CA3154398A1 - Methode et systeme pour la production de gaz de synthese par une oxyflamme a partir de diverses sources de carbone et d'hydrogene - Google Patents
Methode et systeme pour la production de gaz de synthese par une oxyflamme a partir de diverses sources de carbone et d'hydrogeneInfo
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Abstract
Méthode pour produire un gaz de synthèse comprenant du CO et H2 comprenant: injection d'un flux oxydant comprenant 02 et d'un premier flux réducteur comprenant H2 dans une première zone d'un réacteur, où le flux oxydant et/ou le premier flux réducteur comprend du CO2; génération d'une oxy-flamme dans la première zone par réaction entre 02 et H2, et production d'un premier gaz comprenant du CO et H20õpeur par mise en contact du flux oxydant et du premier flux réducteur avec l'oxy-flamme; injection dans une deuxième zone du réacteur en aval de la première zone d'un deuxième flux réducteur comprenant H2 et/ou une source de carbone comprenant un hydrocarbure, la source de carbone lorsque présente étant éventuellement injectée avec H2Ovapeur, génération d'un second gaz comprenant le gaz de synthèse, dans la deuxième zone du réacteur, à partir du premier gaz issu de la première zone et du deuxième flux réducteur.
Description
MÉTHODE ET SYSTEME POUR LA PRODUCTION DE GAZ DE SYNTHESE PAR
UNE OXYFLAMME A PARTIR DE DIVERSES SOURCES DE CARBONE ET
D'HYDROGENE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente demande se rapporte à une méthode et un système pour produire un gaz de synthèse comprenant du monoxyde de carbone (CO) et de l'hydrogène (H2) à
partir de diverses sources de carbone et d'hydrogène (H2). Plus particulièrement, la méthode de production du gaz de synthèse utilise au moins une première source de carbone qui est du CO2.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
La lutte contre les changements climatiques va devoir impliquer, entre autres, une diminution substantielle des émissions de Gaz à Effet de Serre (GES), notamment celles de CO2 et méthane. A l'heure actuelle, des efforts considérables sont réalisés pour minimiser la consommation de ressources fossiles en tant que source d'énergie et aussi en tant qu'ingrédient de base pour plusieurs synthèses chimiques. Pour la fabrication de produits contenant du carbone dans leur composition atomique, l'utilisation du CO2 comme réactif de base pour fournir la source de carbone est une solution prometteuse. Le CO2 se retrouve dans l'air ambiant, mais aussi dans les rejets atmosphériques issus de procédés industriels émetteurs de CO2 (ex : cimenterie, aluminerie, aciérie, etc.). Le procédé de capture de CO2 de l'air ambiant, provenant de sources biogéniques, ou rejeté
par des procédés industriels pour le recycler pour une utilisation ultérieure est aussi connu sous le nom Carbone Capture Utilization (CCU). Le CO2 ainsi capté peut être utilisé en tant que source de carbone pour la production d'un large spectre de produits que l'on peut considérer comme étant carboneutres, i.e., dont le cycle de production et d'utilisation n'implique pratiquement pas d'émission nette de GES, lorsque le CO2 provient de sources biogéniques ou de l'air ambiant. Il est ainsi possible de produire des carburants synthétiques carboneutres qui peuvent être utilisés dans les infrastructures existantes.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07 Il y a plusieurs moyens d'utiliser du CO2 en tant que réactif de base pour fournir du carbone.
Le moyen le plus pratique consiste à transformer le CO2 en monoxyde de carbone (CO) selon la réaction (A) appelée Reverse Water Gas Shift ou RWGS.
(A) CO2 + H2 CO + H20 (vapeur) En faisant réagir du CO2 avec un excès d'hydrogène (H2), on peut produire des mélanges à base d'hydrogène et de CO. De tels mélanges sont appelés gaz de synthèse)>
ou syngas en anglais. Ces gaz de synthèse peuvent également contenir un peu de résiduel.
Pour réaliser la réaction du RWGS (A), on a généralement recours à des réacteurs à lits catalytiques. Or, l'usage de catalyseurs conventionnels pour réaliser la réaction (A) ne permet pas d'obtenir des taux de conversion élevés.
Une autre méthode pour la production du gaz de synthèse réside dans la présence d'une oxy-flamme générée à l'aide de deux flux, l'un oxydant et comprenant de l'oxygène et l'autre réducteur et comprenant un excès d'hydrogène, et en présence d'une source de carbone. L'oxy-flamme génère de la chaleur et de la vapeur d'eau suivant la réaction (B).
(B) H2 + 1/2 02 => H20 (vapeur) + CHALEUR
Les sources de carbone qui peuvent être utilisées pour produire le gaz de synthèse en présence de l'oxy-flamme peuvent être du CO2, des molécules issues de la biomasse qui contiennent des atomes de carbone, d'oxygène et d'hydrogène, ou des hydrocarbures contenant du carbone et de l'hydrogène mais pas d'oxygène tel que le méthane par exemple. La source de carbone est injectée en amont de l'oxy-flamme avant le début de la zone de réaction. Lorsque la source de carbone est du CO2, la réaction (A) du RWGS
mentionnée ci-dessus se produit.
La vapeur d'eau générée par l'oxy-flamme suivant la réaction (B) et également par la réaction du RWGS, peut être considérée comme une perte d'hydrogène et avoir un impact sur les coûts d'opération. Une méthode qui puisse prendre avantage de cette vapeur d'eau générée, en la mettant à contribution pour produire un gaz de synthèse, serait souhaitable.
