CA2316730C - Installation and process for the production of synthetic gas including at least one gas turbine - Google Patents
Installation and process for the production of synthetic gas including at least one gas turbine Download PDFInfo
- Publication number
- CA2316730C CA2316730C CA2316730A CA2316730A CA2316730C CA 2316730 C CA2316730 C CA 2316730C CA 2316730 A CA2316730 A CA 2316730A CA 2316730 A CA2316730 A CA 2316730A CA 2316730 C CA2316730 C CA 2316730C
- Authority
- CA
- Canada
- Prior art keywords
- gas
- reactor
- synthesis
- turbine
- air
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J12/00—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/005—Separating solid material from the gas/liquid stream
- B01J8/0055—Separating solid material from the gas/liquid stream using cyclones
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00002—Chemical plants
- B01J2219/00004—Scale aspects
- B01J2219/00006—Large-scale industrial plants
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Installation de production de gaz de synthèse à partir de gaz naturel et d' air ou oxygène dilué par un gaz inerte comportant au moins un réacteur de préparation du gaz de synthèse, au moins un compresseur entraîné par une turbine de puissance. L'installation selon l'invention peut en outre comprendre: au moins un moyen de séparation de l'eau formée dans la réaction, au moins un moyen de préchauffage de l'air ou oxygène dilué par un gaz inerte, au moins un moyen de préchauffage du gaz naturel, un moyen d'élimination des particules solides en sortie du réacteur et un moyen de refroidissement des effluents du réacteur. L'invention concerne également un procédé de production de gaz de synthèse utilisant cette installation.Installation for producing synthesis gas from natural gas and air or oxygen diluted with an inert gas comprising at least one synthesis gas preparation reactor, at least one compressor driven by a power turbine. The plant according to the invention may further comprise: at least one means for separating the water formed in the reaction, at least one means for preheating the air or oxygen diluted with an inert gas, at least one means for preheating the natural gas, a means of removing solid particles at the outlet of the reactor and a means for cooling the effluents of the reactor. The invention also relates to a synthesis gas production process using this installation.
Description
INSTALLATION ET PROCEDE DE PRODUCTION DE GAZ DE SYNTHESE
COMPRENANT AU MOINS UNE TURBINE A GAZ
La présente invention concerne une installation et un procédé de production de gaz de synthèse. Elle permet d'éviter l'étape préliminaire de séparation de l'oxygène et de l'azote contenus dans l'air ou oxygène dilué par un gaz inerte. L'air ou oxygène dilué
par un gaz inerte non séparé est donc utilisé dans la présente invention lors de la production du gaz de synthèse par oxydation partielle. L'azote est utilisé comme diluant dans la réaction d'oxydation partielle Le procédé et l'installation selon l'invention utilisent de manière originale au moins un réacteur de préparation du gaz de synthèse, au moins un compresseur couramment disponible, associé à une turbine de puissance, l'ensemble constituant une turbine à gaz, pour fournir l'oxygène nécessaire à l'oxydation partielle, ainsi que l'énergie nécessaire au préchauffage de la charge, et au moins un moyen de séparation des effluents du réacteur.
ART ANTERIEUR :
La conversion du gaz naturel en produits liquides est économiquement intéressante, notamment dans des zones géographiques éloignées des pays industrialisés qui manquent d'infrastructure telles que par exemple des centrales électriques ou une industrie pétrochimique.
Elle permet de valoriser la gaz naturel en le transformant en des produits chimiques transportables à faible coût.
Le transport du gaz naturel par gazoduc et les usines liquéfaction du gaz représentent des investissements importants et sont souvent économiquement moins rentables que la conversion chimique du gaz en liquides.
Parmi les liquides aisément synthétisés à partir de gaz naturel, on trouve notamment le méthanol et les hydrocarbures paraffiniques obtenus par synthèse Fischer-Tropsch et aisément convertis en gasoil et kérosène de grande qualité dans une unité
d'hydrocraquage-isomérisant. (référence).
la La production de méthanol ou de diméthyléther nécessite un gaz de synthèse comprenant du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone et de l'hydrogène. Ce gaz de synthèse présente avantageusement un rapport molaire H212CO+3CO2 compris entre 0,4 et 10, de maniére plus préféré entre 0,5 et 4. INSTALLATION AND METHOD FOR PRODUCING SYNTHESIS GAS
COMPRISING AT LEAST ONE GAS TURBINE
The present invention relates to an installation and a method for producing gas of synthesis. It avoids the preliminary stage of oxygen separation and nitrogen contained in the air or oxygen diluted with an inert gas. Air or diluted oxygen by an inert gas not separated is therefore used in the present invention during production synthesis gas by partial oxidation. Nitrogen is used as a diluent in the reaction partial oxidation The method and the installation according to the invention use in an original way at least one synthesis gas preparation reactor, at least one compressor commonly available, associated with a power turbine, the assembly constituting a gas turbine, to supply the oxygen necessary for the partial oxidation, as well as the necessary energy preheating the charge, and at least one means for separating the effluents from the reactor.
PRIOR ART:
The conversion of natural gas into liquid products is economically Interestingly, especially in remote geographical areas of the industrialized countries missing infrastructure such as power plants or petrochemical industry.
It makes it possible to value natural gas by transforming it into products chemical transportable at low cost.
Natural Gas Transmission by Pipeline and Liquefaction Plants represent large investments and are often economically less profitable than conversion chemical gas in liquids.
Among the liquids easily synthesized from natural gas, we find especially the methanol and paraffinic hydrocarbons obtained by Fischer-Tropsch and easily converted into high quality gas oil and kerosene in one unit of hydrocraquage-isomerization. (reference).
the The production of methanol or dimethyl ether requires a synthesis gas comprising carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen. This gas present synthesis advantageously a molar ratio H212CO + 3CO2 between 0.4 and 10, of way more preferred between 0.5 and 4.
2 La production d'environ 7000 à 10 000 barils par jour de gasoil (soit environ 1100 à 1600 Nm3 par jour) au moyen de la synthèse Fischer-Tropsch requiert environ 1,1 à
1,4 106 Nm3/jour de gaz naturel (soit environ 40 à 50 MMSCFD). Ce gaz naturel contient essentiellement du méthane qui dans une première étape est converti en un gaz de synthèse contenant essentiellement de l'hydrogène (H2), du monoxyde de carbone (CO), ainsi que du dioxyde de carbone (C02) en moindre proportion. En effet, le C02 ne se comporte pas comme un réactif dans la synthèse Fischer-Tropsch, alors qu'il est converti dans la réaction de synthèse du méthanol.
Le gaz de synthèse le mieux adapté à la synthèse Fischer-Tropsch doit présenter un rapport molaire H2/CO voisin de 2. L'obtention d'un tel rapport est possible par oxydation partielle du gaz naturel (POX), ainsi que l'indique la réaction R1 :
CH4+1/202 CO + 2 H2 (Ri) Ce mode de production du gaz de synthèse est toutefois très onéreux et consommateur d'énergie. Dans les procédés conventionnels d'oxydation partielle, l'air est fractionné pour éliminer l'azote qui est un gaz inerte. Cette séparation nécessite des volumes d'air très importants qui doivent être comprimés et liquéfiés. De plus l'utilisation d'équipements conventionnels (compresseurs, échangeurs de chaleur, chaudières avec brûleur à gaz) entraîne des niveaux d'investissement très élevés et une utilisation inefficace de l'énergie.
Un autre usage important du gaz de synthèse est la production d'ammoniac à
partir d'un gaz de synthèse contenant de l'azote. Dans ce cas le gaz de synthèse est préparé à partir d'air sans séparation de l'oxygène et de l'azote, il contient donc de l'azote en proportion importante en plus de CO, C02 et H2.
Par ailleurs, il est également possible de produire de l'hydrogène à partir de gaz naturel, par exemple par reformage à la vapeur du gaz naturel afin d'obtenir un gaz de synthèse riche en 3o hydrogène, puis de réaliser la séparation de l'hydrogène au moyen par exemple d'une unité
d'absorption de type PSA (Pressure Swing Absorption), c'est-à-dire une unité
d'absorption par variation de pression. 2 The production of about 7000 to 10 000 barrels a day of diesel (approximately 1100 to 1600 Nm3 per day) using Fischer-Tropsch synthesis requires about 1.1 to 1.4 106 Nm3 / day natural gas (approximately 40 to 50 MMSCFD). This natural gas contains essentially from methane which in a first stage is converted into a synthesis gas containing mainly hydrogen (H2), carbon monoxide (CO), as well as dioxide of carbon (C02) in a lesser proportion. Indeed, CO2 does not behave as a reagent in the Fischer-Tropsch synthesis, while it is converted into the reaction of synthesis of methanol.
