
It is known that it is possible to treat gaseous hydrocarbons such as, for example, natural gas, mixtures of methane and propane, coke oven gases, at high temperature, in the presence of water vapor and a catalyst to obtain reducing gases at high temperature and under pressure.
In a known method called the oxidative cracking method
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with pure oxygen, which brings the gases to a temperature such that the reactions of reforming by steam of the remaining hydrocarbons can develop in the presence or absence of a catalyst. These operations which lead to obtaining
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carbon monoxide and in particular residual oxygen compounds, are generally followed by treatments for adjusting the compositions of the gases according to their subsequent use; these subsequent treatments which include, for example, the conversion of CO into
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however, require for their execution an adaptation of the gas temperature, which leads to complete cooling of the mixture of gases produced. This essential cooling makes the use of said reducing gases in
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destination these gases must be heated again to reach a temperature close to that which they have at the outlet
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To eliminate the need to carry out treatments for adjusting the composition of the gases which obligatorily require cooling, it has been recommended to change the equilibrium conditions and reduce the excess water vapor required, to take a volume given of said gases from the reaction
then to bring this volume of gas sampled directly into the mixture of gaseous hydrocarbons and steam supplying the
partial combustion reaction with pure oxygen.
it is also known another method of manufacturing
reducing gas which does not require pure oxygen. This method, called by catalytic reforming, is characterized in that a mixture of gaseous hydrocarbons and water vapor passes
in tubes containing a catalyst. In this case, the calories necessary for preheating and for the reaction are not supplied by a partial combustion of the hydrocarbons with pure oxygen as in the previous method but come from an external supply, because the catalyst tubes traversed by the mixture of hydrocarbons and water vapor, are heated externally and brought to high temperature by combustion of a gas in a furnace. If this process allows the economy of pure oxygen, it also has the annoyance of requiring an excess of steam, which produces reaction gases having too high carbon dioxide contents.
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purification operations which involve cooling the gases, and then reheating, which makes the process uneconomical.
The present invention, which aims to eliminate these drawbacks, consists of a process for manufacturing reducing gases under pressure and at high temperature by catalytic reforming in which a mixture of gaseous hydrocarbons and
of water vapor in the presence of a catalyst is brought to high temperature by indirect heating, characterized in that a part of the reducing gases produced by the reaction is recycled and returned directly to the mixture of gaseous hydrocarbons and steam. 'water feeding the reaction, which makes it possible to directly obtain a gas with high reducing power, at high temperature.
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An advantage of this process lies in that it makes it possible to reduce the quantity of excess water vapor in the mixture feeding the reaction.
According to one characteristic, the part of the reducing gases sampled is at least equal to the volume of gaseous hydrocarbons feeding the reaction; this portion of reducing gas withdrawn is preferably compressed between 1 and 3 times the volume of gaseous hydrocarbons feeding the reaction.
Another characteristic followed, an installation
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series of tubes containing a catalyst, fed with a mixture of hydrocarbons and water vapor for the implementation of the process according to the invention is characterized in that the collecting duct for the gases leaving the catalyst tubes has a
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its other inlet rocordée to an inlet pipe for the mixture of gaseous hydrocarbons and water vapor which serves as driving fluid by partial expansion of its inlet pressure.
According to another characteristic, the installation comprises, in the flue for evacuating the fumes from the oven, heat recovery exchangers, which serve to heat the water, gas and the mixture of water vapor and gas and to the production of the water vapor necessary for carrying out the process, which makes it possible to maintain the highest temperature for the reducing gases produced, part of which is recycled and the other part of which
is driven towards use.
Other features may appear in the following description of the appended drawing in which FIG.
is a schematic view of an installation for the application
of the method according to the invention.