UNE OXYFLAMME A PARTIR DE DIVERSES SOURCES DE CARBONE ET
D'HYDROGENE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente demande se rapporte à une méthode et un système pour produire un gaz de synthèse comprenant du monoxyde de carbone (CO) et de l'hydrogène (H2) à
partir de diverses sources de carbone et d'hydrogène (H2). Plus particulièrement, la méthode de production du gaz de synthèse utilise au moins une première source de carbone qui est du CO2.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
La lutte contre les changements climatiques va devoir impliquer, entre autres, une diminution substantielle des émissions de Gaz à Effet de Serre (GES), notamment celles de CO2 et méthane. A l'heure actuelle, des efforts considérables sont réalisés pour minimiser la consommation de ressources fossiles en tant que source d'énergie et aussi en tant qu'ingrédient de base pour plusieurs synthèses chimiques. Pour la fabrication de produits contenant du carbone dans leur composition atomique, l'utilisation du CO2 comme réactif de base pour fournir la source de carbone est une solution prometteuse. Le CO2 se retrouve dans l'air ambiant, mais aussi dans les rejets atmosphériques issus de procédés industriels émetteurs de CO2 (ex : cimenterie, aluminerie, aciérie, etc.). Le procédé de capture de CO2 de l'air ambiant, provenant de sources biogéniques, ou rejeté
par des procédés industriels pour le recycler pour une utilisation ultérieure est aussi connu sous le nom Carbone Capture Utilization (CCU). Le CO2 ainsi capté peut être utilisé en tant que source de carbone pour la production d'un large spectre de produits que l'on peut considérer comme étant carboneutres, i.e., dont le cycle de production et d'utilisation n'implique pratiquement pas d'émission nette de GES, lorsque le CO2 provient de sources biogéniques ou de l'air ambiant. Il est ainsi possible de produire des carburants synthétiques carboneutres qui peuvent être utilisés dans les infrastructures existantes.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07 Il y a plusieurs moyens d'utiliser du CO2 en tant que réactif de base pour fournir du carbone.
Le moyen le plus pratique consiste à transformer le CO2 en monoxyde de carbone (CO) selon la réaction (A) appelée Reverse Water Gas Shift ou RWGS.
(A) CO2 + H2 CO + H20 (vapeur) En faisant réagir du CO2 avec un excès d'hydrogène (H2), on peut produire des mélanges à base d'hydrogène et de CO. De tels mélanges sont appelés gaz de synthèse)>
ou syngas en anglais. Ces gaz de synthèse peuvent également contenir un peu de résiduel.
Pour réaliser la réaction du RWGS (A), on a généralement recours à des réacteurs à lits catalytiques. Or, l'usage de catalyseurs conventionnels pour réaliser la réaction (A) ne permet pas d'obtenir des taux de conversion élevés.
Une autre méthode pour la production du gaz de synthèse réside dans la présence d'une oxy-flamme générée à l'aide de deux flux, l'un oxydant et comprenant de l'oxygène et l'autre réducteur et comprenant un excès d'hydrogène, et en présence d'une source de carbone. L'oxy-flamme génère de la chaleur et de la vapeur d'eau suivant la réaction (B).
(B) H2 + 1/2 02 => H20 (vapeur) + CHALEUR
Les sources de carbone qui peuvent être utilisées pour produire le gaz de synthèse en présence de l'oxy-flamme peuvent être du CO2, des molécules issues de la biomasse qui contiennent des atomes de carbone, d'oxygène et d'hydrogène, ou des hydrocarbures contenant du carbone et de l'hydrogène mais pas d'oxygène tel que le méthane par exemple. La source de carbone est injectée en amont de l'oxy-flamme avant le début de la zone de réaction. Lorsque la source de carbone est du CO2, la réaction (A) du RWGS
mentionnée ci-dessus se produit.
La vapeur d'eau générée par l'oxy-flamme suivant la réaction (B) et également par la réaction du RWGS, peut être considérée comme une perte d'hydrogène et avoir un impact sur les coûts d'opération. Une méthode qui puisse prendre avantage de cette vapeur d'eau générée, en la mettant à contribution pour produire un gaz de synthèse, serait souhaitable.
2 Date Reçue/Date Received 2022-04-07 SOMMAIRE
Selon un premier aspect, la présente technologie concerne une méthode de production de gaz de synthèse comprenant du monoxyde de carbone (CO) et de l'hydrogène (H2), la méthode comprenant :
injection d'un flux oxydant comprenant de l'oxygène (02) et d'un premier flux réducteur comprenant de l'hydrogène dans au moins une première zone d'au moins un réacteur, où le flux oxydant et/ou le premier flux réducteur comprend en outre une première source de carbone qui est du CO2;
génération d'une oxy-flamme dans la première zone par réaction entre l'oxygène du flux oxydant et l'hydrogène du premier flux réducteur, et production d'un premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20) par mise en contact du flux oxydant et du premier flux réducteur avec l'oxy-flamme;
injection dans au moins une deuxième zone du réacteur en aval de la première zone d'un deuxième flux réducteur comprenant de l'hydrogène et/ou une deuxième source de carbone comprenant au moins un hydrocarbure, la deuxième source carbone lorsque présente dans le deuxième flux réducteur étant éventuellement injectée avec de la vapeur d'eau;
génération d'un second gaz comprenant le gaz de synthèse, dans la deuxième zone du réacteur, à partir du premier gaz issu de la première zone et du deuxième flux réducteur.
Selon une réalisation, la production du premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20), dans la première zone, est réalisée à une température d'au moins 1000 C et d'au plus 2400 C.
Selon une autre réalisation, la production du premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20), dans la première zone, est réalisée à une température comprise entre environ 1000 C et environ 1900 C.
Selon une autre réalisation, la génération du gaz de synthèse, dans la deuxième zone, est réalisée à une température d'au moins 700 C et d'au plus 1500 C.