The most suitable synthesis gas for Fischer-Tropsch synthesis is present a molar ratio H2 / CO close to 2. Obtaining such a ratio is possible by oxidation partial conversion of natural gas (POX), as indicated by reaction R1:
CH4 + 1/202 CO + 2 H2 (Ri) This method of producing synthesis gas is, however, very expensive and consumer energy. In conventional partial oxidation processes, air is split for eliminate the nitrogen which is an inert gas. This separation requires volumes very important air which must be compressed and liquefied. In addition the use of equipment conventional compressors, heat exchangers, boilers with gas burner) levels very high investment and inefficient use of energy.
Another important use of synthesis gas is the production of ammonia from a synthesis gas containing nitrogen. In this case the synthesis gas is prepared from air without separation of oxygen and nitrogen, so it contains nitrogen in significant proportion more CO, CO2 and H2.
In addition, it is also possible to produce hydrogen from natural gas, for example by steam reforming natural gas to obtain a gas from rich synthesis in 3o hydrogen, then to carry out the separation of hydrogen by means of example of a unit PSA (Pressure Swing Absorption) type of absorption, that is to say one unit absorption by pressure variation.
3 La demande de brevet WO 93/06041 décrit un procédé d'enrichissement de l'air en oxygène. Dans cette demande sont décrites différentes options pour préparer des mélanges oxygène-azote contenant plus d'oxygène que l'air. Il est en particulier revendiqué une technique de séparation permettant d'obtenir de l'air enrichie, qui utilise une séparation par membrane ou une absorption de type P.S.A., associé à une turbine à gaz qui fournit l'air nécessaire en tant que charge de la section séparation. L'utilisation des gaz de purge en tant que carburant des turbines à
gaz est également décrite. L' air enrichi est préférentiellement utilisé dans une unité de reformage d'une source de carbone tel que le gaz naturel, afin d'obtenir du gaz de synthèse.
Les demandes de brevet WO 97/33847 et WO 97/48639 décrivent un procédé de production de gaz de synthèse dans lequel l'unité de production du gaz de synthèse est disposée entre la section compression et la section comprenant la turbine de détente d'une turbine à gaz.
Un compresseur additionnel est disposé après l'unité de production du gaz de synthèse et avant l'unité utilisant ce gaz de synthèse pour le convertir en méthanol, ou diméthyléther, ou hydrocarbures, via la synthèse Fischer-Tropsch. Dans la demande WO 97/48639, il est précisé
que la production du gaz de synthèse est assurée par une unité de reformage autotherme, également appelée ATR (autothermal reforming).
La demande de brevet EP 212 755 décrit un procédé de production de gaz de synthèse par réformage à la vapeur d'hydrocarbures dans lequel un échange de chaleur est réalisé entre les gaz réactifs et des gaz de combustion, dans la zone réactionnelle, lesdits gaz de combustion étant au moins partiellement recyclés vers la zone de combustion. Par ailleurs, ledit procédé peut également comporter une zone de détente et un compresseur qui peuvent être combinés avec la zone de combustion pour constituer une turbine à gaz.
RESUME DE L'INVENTION :
La présente invention concerne une installation et un procédé de production de gaz de synthèse, par exemple pour la synthèse Fischer-Tropsch d'hydrocarbures liquides, mais aussi pour tout autre procédé nécessitant la production préalable de gaz de synthèse comme la synthèse du méthanol ou d'alcools C1-C6 par exemple. Elle permet d'éviter l'étape préliminaire de séparation de l'oxygène et de l'azote contenus dans l'air. L'air non séparé
est en effet utilisé dans 3 The patent application WO 93/06041 describes a process for enriching the air in oxygen. In this application are described different options to prepare mixtures oxygen-nitrogen containing more oxygen than air. He is particularly claimed a technique separating system to obtain enriched air, which uses a membrane separation or a PSA type absorption, associated with a gas turbine that provides air necessary as charge of the separation section. The use of purge gases as fuel turbines to gas is also described. The enriched air is preferentially used in a reforming unit of a carbon source such as natural gas, in order to obtain gas from synthesis.
The patent applications WO 97/33847 and WO 97/48639 describe a method of synthesis gas production in which the gas production unit of synthesis is arranged between the compression section and the section comprising the expansion turbine of a gas turbine.
An additional compressor is arranged after the gas production unit of synthesis and before the unit using this synthesis gas to convert it to methanol, or dimethyl ether, or hydrocarbons, via Fischer-Tropsch synthesis. In the application WO 97/48639, it is specified that the production of synthesis gas is ensured by a reforming unit autothermal, also called ATR (autothermal reforming).
The patent application EP 212 755 describes a method for producing gas from synthesis by reforming with hydrocarbon vapor in which a heat exchange is realized between the gases reactants and combustion gases, in the reaction zone, said gases of burning being at less partially recycled to the combustion zone. Moreover, said process can also include a relaxation zone and a compressor that can be combined with the combustion zone to constitute a gas turbine.
SUMMARY OF THE INVENTION:
The present invention relates to an installation and a method for producing gas of synthesis, for example for the Fischer-Tropsch synthesis of hydrocarbons liquids but also for any other process requiring the prior production of synthesis gas as the synthesis methanol or C1-C6 alcohols for example. It avoids the step Preliminary separation of oxygen and nitrogen from the air. Unseparated air is indeed used in
4 la présente invention lors de la production du gaz de synthèse par oxydation partielle. L'azote de l'air, ou le gaz inerte, joue donc le rôle de diluant dans la réaction d'oxydation partielle.
L'installation de production de gaz de synthèse à partir de gaz naturel et d'air selon l'invention comporte au moins un réacteur de préparation du gaz de synthèse, au moins un compresseur entraîné par une turbine de puissance, l'ensemble constituant une turbine à gaz.
Ledit compresseur et ladite turbine de puissance sont de préférence situés tous les deux en amont ou en aval du réacteur.
Le procédé et l'installation selon l'invention utilisent ainsi de manière originale au moins un compresseur couramment disponible et faisant partie intégrante d'une turbine à gaz, pour fournir l'oxygène nécessaire à l'oxydation partielle, ainsi que l'énergie nécessaire au préchauffage de la charge.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION :
La présente invention concerne une installation et un procédé de production de gaz de synthèse. Dans le cas où le procédé selon l'invention utilise de l'air, cette installation permet d'éviter l'étape préliminaire de séparation de l'oxygène et de l'azote contenus dans l'air. L'air non séparé est alors utilisé dans la présente invention pour la production du gaz de synthèse par oxydation partielle.
Dans tous les cas, l'azote ou le gaz inerte contenu dans l'air intervient en tant que diluant dans la réaction d'oxydation partielle, afin de réduire la pression partielle de monoxyde de carbone, ce qui permet par ailleurs de limiter voire d'éliminer les réactions de corrosion des métaux (metal dusting corrosion : MDC).
L'installation selon l'invention de production de gaz de synthèse, à partir de gaz naturel et d'air ou oxygène dilué par un gaz inerte, comporte au moins un réacteur de préparation du gaz de synthèse, au moins un compresseur entraîné par une turbine de puissance, ledit compresseur et ladite turbine de puissance étant de préférence situés tous les deux du même côté du réacteur, c'est-à-dire soit en amont du réacteur et alimentés par tout ou partie de la charge du réacteur, soit en aval et alimentés par tout ou partie de l'effluent du réacteur. Ainsi, un mode possible de réalisation de l'installation selon l'invention consiste à disposer au moins un compresseur et la turbine de puissance associée en amont du réacteur.
Un deuxième mode possible de réalisation consiste à disposer au moins un compresseur et la turbine de puissance associée en aval du réacteur. 4 the present invention during the production of synthesis gas by oxidation partial. Nitrogen the air, or the inert gas, thus plays the role of diluent in the reaction partial oxidation.
The facility for the production of syngas from natural gas and of air according to the invention comprises at least one synthesis gas preparation reactor, at least one compressor driven by a power turbine, the assembly constituting a gas turbine.