Referring to the figure, we see that an installation
for catalytic reforming of hydrocarbons by water vapor comprises a combustion chamber 1 at the upper part of which there are burners 2 supplied with gas from a source 10. This chamber contains reaction tubes 3 containing the catalyst, placed vertically. This first chamber 1 is extended at its lower part by a flue 4 for evacuating the fumes in which various heat exchangers for recovering the sensible heat of the fumes leaving the combustion zone of the furnace are located and which, after cooling, are expelled to the air by a fan 5, at a temperature close to 150 [deg.] C.
Natural gas which has the composition by volume
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is supplied from a source 6 under a pressure of 18 kg / cm2 and a temperature of 20 [deg.] C. This gas passes into a first recovery exchanger 12 where it is reheated to about 300 [deg.] C then it receives through line 14 the water vapor necessary for the reaction, under a pressure of 20 kg / cm2 and at 215 [deg.] C, from a recovery boiler 13; the natural gas-water vapor mixture is then brought to the preheating temperature of 550 [deg.] 0 by passing through a recovery exchanger 15. The boiler
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is increased from 100 to about 200 [deg.] C: passing through a recovery exchanger 11. The natural gas-water vapor mixture at 550 [deg.] C leaving the recovery exchanger 15 is conducted through a conduit
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reaction tubes 3, around 850 [deg.] C under a pressure of 10 kg / cm2, are collected by a duct 17 which has a bypass 9 leading to a second inlet of the Venturi 8. The natural gas-water vapor mixture supplied by line 16 expands in Venturi 8 J up to a pressure of about 12 kg / cm2, which ensures the recycling of the reaction gases, conveyed by bypass 9.
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to the reaction is thus distributed at the top of the various reaction tubes 3 which receive the calories necessary for the final preheating and for the endothermic reactions of reforming, by radiation from the air-gas heating burners, 2, supplied
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passage through a recovery exchanger 18.
The reaction gases not recycled are transported under pressure and at high temperature to a place of use 20. The flue gases from the gas-air burners 2 leave the combustion chamber
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by the action of a fan 5.
If, in an installation as described, we treat
<EMI ID = 16.1> of recycled gas, we obtain in 20, after sampling the recycled gas, 10.980 m3 K of reducing gas, at 10 kg / cm2 and at 850 [deg.] C,
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The reducing gases thus obtained can be used with advantage directly in the reduction phase of a
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slight post-combustion obtained by direct injection of a small quantity of oxygen into the gas transported by the duct
19. The reducing gases obtained at 20 can obviously be used for carrying out any hot reduction operation.
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The reforming reaction being endothermic, it is necessary to ensure a sufficient supply of calories to allow its execution; this is done by the heating burners 2 which,
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million Kcal. If we apply the conventional steam reforming process, that is - � -to say without recycling part of the gases leaving the reaction tubes, under similar reaction conditions, to avoid the formation of carbon black. carbon it is necessary to provide a flow of water vapor in a molar contribution of the vapor to the carbon of the natural gas equal to approximately 2.5. Under these conditions and by adjusting the heating calories to also obtain 850 [deg.] C at the outlet of the reaction or catalysis tubes, we would obtain for 3000 m3 N of incoming natural gas, 14.805 m3 N of reformed gas having the composition <EMI ID = 21.1>
reduction in a blast furnace. Before use, it
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that after this treatment the gas may become comparable to that obtained by the process according to the invention; however, to undergo this treatment the gas can be cooled, so that for its use. in the reduction phase of a blast furnace, it must be subjected to reheating to bring it back to approximately
1000 [deg.] C, which is a significant drawback due to the cost of such heating and the additional costly equipment that it implies.
CLAIMS
1. A process for manufacturing reducing gases under pressure and at high temperature by catalytic reforming in which
a mixture of gaseous hydrocarbons and water vapor in the presence of a catalyst is brought to high temperature by indirect heating, characterized in that part of the reducing gases produced by the reaction is recycled and returned directly to the mixture of gaseous 'hydrocarbons' and water vapor feeding the reaction, which makes it possible to obtain
with high reducing power, high temperature and low
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