Selon un premier aspect, la présente technologie concerne une méthode de production de gaz de synthèse comprenant du monoxyde de carbone (CO) et de l'hydrogène (H2), la méthode comprenant :
injection d'un flux oxydant comprenant de l'oxygène (02) et d'un premier flux réducteur comprenant de l'hydrogène dans au moins une première zone d'au moins un réacteur, où le flux oxydant et/ou le premier flux réducteur comprend en outre une première source de carbone qui est du CO2;
génération d'une oxy-flamme dans la première zone par réaction entre l'oxygène du flux oxydant et l'hydrogène du premier flux réducteur, et production d'un premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20) par mise en contact du flux oxydant et du premier flux réducteur avec l'oxy-flamme;
injection dans au moins une deuxième zone du réacteur en aval de la première zone d'un deuxième flux réducteur comprenant de l'hydrogène et/ou une deuxième source de carbone comprenant au moins un hydrocarbure, la deuxième source carbone lorsque présente dans le deuxième flux réducteur étant éventuellement injectée avec de la vapeur d'eau;
génération d'un second gaz comprenant le gaz de synthèse, dans la deuxième zone du réacteur, à partir du premier gaz issu de la première zone et du deuxième flux réducteur.
Selon une réalisation, la production du premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20), dans la première zone, est réalisée à une température d'au moins 1000 C et d'au plus 2400 C.
Selon une autre réalisation, la production du premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20), dans la première zone, est réalisée à une température comprise entre environ 1000 C et environ 1900 C.
Selon une autre réalisation, la génération du gaz de synthèse, dans la deuxième zone, est réalisée à une température d'au moins 700 C et d'au plus 1500 C.
3 Date Reçue/Date Received 2022-04-07 Selon une autre réalisation, la génération du gaz de synthèse, dans la deuxième zone, est réalisée à une température comprise entre environ 700 C et environ 1000 C.
Selon une autre réalisation, la génération du gaz de synthèse, dans la deuxième zone, est réalisée à une température inférieure à une température dans la première zone.
.. Selon une autre réalisation, le flux oxydant est injecté dans une partie inférieure et centrale de la première zone et le premier flux réducteur est injecté dans la partie inférieure de la première zone en périphérie du flux oxydant.
Selon une autre réalisation, le second gaz généré dans la deuxième zone comprend le gaz de synthèse et du CO2 résiduel et la méthode comprend en outre un recyclage d'une partie du second gaz dans la première zone.
Selon une autre réalisation, la partie du second gaz est recyclée dans le premier flux réducteur.
Selon une autre réalisation, la méthode comprend en outre un refroidissement de la partie du second gaz à recycler, avant le recyclage.
.. Selon une autre réalisation, la méthode est réalisée dans une pluralité de réacteurs en parallèle, chaque réacteur possédant la première zone où sont injectés le flux oxydant et le premier flux réducteur et où est produit le premier gaz, et la seconde zone où est injecté
le deuxième flux réducteur et où est généré le second gaz.
Selon une autre réalisation, le réacteur comprend une pluralité de premières zones et une seconde zone commune, et dans laquelle :
le flux oxydant et le premier flux réducteur sont injectés dans chaque première zone de la pluralité de premières zones et le premier gaz est produit dans chaque première zone, le deuxième flux réducteur est injecté dans la deuxième zone commune qui reçoit le premier gaz produit dans chaque première zone et le second gaz est généré dans la deuxième zone commune.
Selon une autre réalisation, la génération du gaz de synthèse, dans la deuxième zone, est réalisée à une température inférieure à une température dans la première zone.
.. Selon une autre réalisation, le flux oxydant est injecté dans une partie inférieure et centrale de la première zone et le premier flux réducteur est injecté dans la partie inférieure de la première zone en périphérie du flux oxydant.
Selon une autre réalisation, le second gaz généré dans la deuxième zone comprend le gaz de synthèse et du CO2 résiduel et la méthode comprend en outre un recyclage d'une partie du second gaz dans la première zone.
Selon une autre réalisation, la partie du second gaz est recyclée dans le premier flux réducteur.
Selon une autre réalisation, la méthode comprend en outre un refroidissement de la partie du second gaz à recycler, avant le recyclage.
.. Selon une autre réalisation, la méthode est réalisée dans une pluralité de réacteurs en parallèle, chaque réacteur possédant la première zone où sont injectés le flux oxydant et le premier flux réducteur et où est produit le premier gaz, et la seconde zone où est injecté
le deuxième flux réducteur et où est généré le second gaz.
Selon une autre réalisation, le réacteur comprend une pluralité de premières zones et une seconde zone commune, et dans laquelle :
le flux oxydant et le premier flux réducteur sont injectés dans chaque première zone de la pluralité de premières zones et le premier gaz est produit dans chaque première zone, le deuxième flux réducteur est injecté dans la deuxième zone commune qui reçoit le premier gaz produit dans chaque première zone et le second gaz est généré dans la deuxième zone commune.
4 Date Reçue/Date Received 2022-04-07 Selon un autre aspect, la présente technologie concerne un système pour produire un gaz de synthèse comprenant du monoxyde de carbone (CO) et de l'hydrogène (H2), le système comprenant au moins un réacteur et ledit réacteur comprenant au moins une première zone et au moins une deuxième zone en aval de la première zone, dans lequel:
la première zone est alimentée par un flux oxydant comprenant de l'oxygène (02) et un premier flux réducteur comprenant de l'hydrogène, où le flux oxydant et/ou le premier flux réducteur comprend en outre une première source de carbone qui est du CO2, et dans la première zone une oxy-flamme est générée par réaction entre l'oxygène du flux oxydant et l'hydrogène du premier flux réducteur, pour produire un premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20) par mise en contact du flux oxydant et du premier flux réducteur avec l'oxy-flamme;
la deuxième zone est alimentée par un deuxième flux réducteur comprenant de l'hydrogène et/ou une deuxième source de carbone comprenant au moins un hydrocarbure, pour générer un second gaz comprenant le gaz de synthèse à
partir du premier gaz issu de la première zone et du deuxième flux réducteur, et le flux réducteur lorsqu'il comprend la deuxième source carbone comprenant éventuellement de la vapeur d'eau.