Said compressor and said power turbine are preferably located both upstream or downstream of the reactor.
The method and the installation according to the invention thus use original at least a compressor that is commonly available and an integral part of a gas turbine, for provide the oxygen needed for partial oxidation, as well as the energy necessary to preheating the load.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention relates to an installation and a method for producing gas of synthesis. In the case where the method according to the invention uses air, this installation allows to avoid the preliminary step of separation of oxygen and nitrogen contained in the air. The air not separated is then used in the present invention for the production of the synthesis gas by partial oxidation.
In all cases, the nitrogen or the inert gas contained in the air intervenes in as a diluent in the partial oxidation reaction, to reduce the partial pressure of monoxide carbon, which also makes it possible to limit or even eliminate the reactions corrosion of metals (metal dusting corrosion: MDC).
The plant according to the invention for the production of synthesis gas, from natural gas and air or oxygen diluted with an inert gas, comprises at least one reactor of gas preparation synthesis, at least one compressor driven by a power turbine, said compressor and said power turbine preferably being located both of the same side of the reactor, that is to say, upstream of the reactor and fed by all or part of the reactor charge, either downstream and fed by all or part of the reactor effluent. So, a possible mode of realization of the installation according to the invention consists in arranging at least a compressor and the associated power turbine upstream of the reactor.
A second possible embodiment consists in having at least one compressor and the associated power turbine downstream of the reactor.
5 Un troisième mode possible et préféré de réalisation consiste à disposer d'au moins deux compresseurs et de leurs turbines de puissance associées. Au moins un compresseur et la turbine de puissance associée étant situé en amont du réacteur et au moins un compresseur et la turbine de puissance associée étant situé en aval du réacteur.
Dans chacun de ces modes de réalisation, il est possible de substituer au moins une turbine de puissance par au moins un générateur d'électricité. Dans ce cas, seul le compresseur est alimenté par tout ou partie de la charge ou de l'effluent du réacteur.
Dans l'installation selon l'invention, la charge gazeuse (gaz naturel) peut éventuellement être séparée en au moins deux flux : un premier flux introduit dans la partie supérieure du réacteur, et un deuxième flux introduit par sa partie inférieure.
L'installation selon l'invention peut en outre éventuellement comprendre : au moins un moyen de séparation de l'eau formée dans la réaction, au moins un moyen de préchauffage de l'air ou de l'oxygène dilué par un gaz inerte, au moins un moyen de préchauffage du gaz naturel, un moyen d'élimination des particules solides en sortie du réacteur (par exemple un séparateur cyclonique) et un moyen de refroidissement des effluents du réacteur.
L'installation selon l'invention peut éventuellement comprendre deux compresseurs associées à deux turbines de puissance, chaque compresseur et sa turbine de puissance associée étant situé en amont ou en aval du réacteur. Il est également possible de substituer l'un des compresseurs par un générateur d'électricité.
Dans l'installation selon l'invention, la ou les compresseurs et la ou les turbines de puissances ne sont pas alimentés par des gaz de purge, mais soit par la charge (gaz naturel et/ou air ou oxygène dilué par un gaz inerte), soit par les effluents du réacteur de préparation du gaz de synthèse. A third possible and preferred embodiment is to dispose of at least two compressors and their associated power turbines. At least one compressor and turbine associated power being upstream of the reactor and at least one compressor and turbine of associated power being located downstream of the reactor.
In each of these embodiments, it is possible to substitute the least one power turbine by at least one electricity generator. In that case, only the compressor is fed by all or part of the reactor charge or effluent.
In the installation according to the invention, the gaseous charge (natural gas) can eventually be separated into at least two flows: a first flow introduced into the part superior of the reactor, and a second stream introduced by its lower part.
The installation according to the invention may furthermore possibly comprise:
minus one means of separating the water formed in the reaction, at least one means of preheating air or oxygen diluted with an inert gas, at least one means of preheating natural gas, means for removing solid particles at the outlet of the reactor (for example example a separator cyclonic) and a means for cooling the effluents of the reactor.
The installation according to the invention can optionally comprise two compressors associated with two power turbines, each compressor and its turbine associated power being located upstream or downstream of the reactor. It is also possible to substitute one of compressors by an electricity generator.
In the installation according to the invention, the compressor or compressors and the turbines powers are not powered by purge gases, but either by the charge (natural gas and / or air or oxygen diluted by an inert gas), or by the effluents of the reactor of gas preparation synthesis.
6 Le réacteur compris dans l'installation selon l'invention réalise la transformation du gaz naturel en gaz de synthèse en présence de l'oxygène de l'air ou oxygène dilué
par un gaz inerte, il peut de manière préférée être du type réacteur échangeur et comprendre de nombreux tubes remplis de catalyseur et immergés dans la partie inférieure du réacteur.
Le procédé selon l'invention peut donc être avantageusement employé pour la production de gaz de synthèse utilisable par exemple dans une unité de synthèse Fischer-Tropsch ou de synthèse d'alcools ou d'éthers.
Le procédé et l'installation selon l'invention utilisent de manière originale au moins un compresseur, couramment disponible et faisant partie intégrante d'une turbine à gaz, pour fournir l'oxygène nécessaire à l'oxydation partielle, ainsi que l'énergie nécessaire au préchauffage de la charge.
Dans le cas où le procédé ou l'installation selon l'invention est utilisé en amont d'un réacteur Fischer-Tropsch, il peut être intéressant, afin d'obtenir une meilleure intégration énergétique du procédé, de détendre l'effluent issu du réacteur Fischer-Tropsch à travers une turbine permettant de récupérer la puissance nécessaire à un compresseur.
Ledit compresseur peut alors être utilisé pour comprimer le gaz de synthèse à la pression nécessaire pour la réaction Fischer-Tropsch.
Cet enchaînement permet d'éviter la génération et l'utilisation de vapeur d'eau, ainsi que le traitement de cet eau. L'énergie qui n'est pas récupérée dans la turbine peut l'être en envoyant l'effluent de ladite turbine dans un échangeur, afin de fournir de l'énergie thermique aux unités amont et/ou aval.
Le réacteur de l'installation selon l'invention est également de manière préférée un réacteur échangeur permettant d'achever le préchauffage du gaz naturel en utilisant les effluents chauds issus d'une turbine ou du réacteur. Dans le procédé selon l'invention, le gaz naturel préchauffé et lesdits effluents chauds, qui contiennent l'oxygène nécessaire à
la réaction, sont injectés à co-courant à une température appropriée permettant de convertir tout ou partie des atomes de carbone contenus dans le gaz naturel en monoxyde de carbone par réaction avec 6 The reactor included in the installation according to the invention carries out the gas transformation natural gas synthesis in the presence of oxygen in the air or diluted oxygen by an inert gas, it can preferably be of the exchanger reactor type and include many tubes filled with catalyst and immersed in the lower part of the reactor.
The process according to the invention can therefore be advantageously employed for the production synthesis gas that can be used, for example, in a Fischer-Tropsch or synthesis of alcohols or ethers.
The method and the installation according to the invention use in an original way at least one compressor, commonly available and integral part of a turbine gas, to provide the oxygen necessary for the partial oxidation, as well as the necessary energy preheating the charge.
In the case where the method or the installation according to the invention is used in upstream of a Fischer-Tropsch reactor, it can be interesting, in order to get a better integration process, to relax the effluent from the Fischer-Tropsch through a turbine to recover the power required for a compressor.
Said compressor can then be used to compress the synthesis gas to the pressure necessary for the reaction Fischer-Tropsch synthesis.
This sequence avoids the generation and use of steam water, as well as the treatment of this water. Energy that is not recovered in the turbine can be by sending the effluent of said turbine in an exchanger, in order to supply energy thermal units upstream and / or downstream.
The reactor of the installation according to the invention is also favorite one exchanger reactor to complete the preheating of natural gas by using effluents hot from a turbine or reactor. In the process according to the invention, natural gas preheated and said hot effluents, which contain the oxygen necessary to reaction, are co-currently injected at an appropriate temperature to convert all or part of carbon atoms contained in natural gas into carbon monoxide by reaction with
7 l'oxygène. Par ailleurs, une très forte proportion, de préférence la totalité
des atomes d'hydrogène contenus dans le méthane, est convertie en hydrogène moléculaire.
