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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