Selon une réalisation, la première zone est à une température d'au moins 1000 C et d'au plus 2400 C lors de la production du premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20).
Selon une autre réalisation, la première zone est à une température comprise entre environ 1000 C et environ 1900 C lors de la production du premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20).
Selon une autre réalisation, la deuxième zone est à une température d'au moins 700 C et d'au plus 1500 C lors de la génération du gaz de synthèse.
Selon une autre réalisation, la deuxième zone est à une température comprise entre environ 700 C et environ 1000 C lors de la génération du gaz de synthèse.
Selon une autre réalisation, la génération du gaz de synthèse, dans la deuxième zone, est réalisée à une température inférieure à une température dans la première zone.
la première zone est alimentée par un flux oxydant comprenant de l'oxygène (02) et un premier flux réducteur comprenant de l'hydrogène, où le flux oxydant et/ou le premier flux réducteur comprend en outre une première source de carbone qui est du CO2, et dans la première zone une oxy-flamme est générée par réaction entre l'oxygène du flux oxydant et l'hydrogène du premier flux réducteur, pour produire un premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20) par mise en contact du flux oxydant et du premier flux réducteur avec l'oxy-flamme;
la deuxième zone est alimentée par un deuxième flux réducteur comprenant de l'hydrogène et/ou une deuxième source de carbone comprenant au moins un hydrocarbure, pour générer un second gaz comprenant le gaz de synthèse à
partir du premier gaz issu de la première zone et du deuxième flux réducteur, et le flux réducteur lorsqu'il comprend la deuxième source carbone comprenant éventuellement de la vapeur d'eau.
Selon une réalisation, la première zone est à une température d'au moins 1000 C et d'au plus 2400 C lors de la production du premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20).
Selon une autre réalisation, la première zone est à une température comprise entre environ 1000 C et environ 1900 C lors de la production du premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20).
Selon une autre réalisation, la deuxième zone est à une température d'au moins 700 C et d'au plus 1500 C lors de la génération du gaz de synthèse.
Selon une autre réalisation, la deuxième zone est à une température comprise entre environ 700 C et environ 1000 C lors de la génération du gaz de synthèse.
Selon une autre réalisation, la génération du gaz de synthèse, dans la deuxième zone, est réalisée à une température inférieure à une température dans la première zone.
5 Date Reçue/Date Received 2022-04-07 Selon une autre réalisation, le second gaz généré dans la deuxième zone comprend le gaz de synthèse et du CO2 résiduel et le système comprend en outre un moyen de recyclage d'une partie du second gaz dans la première zone.
Selon une autre réalisation, le moyen de recyclage comprend un conduit acheminant la partie du second gaz pour être mélangée avec le premier flux réducteur.
Selon une autre réalisation, le système comprend en outre un dispositif de refroidissement de la partie du second gaz à recycler, avant le recyclage.
Selon une autre réalisation, la première zone et la deuxième zone sont chacune de forme cylindrique.
Selon une autre réalisation, le système comprend un premier moyen pour injecter le flux oxydant dans une partie inférieure et centrale de la première zone et un second moyen pour injecter le premier flux réducteur dans la partie inférieure de la première zone en périphérie du flux oxydant.
Selon une autre réalisation, le premier moyen consiste en un premier tube central et le second moyen consiste en un espace annulaire s'étendant perpendiculairement entre une paroi externe du tube central et une paroi interne de la première zone.
Selon une autre réalisation, le système comprend un troisième moyen pour injecter le deuxième flux réducteur dans la deuxième zone.
Selon une autre réalisation, la première zone et la deuxième zone sont chacune de forme cylindrique et le troisième moyen consiste en une ouverture formée par un espace annulaire s'étendant entre une paroi externe de la première zone et une paroi interne de la deuxième zone, dans une région supérieure de la première zone et une région inférieure de la deuxième zone.
Selon une autre réalisation, le système comprend une pluralité de réacteurs en parallèle, chaque réacteur possédant la première zone où sont injectés le flux oxydant et le premier flux réducteur et où est produit le premier gaz, et la seconde zone où est injecté le deuxième flux réducteur et où est généré le second gaz.
Selon une autre réalisation, le moyen de recyclage comprend un conduit acheminant la partie du second gaz pour être mélangée avec le premier flux réducteur.
Selon une autre réalisation, le système comprend en outre un dispositif de refroidissement de la partie du second gaz à recycler, avant le recyclage.
Selon une autre réalisation, la première zone et la deuxième zone sont chacune de forme cylindrique.
Selon une autre réalisation, le système comprend un premier moyen pour injecter le flux oxydant dans une partie inférieure et centrale de la première zone et un second moyen pour injecter le premier flux réducteur dans la partie inférieure de la première zone en périphérie du flux oxydant.
Selon une autre réalisation, le premier moyen consiste en un premier tube central et le second moyen consiste en un espace annulaire s'étendant perpendiculairement entre une paroi externe du tube central et une paroi interne de la première zone.
Selon une autre réalisation, le système comprend un troisième moyen pour injecter le deuxième flux réducteur dans la deuxième zone.