De manière avantageuse, ledits effluents chauds contiennent également le C02 et l'eau formés dans tout ou partie des zones de combustions (turbines, réacteur de préparation du gaz de synthèse). Le C02 ainsi formé est principalement converti dans les conditions d'oxydation partielle connues de l'homme du métier (référence) via les réactions suivantes :
CH4 + C02 2CO + 2 H2 (R2) CH4 - C + 2 H2 (R3) 2 CO C + C02 (R4) C + H2O t CO + H2 (R5) La réaction de reformage du méthane par le dioxyde de carbone (R2), permet de produire une quantité supplémentaire de gaz de synthèse. Par ailleurs la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone permettent également de réduire, voire éviter, via les réactions R4 (de la droite vers la gauche) et/ou R5, la formation de carbone ou de précurseurs de carbone au moyen des réactions R3 ou R4 (de la gauche vers la droite). La présence d'eau et de C02 dans l'effluent chaud conduit donc globalement à une augmentation du rendement en gaz de synthèse du procédé
selon l'invention.
L'oxygène requis pour l'oxydation partielle est de préférence maintenu en proportion stoechiométrique par rapport au gaz naturel, afin de convertir la totalité du méthane et de l'oxygène. Cet oxygène est en général fourni exclusivement par l'excès d'oxygène issu du compresseur, après post-combustion.
Dans une application particulière du procédé selon l'invention, une version fonctionnant à
l'air ou oxygène dilué par un gaz inerte du compresseur employé dans une turbine à gaz du type GEC LM2500 est très bien adapté au cas de la production de gaz de synthèse en amont d'une 7 oxygen. Moreover, a very high proportion, preferably all atoms of hydrogen contained in the methane, is converted into molecular hydrogen.
Advantageously, said hot effluents also contain C02 and water formed in all or part of the combustion zones (turbines, gas preparation synthesis). The CO2 thus formed is mainly converted under the conditions oxidation partial known to those skilled in the art (reference) via the following reactions :
CH4 + C02 2CO + 2H2 (R2) CH4 - C + 2 H2 (R3) 2 CO C + C02 (R4) C + H2O + CO + H2 (R5) The reforming reaction of methane with carbon dioxide (R2) allows produce an additional amount of synthesis gas. In addition, water vapor and the dioxide of carbon can also reduce or even avoid via R4 reactions (from the right to the left) and / or R5, the formation of carbon or carbon precursors at average of reactions R3 or R4 (from left to right). The presence of water and CO2 in the hot effluent leads therefore overall an increase in the synthesis gas yield of the process according to the invention.
The oxygen required for the partial oxidation is preferably maintained in proportion stoichiometrically relative to natural gas, in order to convert the entire methane and oxygen. This oxygen is usually supplied exclusively by excess of oxygen from the compressor, after post-combustion.
In a particular application of the method according to the invention, a version operating at air or oxygen diluted by an inert gas compressor used in a gas turbine of the type GEC LM2500 is very well adapted to the case of synthesis gas production in upstream of a
8 unité Fischer-Tropsch. Toutefois, d'autres versions du procédé peuvent être envisagées qui fonctionnent avec l'oxygène dilué par un ou des gaz inertes, ou de l'air.
Le schéma de la figure 1 présente un type d'installation selon l'invention pour la production de gaz de synthèse à partir de gaz naturel et d'air ou d'oxygène dilué par un gaz inerte comportant :
Une turbine à gaz comprenant un compresseur axial (2), entraîné par une turbine de puissance (3), et grâce auquel l'air ou l'oxygène dilué par un gaz inerte atmosphérique aspiré via la conduite (1) est comprimé.
Une chambre de combustion complète (4) où le gaz naturel arrivant via la conduite (5), est brûlé
avec l'air ou l'oxygène dilué comprimé.
Une turbine (3) dans laquelle l'air ( ou l'oxygène dilué) chaud et pressurisé
et en ressort (flux 7) après avoir délivré de la puissance à l'arbre (6) entraînant le compresseur axial (2).
Une chambre de combustion additionnelle (9), dans laquelle est admis, via la conduite (8), une quantité de gaz naturel et dans laquelle le flux de gaz (7) est soumis à une post-combustion.
Une conduite (10) permettant d'envoyer le flux chaud issu de la chambre (9) coté calandre du réacteur échangeur (11).
Une conduite (12) permettant d'amener le gaz naturel, dont la majeure partie est utilisée pour la production de gaz de synthèse (flux 13).
Un échangeur de chaleur (14), permettant de réchauffer le flux (13) et de refroidir l'effluent (24) contenant le gaz de synthèse.
Un réfrigérant (25) permettant de condenser l'eau contenue dans l'effluent (24).
Un séparateur (26) permettant de séparer l'eau condensée et de l'éliminer via la conduite (27).
Un moyen de séparation de la charge gazeuse préchauffée en un flux (15) qui est introduit dans la partie supérieure du réacteur (11), et en un flux (16) envoyé directement dans la partie inférieure (17) du réacteur.
Une conduite (18) permettant d'ajouter de la vapeur.
Une conduite (19) amenant le mélange vapeur/gaz naturel dans le réacteur, qui est rapidement préchauffé au moyen du flux de gaz chaud (10) introduit côté calandre.
Une conduite (20) permettant la sortie de l'effluent du réacteur vers un séparateur cyclonique (21) permettant d'éliminer toute les particules solides.
Une turbine (22) dans laquelle est admis l'effluent de l'épurateur cyclonique et permettant de récupérer de l'énergie au moyen du générateur d'électricité (23). 8 Fischer-Tropsch unit. However, other versions of the process may be considered who operate with oxygen diluted with one or more inert gases, or air.
The diagram of FIG. 1 presents a type of installation according to the invention for the production of syngas from natural gas and air or oxygen diluted by an inert gas comprising:
A gas turbine comprising an axial compressor (2) driven by a power turbine (3), and by which air or oxygen diluted by an atmospheric inert gas sucked through the pipe (1) is compressed.
A complete combustion chamber (4) where the natural gas arriving via the driving (5), is burned with air or diluted oxygen compressed.
A turbine (3) in which the air (or diluted oxygen) is hot and pressurized and out of it (stream 7) after delivering power to the shaft (6) driving the compressor axial (2).
An additional combustion chamber (9), in which is admitted, via the driving (8), a quantity of natural gas and in which the gas stream (7) is subjected to a afterburner.
A pipe (10) for sending the hot stream from the chamber (9) side grille of the exchanger reactor (11).
A pipe (12) for bringing natural gas, most of which is used for the production of synthesis gas (stream 13).
A heat exchanger (14) for heating the flow (13) and cool the effluent (24) containing the synthesis gas.
A refrigerant (25) for condensing the water contained in the effluent (24).
A separator (26) for separating the condensed water and removing it via the pipe (27).
A means of separating the preheated gaseous feed into a stream (15) which is introduced in the upper part of the reactor (11), and in a flow (16) sent directly into the bottom part (17) of the reactor.
A pipe (18) for adding steam.
A pipe (19) bringing the steam / natural gas mixture into the reactor, which is quickly preheated by means of the hot gas stream (10) introduced on the shell side.
A pipe (20) allowing the exit of the effluent from the reactor to a cyclonic separator (21) for removing all solid particles.
A turbine (22) in which is admitted the effluent of the cyclonic purifier and allowing recovering energy by means of the electricity generator (23).
9 Une conduite (28) permettant de récupérer le gaz de synthèse.
Le fonctionnement de cette installation peut être décrit de la manière suivante :
De l'air atmosphérique est aspiré via la conduite (1) par le compresseur axial de la turbine à gaz (2), entraîné par une turbine de puissance (intégral HP power turbine) (3). L'air est comprimé et envoyé dans une chambre de combustion complète (4) où le gaz naturel (contenant principalement du méthane), arrivant via la conduite (5), est totalement brûlé
afin de chauffer l'air jusqu'à une température suffisante pour la réaction d'oxydation partielle. L'air chaud et pressurisé passe dans la roue de turbine (3) et en ressort (flux 7) après avoir délivré de la puissance à l'arbre (6) entraînant le compresseur axial (2).
Le flux de gaz sortant (7) est soumis à une post-combustion dans une chambre de combustion additionnelle (9), dans laquelle est admis, via la conduite (8), une quantité
supplémentaire de méthane. Cette post-combustion permet de porter le gaz à
plus haute température. Le flux chaud (10) issu de la chambre (9) est envoyé coté
calandre du réacteur échangeur (11) décrit plus précisément ci-après.