Selon une autre réalisation, la première zone et la deuxième zone sont chacune de forme cylindrique et le troisième moyen consiste en une ouverture formée par un espace annulaire s'étendant entre une paroi externe de la première zone et une paroi interne de la deuxième zone, dans une région supérieure de la première zone et une région inférieure de la deuxième zone.
Selon une autre réalisation, le système comprend une pluralité de réacteurs en parallèle, chaque réacteur possédant la première zone où sont injectés le flux oxydant et le premier flux réducteur et où est produit le premier gaz, et la seconde zone où est injecté le deuxième flux réducteur et où est généré le second gaz.
6 Date Reçue/Date Received 2022-04-07 Selon une autre réalisation, le réacteur comprend une pluralité de premières zones et une seconde zone commune, et dans lequel :
chaque première zone de la pluralité de premières zones est alimentée par le flux oxydant et le premier flux réducteur pour produire le premier gaz dans chaque première zone, et la deuxième zone commune est alimentée par le deuxième flux réducteur et reçoit le premier gaz produit dans chaque première zone pour générer le second gaz dans la deuxième zone commune.
Selon certains aspects, la méthode et/ou le système selon la présente technologie peuvent comprendre les réalisations suivantes.
Selon une réalisation, le flux oxydant comprend de l'oxygène et du CO2.
Selon une autre réalisation, le premier flux réducteur comprend de l'hydrogène et du CO2.
Selon une autre réalisation, le flux oxydant et le premier flux réducteur comprennent chacun du CO2.
Selon une autre réalisation, seul le flux oxydant comprend du CO2.
Selon une autre réalisation, le CO2 provient d'un rejet industriel, est du CO2 biogénique provenant d'un biogaz, est du CO2 capté directement de l'air ambiant ou un mélange de ceux-ci.
Selon une autre réalisation, le premier flux réducteur comprend en outre un composé
organique issue de la biomasse.
Selon une autre réalisation, le premier flux réducteur comprend en outre un composé de formule CHI30y avec a variant de 1 à 5, p variant de 2 à 10 et y variant de 1 à 4.
Selon une autre réalisation, l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur résulte d'une réaction d'électrolyse de l'eau.
Selon une autre réalisation, l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur résulte d'une réaction d'électrolyse de l'eau dans un électrolyseur qui est alimenté
par de
chaque première zone de la pluralité de premières zones est alimentée par le flux oxydant et le premier flux réducteur pour produire le premier gaz dans chaque première zone, et la deuxième zone commune est alimentée par le deuxième flux réducteur et reçoit le premier gaz produit dans chaque première zone pour générer le second gaz dans la deuxième zone commune.
Selon certains aspects, la méthode et/ou le système selon la présente technologie peuvent comprendre les réalisations suivantes.
Selon une réalisation, le flux oxydant comprend de l'oxygène et du CO2.
Selon une autre réalisation, le premier flux réducteur comprend de l'hydrogène et du CO2.
Selon une autre réalisation, le flux oxydant et le premier flux réducteur comprennent chacun du CO2.
Selon une autre réalisation, seul le flux oxydant comprend du CO2.
Selon une autre réalisation, le CO2 provient d'un rejet industriel, est du CO2 biogénique provenant d'un biogaz, est du CO2 capté directement de l'air ambiant ou un mélange de ceux-ci.
Selon une autre réalisation, le premier flux réducteur comprend en outre un composé
organique issue de la biomasse.
Selon une autre réalisation, le premier flux réducteur comprend en outre un composé de formule CHI30y avec a variant de 1 à 5, p variant de 2 à 10 et y variant de 1 à 4.
Selon une autre réalisation, l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur résulte d'une réaction d'électrolyse de l'eau.
Selon une autre réalisation, l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur résulte d'une réaction d'électrolyse de l'eau dans un électrolyseur qui est alimenté
par de
7 Date Reçue/Date Received 2022-04-07 l'électricité produite à partir de source renouvelable (e.g., produite à
partir de l'énergie solaire, l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique, la biomasse ou la géothermie) ou d'énergie nucléaire.
Selon une autre réalisation, l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur résulte d'une réaction de vaporeformage de gaz naturel ou de méthane dans laquelle le généré est au moins en partie capté et séquestré.
Selon une autre réalisation, l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur comprend de l'hydrogène résultant d'une réaction de pyrolyse de méthane.
Selon une autre réalisation, l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur comprend de l'hydrogène résultant d'une réaction d'électrolyse de l'eau dans un électrolyseur qui est alimenté par de l'électricité produite à partir de source renouvelable (e.g., produite à partir de l'énergie solaire, l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique, la biomasse ou la géothermie) ou d'énergie nucléaire, et de l'hydrogène résultant d'une réaction de vaporeformage de gaz naturel ou de méthane dans laquelle le CO2 généré est au moins en partie capté et séquestré.
Selon une autre réalisation, l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur comprend en outre de l'hydrogène résultant d'une réaction de pyrolyse de méthane.
Selon une autre réalisation, l'hydrogène, l'oxygène et le CO2 sont injectés dans la première zone dans un ratio molaire H2/02 d'au moins 2, et un ratio molaire H2/CO2 d'au moins 1,8.
Selon une autre réalisation, l'hydrogène, l'oxygène et le CO2 sont injectés dans la première zone dans un ratio molaire H2/02 compris entre 2 et 10, et un ratio molaire H2/CO2 compris entre 1,8 et 9.
Selon une autre réalisation, l'oxygène et le CO2 sont injectés dans la première zone dans un ratio molaire 02/CO2 d'au moins 0,5.
Selon une autre réalisation, l'oxygène et le CO2 sont injectés dans la première zone dans un ratio molaire 02/CO2 compris entre 0,5 et 5.
partir de l'énergie solaire, l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique, la biomasse ou la géothermie) ou d'énergie nucléaire.
Selon une autre réalisation, l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur résulte d'une réaction de vaporeformage de gaz naturel ou de méthane dans laquelle le généré est au moins en partie capté et séquestré.
Selon une autre réalisation, l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur comprend de l'hydrogène résultant d'une réaction de pyrolyse de méthane.
Selon une autre réalisation, l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur comprend de l'hydrogène résultant d'une réaction d'électrolyse de l'eau dans un électrolyseur qui est alimenté par de l'électricité produite à partir de source renouvelable (e.g., produite à partir de l'énergie solaire, l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique, la biomasse ou la géothermie) ou d'énergie nucléaire, et de l'hydrogène résultant d'une réaction de vaporeformage de gaz naturel ou de méthane dans laquelle le CO2 généré est au moins en partie capté et séquestré.
Selon une autre réalisation, l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur comprend en outre de l'hydrogène résultant d'une réaction de pyrolyse de méthane.
Selon une autre réalisation, l'hydrogène, l'oxygène et le CO2 sont injectés dans la première zone dans un ratio molaire H2/02 d'au moins 2, et un ratio molaire H2/CO2 d'au moins 1,8.
Selon une autre réalisation, l'hydrogène, l'oxygène et le CO2 sont injectés dans la première zone dans un ratio molaire H2/02 compris entre 2 et 10, et un ratio molaire H2/CO2 compris entre 1,8 et 9.
Selon une autre réalisation, l'oxygène et le CO2 sont injectés dans la première zone dans un ratio molaire 02/CO2 d'au moins 0,5.
Selon une autre réalisation, l'oxygène et le CO2 sont injectés dans la première zone dans un ratio molaire 02/CO2 compris entre 0,5 et 5.
8 Date Reçue/Date Received 2022-04-07 Selon une autre réalisation, le deuxième flux réducteur comprend la deuxième source de carbone et la génération du gaz de synthèse comprend un vaporeformage du ou des hydrocarbures avec la vapeur d'eau comprise dans le premier gaz.
Selon une autre réalisation, le deuxième flux réducteur comprend la deuxième source de carbone et de la vapeur d'eau et la génération du gaz de synthèse comprend un vaporeformage du ou des hydrocarbures avec la vapeur d'eau comprise dans le premier gaz et la vapeur d'eau comprise dans le deuxième flux réducteur.
Selon une autre réalisation, la deuxième source de carbone comprend un hydrocarbure fossile ou renouvelable.
Selon une autre réalisation, la deuxième source de carbone comprend du gaz naturel fossile ou renouvelable.
Selon une autre réalisation, la deuxième source de carbone comprend du méthane.
Selon une autre réalisation, la deuxième source de carbone comprend du méthane provenant d'un biogaz.
Selon une autre réalisation, le deuxième flux réducteur comprend du méthane (CH4) et optionnellement de l'hydrogène (H2) dans un ratio molaire H2/CH4 compris entre 0 et 2,5.
Selon une autre réalisation, le deuxième flux réducteur comprend du méthane (CH4) et optionnellement de l'hydrogène (H2) et un ratio molaire entre le CH4 injecté
et une quantité
totale de H2 injecté dans les deux zones est compris entre 0,1 et 1.
Selon une autre réalisation, le deuxième flux réducteur comprend de l'hydrogène.
Selon une autre réalisation, le deuxième flux réducteur comprend une quantité
d'hydrogène pour balancer la composition molaire du gaz de synthèse tel que et (H2-0O2)/(CO+CO2) 2.
Selon une autre réalisation, le deuxième flux réducteur comprend de l'hydrogène résultant d'une réaction de vaporeformage de gaz naturel ou de méthane dans laquelle le généré est au moins en partie capté et séquestré.
Selon une autre réalisation, le deuxième flux réducteur comprend la deuxième source de carbone et de la vapeur d'eau et la génération du gaz de synthèse comprend un vaporeformage du ou des hydrocarbures avec la vapeur d'eau comprise dans le premier gaz et la vapeur d'eau comprise dans le deuxième flux réducteur.
Selon une autre réalisation, la deuxième source de carbone comprend un hydrocarbure fossile ou renouvelable.
Selon une autre réalisation, la deuxième source de carbone comprend du gaz naturel fossile ou renouvelable.
Selon une autre réalisation, la deuxième source de carbone comprend du méthane.
Selon une autre réalisation, la deuxième source de carbone comprend du méthane provenant d'un biogaz.
Selon une autre réalisation, le deuxième flux réducteur comprend du méthane (CH4) et optionnellement de l'hydrogène (H2) dans un ratio molaire H2/CH4 compris entre 0 et 2,5.
Selon une autre réalisation, le deuxième flux réducteur comprend du méthane (CH4) et optionnellement de l'hydrogène (H2) et un ratio molaire entre le CH4 injecté
et une quantité
totale de H2 injecté dans les deux zones est compris entre 0,1 et 1.
Selon une autre réalisation, le deuxième flux réducteur comprend de l'hydrogène.
Selon une autre réalisation, le deuxième flux réducteur comprend une quantité
d'hydrogène pour balancer la composition molaire du gaz de synthèse tel que et (H2-0O2)/(CO+CO2) 2.
Selon une autre réalisation, le deuxième flux réducteur comprend de l'hydrogène résultant d'une réaction de vaporeformage de gaz naturel ou de méthane dans laquelle le généré est au moins en partie capté et séquestré.
9 Date Reçue/Date Received 2022-04-07 Selon une autre réalisation, le deuxième flux réducteur comprend du méthane (CH4) et optionnellement de la vapeur d'eau (H20) et un ratio molaire entre la vapeur d'eau (H20) et le CH4 est compris entre 0 et 2.