Le gaz naturel est amené via la conduite (12). Ce gaz contient essentiellement du méthane, mais il peut également contenir du CO2 ou des gaz inertes tel que de l'azote.
Le gaz naturel est utilisé en partie en temps que combustible, mais la majeure partie est utilisée pour la production de gaz de synthèse (flux 13). Ce flux est préchauffé dans l'échangeur de chaleur (14), refroidissant ainsi l'effluent (24) contenant le gaz de synthèse.
La charge gazeuse préchauffée est séparée en un flux (15) qui est introduit dans la partie supérieure du réacteur (11), et en un flux (16) qui est envoyé directement dans la partie inférieure (17) du réacteur. On ajoute au flux (15) de la vapeur à une pression appropriée par la conduite (18). Le mélange est alors introduit via la conduite (19), dans la partie supérieure du réacteur (11).
La partie inférieure de chaque tube est légèrement immergée dans la partie supérieure du catalyseur d'oxydation partielle situé en fond de réacteur (zone 17). Le gaz naturel et la vapeur de la charge sont rapidement préchauffés au moyen du flux de gaz chaud (10) introduit côté
calandre, ainsi qu'il a été mentionné auparavant, jusqu'à atteindre la température de reformage.
Ce gaz chaud (10) fourni également de par sa chaleur sensible la chaleur nécessaire à
5 compenser l'endothermicité de la réaction de reformage qui se déroule dans les tubes. Les deux flux issus des tubes et circulant côté calandre sortent approximativement à
une même température, pour être admis dans le lit catalytique d'oxydation partielle, où
se déroule également une réaction de reformage secondaire (ou post-combustion) de l'effluent issu de la zone supérieure de reformage.
La totalité du gaz naturel et de l'oxygène sont consommés lorsque l'effluent quitte la partie inférieure du réacteur par la ligne (20). Ce flux (20) est envoyé vers un épurateur cyclonique permettant d'éliminer toute les particules solides, par exemple les particules de catalyseur éventuellement contenus dans le gaz, puis à la turbine (22) pour récupérer de l'énergie.
L'effluent gazeux délivre une puissance généralement comprise entre 10 et 50 MW, utilisée soit directement par un compresseur connecté à la turbine et non représenté, soit indirectement par le générateur d'électricité (23) de la figure 1.
Le gaz détendu (24) est refroidi avec la charge du réacteur à travers l'échangeur de chaleur (14), déjà mentionné, puis finalement par de l'eau de refroidissement (par exemple à
température ambiante), pour condenser l'excès d'eau issu du reformage et l'eau formée lors de la combustion dans le réfrigérant (25).
L'eau condensée est séparée du gaz de synthèse dans le séparateur (26). L'eau séparée (27) peut être revaporisée et préchauffée pour être ensuite recyclée au reformage.
Le gaz de synthèse contenant du monoxyde de carbone et de l'hydrogène dilués par de l'azote, est délivré à basse pression par la ligne (28).
Tout ou partie, et plus généralement l'essentiel de la puissance nécessaire pour recomprimer ce gaz de synthèse afin de l'utiliser dans une unité Fischer-Tropsch peut être fournie directement ou indirectement par la turbine (22).
Un autre mode de fonctionnement de l'installation selon l'invention consiste à
substituer l'air par de l'oxygène dilué par un gaz inerte.
L'utilisation de turbines à gaz selon le schéma d'intégration présenté figure 1 permet en général d'éviter l'apport extérieur de vapeur d'eau, et de récupérer de l'énergie utilisable pour la compression du gaz de synthèse et/ou dans les différents échangeurs.
L'exemple suivant illustre la présente invention :
1o EXEMPLE :
On considère la production de gaz de synthèse nécessaire pour alimenter une unité
Fischer-Tropsch, d'une capacité d'environ 5 000 barils par jour de distillats moyens (soit environ 800 Nm3 par jour). L'oxygène requis pour l'oxydation partielle est maintenu en proportion stoechiométrique par rapport au gaz naturel, afin de convertir la totalité du méthane et de l'oxygène. Cet oxygène est fourni exclusivement par l'excès d'oxygène issu du compresseur, après post-combustion (environ 16% en volume).
Dans cet exemple, une version fonctionnant à l'air du compresseur employé dans une turbine à gaz du type GEC LM2500 est très bien adapté au cas de la production de gaz de synthèse en amont d'une unité Fischer-Tropsch.
Le schéma de procédé employé est celui décrit figure 1. Le bilan matière est présenté au tableau 1.
De l'air atmosphérique est aspiré à 20 C via la conduite (1) par le compresseur axial de la turbine à gaz (2), entraîné par une turbine de puissance (integral HP power turbine) (3). Le débit d'aspiration est de 237 tonnes par heure (t/h). L'air est comprimé à environ 2 MPa et envoyé
dans une chambre de combustion complète opérée une pression de 2 MPa (4) où 5 t/h de gaz naturel (contenant principalement du méthane), arrivant via la conduite (5), est totalement brulé
afin de chauffer l'air jusqu'à une température de 1200 C. L'air chaud et pressurisé passe dans la roue de turbine (3) et en ressort (flux 7) à une température d'environ 800 C, et une pression de 0,6 MPa, après avoir délivré une puissance d'environ 20 mégaWatt (MW) à
l'arbre (6) entraînant le compresseur axial (2).
Le flux de gaz sortant (7) est soumis à une post-combustion dans une chambre de combustion additionnelle (9), dans laquelle est admis, via la conduite (8), une quantité
supplémentaire de méthane avec un débit de 0,5 t/h. Cette post-combustion permet de porter le gaz à une température d'environ 1100 C et une pression d'environ 0,55 MPa. Le flux chaud (10) issu de la chambre (9) est envoyé coté calandre du réacteur échangeur (11).
41 t/h de gaz naturel sont amenées via la conduite (12) à une pression de 2 MPa. Ce gaz contient essentiellement du méthane, mais il peut également contenir du C02 ou des gaz inertes tel que de l'azote.
6 t/h de ce gaz naturel sont utilisés en temps que combustible, mais la majeure partie (35 t/h) est utilisée pour la production de gaz de synthèse (flux 13). Ce flux est préchauffé à
environ 400 C dans l'échangeur de chaleur (14), refroidissant ainsi l'effluent (24) contenant le gaz de synthèse.
La charge gazeuse préchauffée est séparée en un flux (15) qui est introduit dans la partie supérieure du réacteur (11), et en un flux (16) qui est envoyé directement dans la partie inférieure (17) du réacteur. On ajoute au flux (15) de la vapeur à une pression appropriée (environ 1 MPa) par la conduite (18). Le mélange est alors introduit via la conduite (19) par l'ouverture supérieure des tubes, et est distribué dans la multitude de tubes réactionnels situés dans la partie supérieure du réacteur (11) et remplis chacun avec un catalyseur conventionnel de reformage à la vapeur.
La partie inférieure de chaque tube est légèrement immergée dans la partie supérieure du catalyseur d'oxydation partielle situé en fond de réacteur (zone 17). Le gaz naturel et la vapeur de la charge sont rapidement préchauffés au moyen du flux de gaz chaud (10) introduit côté
calandre, ainsi qu'il a été mentionné auparavant, jusqu'à atteindre la température de reformage, soit environ de 850 C.
Ce gaz chaud (10) fourni également de par sa chaleur sensible la chaleur nécessaire à
compenser l'endothermicité de la réaction de reformage qui se déroule dans les tubes. Les deux flux issus des tubes et circulant côté calandre sortent approximativement à
une même température d'environ 900 C, pour être admis dans le lit catalytique d'oxydation partielle. Dans ce lit se déroule également une réaction de reformage secondaire (ou post-combustion) de l'effluent issu de la zone supérieure de reformage. La pression opératoire de la zone d'oxydation partielle (POX) est d'environ 0,55 MPa et la température d'environ 950 C, en raison de la légère exothermicité enregitrée pour l'ensemble des réactions de cette zone.
La totalité du gaz naturel et de l'oxygène sont consommés lorsque l'effluent quitte la partie inférieure du réacteur par la ligne (20). Ce flux est envoyé vers un séparateur (épurateur) cyclonique (21) permettant d'éliminer toutes les particules solides, par exemple les particules de catalyseur, éventuellement contenues dans le gaz, avant que celui-ci soit envoyé à la turbine (22) pour récupérer de l'énergie.