Selon une autre réalisation, le deuxième flux réducteur comprend de la vapeur d'eau.
Selon une autre réalisation, laquelle la production du monoxyde de carbone et de la vapeur d'eau dans la première zone est réalisée en l'absence de catalyseur.
Selon une autre réalisation, la génération du second gaz comprenant le gaz de synthèse dans la deuxième zone du réacteur est réalisée en l'absence de catalyseur.
Selon une autre réalisation, l'oxygène (02) présent dans le flux oxydant résulte d'une réaction d'électrolyse de l'eau.
Selon une autre réalisation, l'oxygène (02) présent dans le flux oxydant provient d'une unité de séparation d'air (ASU).
Selon encore un autre aspect, la présente technologie concerne l'utilisation d'un gaz de synthèse produit par la méthode telle que définie dans la présente description ou en utilisant le système tel que défini dans la présente description, pour la fabrication de produits chimiques ou carburants.
Selon une réalisation, l'utilisation permet la fabrication d'hydrocarbures synthétiques.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
La Figure 1 représente une vue schématique en coupe selon la verticale d'un réacteur qui peut être utilisé pour réaliser la méthode selon un mode de réalisation.
La Figure 2 représente une vue schématique en coupe selon la verticale d'un réacteur qui peut être utilisé pour réaliser la méthode selon un mode de réalisation où
l'oxy-flamme s'étend vers la deuxième zone.
La Figure 3 représente une vue schématique en coupe selon la verticale d'un réacteur qui peut être utilisé pour réaliser la méthode selon un autre mode de réalisation.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07 La Figure 4 représente une vue schématique en coupe selon la verticale d'un système comprenant plusieurs réacteurs en parallèle, qui peut être utilisé pour réaliser la méthode selon un autre mode de réalisation.
La Figure 5 représente une vue schématique en coupe selon la verticale d'un réacteur comprenant plusieurs premières zones de réaction et une deuxième zone commune, qui peut être utilisé pour réaliser la méthode selon encore un autre mode de réalisation.
La Figure 6 représente une vue de dessous du réacteur de la Figure 5.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Tous les termes et expressions techniques et scientifiques utilisés ici ont la même signification que celle généralement comprise par la personne versée dans l'art de la présente technologie. La définition de certains termes et expressions utilisés est néanmoins fournie ci-dessous.
Le terme environ tel qu'utilisé dans le présent document signifie approximativement, dans la région de, et autour de. Lorsque le terme environ est utilisé en lien avec une valeur numérique, il la modifie, par exemple, au-dessus et en dessous par une variation de 10% par rapport à la valeur nominale. Ce terme peut aussi tenir compte, par exemple, de l'erreur expérimentale d'un appareil de mesure ou de l'arrondissement d'une valeur.
Lorsqu'un intervalle de valeurs est mentionné dans la présente demande, les bornes inférieures et supérieures de l'intervalle sont, à moins d'indications contraires, toujours incluses dans la définition.
Dans la présente description, les termes gaz de synthèse et syngas sont utilisés de manière interchangeable pour identifier un mélange gazeux comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de l'hydrogène (H2). Dans certaines réalisations, le gaz de synthèse ou syngas peut comprendre du CO2.
Le terme flux est utilisé pour décrire les différents flux gazeux qui sont mis en jeu pour la production du gaz de synthèse, dans les différentes zones, à l'intérieur du réacteur.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07 Le terme source de carbone décrit le ou les composés chimiques qui sont utilisés pour fournir le carbone qui se retrouve dans le gaz de synthèse produit. Ainsi, la source de carbone fournit au moins le carbone qui se retrouve dans le monoxyde de carbone (CO) produit. Différents composés chimiques peuvent être utilisés comme source de carbone.
La présente méthode utilise au moins du CO2 comme source de carbone pour produire le gaz de synthèse. Selon certaines réalisations, d'autres sources de carbone tel que des hydrocarbures (e.g., CH4) et/ou des composés organiques comprenant du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène, peuvent être utilisée, comme cela va être expliqué ci-après.
Les expressions électricité de source renouvelable ou électricité
produite à partir de source renouvelable désigne une électricité produite à partir de l'énergie solaire, l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique, la biomasse ou la géothermie.
L'expression gaz naturel fossile telle qu'utilisée dans la présente description, désigne un mélange d'hydrocarbures gazeux (essentiellement du méthane) provenant de la transformation naturelle de matières organiques provenant de gisements souterrains.
.. L'expression gaz naturel renouvelable (GNR) telle qu'utilisée dans la présente description, désigne un carburant gazeux également appelé biométhane ou GNR de première génération, qui peut généralement contenir entre 55 et 99 % de méthane, produit à partir du biogaz résultant de la digestion anaérobie de matières organiques ou de gaz d'enfouissement.
Le présent document présente donc une méthode innovante pour la production de gaz de synthèse à partir d'au moins du CO2 comme source de carbone et impliquant une oxy-flamme générée par réaction entre de l'oxygène et de l'hydrogène. Plus précisément, la méthode de production de gaz de synthèse comprend : l'injection d'un flux oxydant comprenant de l'oxygène (02) et d'un premier flux réducteur comprenant de l'hydrogène dans au moins une première zone d'au moins un réacteur, où le flux oxydant et/ou le premier flux réducteur comprend en outre une première source de carbone qui est du CO2;
la génération d'une oxy-flamme dans la première zone par réaction entre l'oxygène du flux oxydant et l'hydrogène du premier flux réducteur, et production d'un premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20) par mise Date Reçue/Date Received 2022-04-07 en contact du flux oxydant et du premier flux réducteur avec l'oxy-flamme;
l'injection dans au moins une deuxième zone du réacteur en aval de la première zone d'un deuxième flux réducteur comprenant de l'hydrogène et/ou une deuxième source de carbone comprenant au moins un hydrocarbure; et la génération d'un second gaz comprenant le gaz de synthèse, dans la deuxième zone du réacteur, à partir du premier gaz issu de la première zone et du deuxième flux réducteur.