Approximativement 277 t/h d'effluent gazeux présentant une masse moléculaire moyenne d'environ 20 kg/lanoles sont détendues de 0 ,5 MPa et 950 C à 2 MPa et une température d'environ 500 C en libérant une puissance d'environ 35 MW. Cette puissance est utilisée soit directement par un compresseur connecté à la turbine soit indirectement par le générateur d'électricité (23) de la figure 1.
Le gaz détendu (24) est refroidi avec la charge du réacteur à travers l'échangeur de chaleur (14), déjà mentionné, puis finalement par de l'eau de refroidissement à température ambiante (par exemple), pour condenser l'excès d'eau issu du reformage et l'eau formée lors de la combustion dans le réfrigérant (25).
L'eau condensée est séparée du gaz de synthèse à 30 C et environ 0,15 MPa dans le séparateur (26). L'eau séparée avec un débit d'environ 10 t/h (27) peut être à
nouveau vaporisée et préchauffée pour être ensuite recyclée au reformage.
Le gaz de synthèse diluée par de l'azote est délivré à basse pression (0,15MPa) et 30 C, par la ligne (28), avec un débit d'environ 268 t/h correspondant approximativement à 4200 kmoles/h d'hydrogène et 2300 kmoles/h de monoxyde de carbone. Ce gaz de synthèse présente une masse moléculaire moyenne d'environ 20,5 kg/kmoles.
Environ 35 MW de puissance sont nécessaires pour recomprimer ce gaz de synthèse afin de l'utiliser dans une unité Fischer-Tropsch. Cette puissance peut être fournie directement ou indirectement par la turbine (22).
Cet exemple montre que le procédé selon l'invention permet d'obtenir un gaz de synthèse utilisable en aval dans un procédé de synthèse Fischer-Tropsch . En effet, le gaz de synthèse obtenu présente un rapport H2/CO voisin de 2 (cf. tableau 1) et une faible teneur en C02 et en méthane non converti. Ce gaz de synthèse est obtenu sans séparation de l'oxygène de l'air, ce qui constitue un avantage en terme d'investissements.
Par ailleurs, l'utilisation de turbines à gaz dans l'utilisation selon l'invention permet d'éviter l'apport extérieur de vapeur d'eau et de récupérer de l'énergie utilisable pour la compression du gaz de synthèse et/ou dans les échangeurs.
Table 1 : Bilan matière Composition des flux (lanoles/h) Composé 1 12 5 8 13 7 10 20 27 28 02 1645 - - - - 1021 959 Nil - Nil CH4 - 2531 312 31 2188 - - Nil - Nil (kmoles/h) TOTAL 237 40.5 5 0.5 35 242 242.5 277.5 10 267.5 (T/h) 9 A pipe (28) for recovering the synthesis gas.
The operation of this installation can be described in the manner next :
Atmospheric air is sucked via the pipe (1) by the axial compressor of the turbine gas (2), driven by a power turbine (integral HP power turbine) (3). The air is compressed and sent to a complete combustion chamber (4) where the gas natural (containing mainly methane), arriving via the pipe (5), is totally burned in order to heat air to a temperature sufficient for the oxidation reaction partial. Hot air and pressurized passes into and out of the turbine wheel (3) (flow 7) after have issued the power to the shaft (6) driving the axial compressor (2).
The outgoing gas stream (7) is post-combusted in a chamber of additional combustion (9), in which is admitted, via the pipe (8), an amount additional methane. This afterburner makes it possible to carry the gas to higher temperature. The hot flow (10) from the chamber (9) is sent on the side reactor grille exchanger (11) described more precisely below.
The natural gas is fed via the pipe (12). This gas contains essentially of methane, but it may also contain CO2 or inert gases such as nitrogen.
Natural gas is used partly as fuel, but most part is used for the production of syngas (stream 13). This flow is preheated in the exchanger of heat (14), thereby cooling the effluent (24) containing the synthesis.
The preheated gaseous charge is separated into a stream (15) which is introduced in the game reactor (11), and a flow (16) which is fed directly in the lower part (17) of the reactor. Steam is added to the stream (15) at a pressure appropriate by driving (18). The mixture is then introduced via the pipe (19), in the part superior of the reactor (11).
The lower part of each tube is slightly immersed in the part superior of the partial oxidation catalyst located at the bottom of the reactor (zone 17). The gas natural and steam the charge is rapidly preheated by means of the hot gas flow (10) introduced side grille, as previously mentioned, until reaching the reforming temperature.
This hot gas (10) also provided by its heat sensitive heat necessary to 5 compensate for the endothermicity of the reforming reaction that takes place in the tubes. Both flows from the tubes and circulating on the shell side come out approximately one same temperature, to be admitted into the partial oxidation catalytic bed, where also takes place a secondary reforming reaction (or post-combustion) of the effluent of the area top of reforming.
All natural gas and oxygen are consumed when the effluent leave her lower part of the reactor by line (20). This stream (20) is sent to a purifier cyclone to eliminate all solid particles, for example particles of catalyst possibly contained in the gas, then to the turbine (22) for recover energy.
The gaseous effluent delivers a power generally of between 10 and 50 MW
used either directly by a compressor connected to the turbine and not represented, either indirectly by the electricity generator (23) of Figure 1.
The expanded gas (24) is cooled with the reactor charge through the exchanger of heat (14), already mentioned, then finally by cooling water (for example, room temperature), to condense the excess water from reforming and the water formed during the combustion in the refrigerant (25).
The condensed water is separated from the synthesis gas in the separator (26). The water separated (27) can be revaporized and preheated for subsequent recycling to reforming.
Synthesis gas containing diluted carbon monoxide and hydrogen by nitrogen, is delivered at low pressure by the line (28).
All or part, and more generally most of the necessary power for recompress this synthesis gas for use in a Fischer-Tropsch can be supplied directly or indirectly by the turbine (22).
Another mode of operation of the installation according to the invention consists of substitute air with oxygen diluted with an inert gas.
The use of gas turbines according to the integration scheme presented 1 allows in to avoid the external influx of water vapor, and to recover from the usable energy for the compression of the synthesis gas and / or in the different exchangers.
The following example illustrates the present invention:
1o EXAMPLE:
We consider the production of synthesis gas necessary to supply a unit Fischer-Tropsch, with a capacity of about 5,000 barrels per day of distillates means (approximately 800 Nm3 per day). The oxygen required for the partial oxidation is maintained in proportion stoichiometrically relative to natural gas, in order to convert the entire methane and oxygen. This oxygen is provided exclusively by the excess oxygen from the compressor, after post-combustion (about 16% by volume).
In this example, an air-operated version of the compressor used in a gas turbine type GEC LM2500 is very well suited to the case of production of gas synthesis upstream of a Fischer-Tropsch unit.
The process diagram used is that described in Figure 1. The material balance is presented to table 1.
Atmospheric air is sucked at 20 C via line (1) through the axial compressor of the gas turbine (2) driven by a power turbine (integral HP power turbine) (3). The flow suction is 237 tons per hour (t / h). The air is compressed to about 2 MPa and sent in a complete combustion chamber operated a pressure of 2 MPa (4) where 5 t / h of gas natural (mainly containing methane), arriving via the pipe (5), is totally burned to heat the air up to a temperature of 1200 C. The hot air and pressurized passes in the turbine wheel (3) and spring (flow 7) at a temperature of about 800 C, and a pressure of 0.6 MPa, after delivering a power of approximately 20 megawatts (MW) the shaft (6) causing the axial compressor (2).
The outgoing gas stream (7) is post-combusted in a chamber of additional combustion (9), in which is admitted, via the pipe (8), an amount additional methane with a flow rate of 0.5 t / h. This post-combustion allows to wear the gas at a temperature of about 1100 C and a pressure of about 0.55 MPa. The hot flow (10) from the chamber (9) is sent on the shell side of the exchanger reactor (11).
41 t / h of natural gas are fed via line (12) at a pressure of 2 MPa. This gas contains mostly methane, but it can also contain C02 or inert gases such as nitrogen.
6 t / h of this natural gas are used as fuel, but the major part (35 t / h) is used for the production of syngas (stream 13). This flow is preheated to about 400 C in the heat exchanger (14), thus cooling the effluent (24) containing the synthesis gas.
The preheated gaseous charge is separated into a stream (15) which is introduced in the game reactor (11), and a flow (16) which is fed directly in the lower part (17) of the reactor. Steam is added to the stream (15) at a pressure appropriate (about 1 MPa) by the pipe (18). The mixture is then introduced via line (19) through the upper opening tubes, and is distributed in the multitude of reaction tubes located at the top of the reactor (11) and each filled with a conventional catalyst of steam reforming.
The lower part of each tube is slightly immersed in the part superior of the partial oxidation catalyst located at the bottom of the reactor (zone 17). The gas natural and steam the charge is rapidly preheated by means of the hot gas flow (10) introduced side grille, as previously mentioned, until reaching the reforming temperature, about 850 C.
This hot gas (10) also provided by its heat sensitive heat necessary to offset the endothermicity of the reforming reaction that takes place in the tubes. Both flows from the tubes and circulating on the shell side come out approximately one same temperature of about 900 C, to be admitted in the catalytic bed partial oxidation. In this bed also takes place a secondary reforming reaction (or post-combustion) the effluent from the upper reforming zone. The operating pressure of the oxidation zone (POX) is about 0.55 MPa and the temperature about 950 C, because of the slight registered exothermicity for all reactions in this area.
All natural gas and oxygen are consumed when the effluent leave her lower part of the reactor by line (20). This stream is sent to a separator (purifier) cyclone (21) for removing all solid particles, by example the particles of catalyst, possibly contained in the gas, before it is sent to the turbine (22) to recover energy.
Approximately 277 t / h of gaseous effluent with a molecular weight average about 20 kg / lanol are relaxed from 0.5 MPa and 950 C to 2 MPa and temperature about 500 C by releasing a power of about 35 MW. This power is used either directly by a compressor connected to the turbine either indirectly through the generator of electricity (23) of FIG.
The expanded gas (24) is cooled with the reactor charge through the exchanger of heat (14), already mentioned, then finally by cooling water at temperature (for example) to condense excess water from reforming and the water formed during combustion in the refrigerant (25).
The condensed water is separated from the synthesis gas at 30 C and about 0.15 MPa in the separator (26). Separate water with a flow rate of about 10 t / h (27) may be new vaporized and preheated to then be recycled to reforming.
The synthesis gas diluted with nitrogen is delivered at low pressure (0.15 MPa) and 30 C, by the line (28), with a flow rate of about 268 t / h corresponding approximately to 4200 kmol / h of hydrogen and 2300 kmol / h of carbon monoxide. This gas present synthesis an average molecular weight of about 20.5 kg / kmol.
Approximately 35 MW of power is needed to recompress this gas from synthesis so to use it in a Fischer-Tropsch unit. This power can be provided directly or indirectly by the turbine (22).
This example shows that the process according to the invention makes it possible to obtain a gas of synthesis can be used downstream in a Fischer-Tropsch synthesis process. Indeed, the synthesis gas obtained has an H2 / CO ratio close to 2 (see Table 1) and a low C02 content and unconverted methane. This synthesis gas is obtained without separation of oxygen from the air, which is an advantage in terms of investments.
Moreover, the use of gas turbines in the use according to the invention allows to avoid external input of water vapor and to recover energy usable for the compression of the synthesis gas and / or in the exchangers.
Table 1: Material balance Flow composition (lanoles / h) Compound 1 12 5 8 13 7 10 20 27 28 02 1645 - - - - 1021 959 Nil - Nil CH4 - 2531 312 31 2188 - - Nile - Nile (Kmol / h) TOTAL 237 40.5 5 0.5 35 242 242.5 277.5 10 267.5 (T / h)
Claims (16)
une turbine à gaz comprenant un compresseur axial (2) entraîné par une turbine de puissance (3) et grâce auquel l'air ou oxygène dilué par un gaz inerte atmosphérique aspiré via la conduite (1) est comprimé, une chambre de combustion complète (4) où le gaz naturel arrivant via la conduite (5) est brûlé avec l'air ou oxygène dilué par un gaz inerte comprimé, une turbine (3) dans laquelle l'air ou oxygène dilué par un gaz inerte chaud et pressurisé et en ressort (flux 7) après avoir délivré de la puissance à l'arbre (6) entraînant le compresseur axial (2), une chambre de combustion additionnelle (9) dans laquelle est admis via la conduite (8) une quantité de gaz naturel et dans laquelle le flux de gaz (7) est soumis à
une post-combustion, une conduite (10) permettant d'envoyer le flux chaud issu de la chambre (9) coté
calandre du réacteur échangeur (11), une conduite (12) permettant d'amener le gaz naturel dont la majeure partie est utilisée pour la production de gaz de synthèse (flux 13), un échangeur de chaleur (14) permettant de réchauffer le flux (13) et de refroidir l'effluent (24) contenant le gaz de synthèse, un réfrigérant (25) permettant de condenser l'eau contenue dans l'effluent (24), un séparateur (26) permettant de séparer l'eau condensée et de l'éliminer via la conduite (27), un moyen de séparation de la charge gazeuse préchauffée en un flux (15) qui est introduit dans la partie supérieure du réacteur (11) et en un flux (16) envoyé directement dans la partie inférieure (17) du réacteur, une conduite (18) permettant d'ajouter de la vapeur, une conduite (19) amenant le mélange vapeur/gaz naturel dans le réacteur qui est rapidement préchauffé au moyen du flux de gaz chaud (10) introduit côté calandre, une conduite (20) permettant la sortie de l'effluent du réacteur vers un séparateur cyclonique (21) permettant d'éliminer toute les particules solides, une turbine (22) dans laquelle est admis l'effluent de l'épurateur cyclonique et permettant de récupérer de l'énergie au moyen du générateur d'électricité (23), une conduite (28) permettant de récupérer le gaz de synthèse. 12. Installation for the production of syngas from natural gas and air or of oxygen diluted with an inert gas comprising:
a gas turbine comprising an axial compressor (2) driven by a turbine power (3) and thanks to which air or oxygen diluted by an atmospheric inert gas sucked through the pipe (1) is compressed, a complete combustion chamber (4) where the gas natural arriving via the pipe (5) is burned with air or oxygen diluted with an inert gas tablet, one turbine (3) in which the air or oxygen diluted by a hot inert gas and pressurized and in spring (stream 7) after delivering power to the driving shaft (6) the axial compressor (2), an additional combustion chamber (9) into which is admitted via driving (8) a quantity of natural gas and in which the flow of gas (7) is subjected to a post combustion, a pipe (10) for sending the hot stream from the room (9) listed shell of the exchanger reactor (11), a pipe (12) making it possible to bring the natural gas most of which is used for synthesis gas production (stream 13), a heat exchanger (14) for heating the flow (13) and cool the effluent (24) containing the synthesis gas, a condenser (25) for condensing the water contained in the effluent (24), a separator (26) for separating the condensed water and to eliminate it via the pipe (27), a means for separating the gaseous feedstock preheated into a flow (15) which is introduced into the upper part of the reactor (11) and into a stream (16) sent directly in the lower part (17) of the reactor, a pipe (18) allowing to add steam, a pipe (19) bringing the steam / natural gas mixture into the reactor which is quickly preheated by means of the hot gas stream (10) introduced on the shell side, a driving (20) allowing the exit of the effluent from the reactor to a cyclonic separator (21) allowing to eliminate all the solid particles, a turbine (22) in which is admitted the effluent from the cyclonic scrubber and recovering energy by means of the generator of electricity (23), a pipe (28) for recovering the gas of synthesis.
l'air atmosphérique est aspiré via la conduite (1) par le compresseur axial de la turbine à gaz (2), entraîné par une turbine de puissance (3), l'air est comprimé et envoyé
dans une chambre de combustion complète (4) où le gaz naturel (5) est totalement brûlé, l'air chaud et pressurisé
passe dans la roue de turbine (3) et en ressort (flux 7) après avoir délivré
de la puissance à
l'arbre (6) entraînant le compresseur axial (2), le flux de gaz sortant (7) est soumis à une post-combustion dans une chambre de combustion additionnelle (9) dans laquelle est admis via la conduite (8) une quantité supplémentaire de méthane, le flux chaud (10) issu de la chambre (9) est envoyé coté calandre du réacteur échangeur (11), le gaz naturel est amené via la conduite (12), le flux (13) est préchauffé dans l'échangeur de chaleur (14) refroidissant ainsi l'effluent (24) contenant le gaz de synthèse, la majeure partie du gaz naturel est utilisée pour la production de gaz de synthèse (13), la charge gazeuse préchauffée est séparée en un flux (15) introduit dans la partie supérieure du réacteur (11) et un flux (16) envoyé dans la partie inférieure (17) du réacteur, on ajoute au flux (15) de la vapeur par la conduite (18), le mélange est introduit via la conduite (19) dans la partie supérieure du réacteur (11), le gaz naturel et la vapeur de la charge sont préchauffés au moyen du flux de gaz chaud (10) introduit côté
calandre, la totalité du gaz naturel et de l'oxygène sont consommés lorsque l'effluent quitte la partie inférieure du réacteur par la ligne (20), le flux (20) est envoyé vers un épurateur cyclonique permettant d'éliminer toute les particules solides puis à la turbine (22) pour récupérer de l'énergie, l'effluent gazeux délivre une puissance utilisée par le générateur d'électricité (23), le gaz détendu (24) est refroidi avec la charge du réacteur à travers l'échangeur de chaleur (14) puis le réfrigérant (25), l'eau condensée est séparée du gaz de synthèse dans le séparateur (26) et sort par la conduite (27), le gaz de synthèse est délivré par la ligne (28). 15. Process for the production of syngas from natural gas and air or dilute oxygen for an inert gas comprising the steps of:
the atmospheric air is sucked via the pipe (1) by the axial compressor of the gas turbine (2), driven by a power turbine (3), the air is compressed and sent in a room complete combustion (4) where the natural gas (5) is completely burned, the air hot and pressurized passes into the turbine wheel (3) and leaves it (flow 7) after having delivered power to the shaft (6) driving the axial compressor (2), the outgoing gas flow (7) is subject to a post-combustion in an additional combustion chamber (9) in which is admitted via the (8) an additional quantity of methane, the hot stream (10) from the room (9) is sent side shell of the exchanger reactor (11), the natural gas is brought via the pipe (12), the stream (13) is preheated in the heat exchanger (14) cooling as well the effluent (24) containing the synthesis gas, most of the natural gas is used to the production of synthesis gas (13), the preheated gaseous charge is separated into one stream (15) introduced into the upper part of the reactor (11) and a flow (16) sent in the part lower part (17) of the reactor, steam (15) is added to the stream (15).
pipe (18), the mixture is introduced via the pipe (19) into the upper part of the reactor (11), natural gas and Steam from the charge are preheated by means of the hot gas flow (10) introduced side calender, all of the natural gas and oxygen are consumed when the effluent leaves the lower part of the reactor via the line (20), the flow (20) is sent to a purifier cyclone to remove all solid particles and then to the turbine (22) for recovering energy, the gaseous effluent delivers a power used by the generator electricity (23), the expanded gas (24) is cooled with the charge of the reactor through the heat exchanger (14) and then the refrigerant (25), the condensed water is separated from the gas synthesis in the separator (26) and exits via the pipe (27), the gas of synthesis is issued by the line (28).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9910000A FR2796932B1 (en) | 1999-07-29 | 1999-07-29 | INSTALLATION AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF SYNTHETIC GAS COMPRISING AT LEAST ONE GAS TURBINE |
| FR9910000 | 1999-07-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA2316730A1 CA2316730A1 (en) | 2001-01-29 |
| CA2316730C true CA2316730C (en) | 2010-09-21 |
Family
ID=9548776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA2316730A Expired - Fee Related CA2316730C (en) | 1999-07-29 | 2000-07-28 | Installation and process for the production of synthetic gas including at least one gas turbine |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA2316730C (en) |
| FR (1) | FR2796932B1 (en) |
| NL (1) | NL1015837C2 (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7811446B2 (en) | 2007-12-21 | 2010-10-12 | Uop Llc | Method of recovering energy from a fluid catalytic cracking unit for overall carbon dioxide reduction |
| US7699975B2 (en) | 2007-12-21 | 2010-04-20 | Uop Llc | Method and system of heating a fluid catalytic cracking unit for overall CO2 reduction |
| US7767075B2 (en) | 2007-12-21 | 2010-08-03 | Uop Llc | System and method of producing heat in a fluid catalytic cracking unit |
| US7932204B2 (en) | 2007-12-21 | 2011-04-26 | Uop Llc | Method of regenerating catalyst in a fluidized catalytic cracking unit |
| US7699974B2 (en) | 2007-12-21 | 2010-04-20 | Uop Llc | Method and system of heating a fluid catalytic cracking unit having a regenerator and a reactor |
| US7935245B2 (en) | 2007-12-21 | 2011-05-03 | Uop Llc | System and method of increasing synthesis gas yield in a fluid catalytic cracking unit |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4132065A (en) * | 1977-03-28 | 1979-01-02 | Texaco Inc. | Production of H2 and co-containing gas stream and power |
| US5112527A (en) * | 1991-04-02 | 1992-05-12 | Amoco Corporation | Process for converting natural gas to synthesis gas |
| US5861441A (en) * | 1996-02-13 | 1999-01-19 | Marathon Oil Company | Combusting a hydrocarbon gas to produce a reformed gas |
| BR9709857A (en) * | 1996-06-21 | 2002-05-21 | Syntroleum Corp | Synthesis gas production process and system |
-
1999
- 1999-07-29 FR FR9910000A patent/FR2796932B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-07-28 NL NL1015837A patent/NL1015837C2/en not_active IP Right Cessation
- 2000-07-28 CA CA2316730A patent/CA2316730C/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2316730A1 (en) | 2001-01-29 |
| FR2796932B1 (en) | 2002-05-31 |
| FR2796932A1 (en) | 2001-02-02 |
| NL1015837A1 (en) | 2001-01-30 |
| NL1015837C2 (en) | 2002-08-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1890961B1 (en) | Method for simultaneously producing hydrogen and carbon monoxide | |
| US6277338B1 (en) | System for converting light hydrocarbons to heavier hydrocarbons with separation of water into oxygen and hydrogen | |
| FR2805531A1 (en) | PROCESS FOR THE PRODUCTION OF HYDROGEN BY PARTIAL OXIDATION OF HYDROCARBONS | |
| WO2010109107A1 (en) | Method and equipment for producing hydrogen, using a thermokinetic compressor | |
| US6534551B2 (en) | Process and apparatus for the production of synthesis gas | |
| FR2825995A1 (en) | An installation for the production of synthesis gas comprises a vapor reforming reactor and a carbon dioxide conversion reactor, each heated by a hot gas current | |
| CA2565936A1 (en) | Process for producing synthetic gas from carbonaceous material and electricity | |
| US6669744B2 (en) | Process and apparatus for the production of synthesis gas | |
| WO2022229838A1 (en) | Process for producing hydrogen from a hydrocarbon feedstock | |
| EP4357003A1 (en) | Method and apparatus for separating a mixture of hydrogen and carbon dioxide | |
| AU714133B2 (en) | Turbine-powered, Fischer-Tropsch system and method | |
| CA2316730C (en) | Installation and process for the production of synthetic gas including at least one gas turbine | |
| CA2513212C (en) | Improved configuration and process for shift conversion | |
| FR3079844A1 (en) | Integrated liquefaction infrastructure for coal, oil or biomass with reduced carbon dioxide production and improved carbon efficiency and thermal efficiency | |
| EP1575698B1 (en) | Method for generation of a synthesis gas mixture co/h sb 2 /sb under pressure by catalytic partial oxidation with minimisation of the formation of soot | |
| BE1013378A6 (en) | Method and device of gas self summary by partial oxidation. | |
| EP0318342B1 (en) | Process for reforming impure methanol and device for its application | |
| EP1097903B1 (en) | Process and apparatus for the production of pure hydrogen starting from a gas containing helium | |
| FR2823192A1 (en) | Partial catalytic oxidation of hydrocarbons for the production of synthesis gas with a low hydrogen / carbon monoxide ratio, by the use of an oxygenated gas and an auxiliary gas | |
| EP4182421A1 (en) | Device and method for hybrid production of synthetic dihydrogen and/or synthetic methane | |
| BE474683A (en) | ||
| BE893686A (en) | Conversion of coal to methanol, coke and liq. hydrocarbon(s) - by integration of hydropyrolysis, steam reforming and methanol synthesis | |
| BE672826A (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EEER | Examination request | ||
| MKLA | Lapsed |
Effective date: 20160728 |