Comme indiqué ci-dessus la méthode utilise au moins du CO2 comme source de carbone pour produire le gaz de synthèse. Le CO2 peut avoir diverses origines. Ainsi, la méthode peut utiliser du CO2 provenant d'un rejet industriel, du CO2 biogénique provenant d'un biogaz, ou du CO2 capté directement de l'air ambiant, e.g., selon le procédé
appelé
Direct Air Capture (DAC). Dans certaines réalisations, la source de carbone comprend du CO2 capté de l'air ambiant ou du CO2 provenant de la biomasse, ce carbone est alors qualifié de carboneutre ou biogénique et le gaz synthèse qui en résulte est renouvelable. Ce gaz synthèse renouvelable ne mènera pas à des émissions nettes de gaz à effet de serre (GES) dans l'atmosphère lors d'éventuelles utilisations.
La Figure 1 illustre le principe général du fonctionnement de la méthode.
Selon certaines réalisations, la méthode peut donc être réalisée dans au moins un réacteur 10 possédant deux zones de réactions 12 et 14. Plusieurs sources et types de carbone et/ou d'hydrogène peuvent être utilisés à des endroits stratégiques du réacteur.
Selon certaines réalisations, le choix de la source de carbone et/ou d'hydrogène et l'endroit où ces gaz sont injectés dans le réacteur, peut permettre de réduire les coûts d'opération. La méthode peut donc être réalisée dans au moins un réacteur muni de deux zones de réaction 12 et 14, d'une zone d'entrée 20 et d'une zone de sortie 28. La première zone de réaction 12 est alimentée par au moins deux flux gazeux. Le flux 16 qui est injecté dans la première zone de réaction 12 est un flux oxydant qui comprend au moins de l'oxygène (02). Le flux gazeux 18 qui injecté dans la première zone de réaction 12 est un premier flux réducteur qui comprend au moins de l'hydrogène (H2). Selon la présente méthode, au moins l'un du flux oxydant 16 et du premier flux réducteur 18 comprennent en outre une première source de carbone qui est du CO2.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07 Dans la première zone de réaction 12, l'oxy-flamme 22 est produite par la combustion d'hydrogène (H2) du premier flux réducteur 18 en présence de l'oxygène (02) du flux oxydant 16 selon la réaction (B) mentionnée précédemment. Cette flamme est vive et rayonnante et permet de fournir la chaleur requise pour soutenir la réaction qui va produire un premier gaz comprenant du monoxyde de carbone (CO), à partir de la première source de carbone comprenant au moins du CO2, et de la vapeur d'eau, selon la réaction (A). En outre, l'oxy-flamme peut générer des espèces ioniques et des radicaux libres qui peuvent favoriser la conversion de la source de carbone en CO. Ainsi, il est aussi à
noter que la production du monoxyde de carbone et de la vapeur d'eau dans la première zone de réaction 12 peut être réalisée en l'absence de catalyseur tel que des catalyseurs solides utilisés conventionnellement. La combustion d'hydrogène (H2) en présence d'oxygène (02) qui permet de produire l'oxy-flamme peut être initiée à l'aide d'un dispositif d'allumage. Selon certaines réalisations, l'oxy-flamme peut permettre d'atteindre une température, dans la première zone de réaction, d'au moins 600 C. Selon d'autres réalisations, la température atteinte dans la première zone 12 est d'au moins 1000 C et d'au plus 2400 C. Selon certaines réalisations, la production du premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20) dans la première zone 12, peut être réalisée à une température comprise entre environ 1000 C et environ 2300 C, ou entre environ 1000 C et environ 2200 C, ou entre environ 1000 C et environ 2100 C, ou entre environ 1000 C et environ 2000 C, ou encore entre environ 1000 C et environ 1900 C. La température dans la première zone 12 peut aussi varier entre environ 1000 C et environ 1800 C, entre environ 1000 C et environ 1700 C, entre environ 1000 C
et environ 1600 C, ou entre environ 1000 C et environ 1500 C. Dans certaines réalisations, comme le montre la Figure 2, l'oxy-flamme qui est générée dans la première zone 12 peut se prolonger jusque dans la deuxième zone 14 du réacteur.
Dans un mode de réalisation, l'oxygène (02) utilisé dans le flux oxydant est de l'oxygène pur. Par oxygène pur , on comprend que cela ne signifie pas nécessairement une pureté de 100 /0, mais que le mélange à base d'oxygène comprend substantiellement de l'02 et peut être accompagné de certaines impuretés telles que N2, H20 par exemple.
Selon certaines réalisations, l'oxygène présent dans le flux oxydant 16 résulte d'une réaction d'électrolyse de l'eau. Selon certaines autres réalisations, l'oxygène (02) présent Date Reçue/Date Received 2022-04-07 dans le flux oxydant 16 peut provenir d'une unité de séparation d'air (ASU).
Il serait aussi possible d'utiliser de l'oxygène qui serait un mélange d'oxygène résultant d'une réaction d'électrolyse de l'eau et provenant d'une unité de séparation d'air.
Dans certaines réalisations, la première source de carbone, qui comprend du CO2, est injectée dans la première zone du réacteur avec l'oxygène du flux oxydant.
Dans un autre mode de réalisation, la première source de carbone, qui comprend du CO2, est injectée dans la première zone du réacteur avec l'hydrogène du premier flux réducteur.
Dans certains cas, une partie de la première source de carbone, qui comprend du CO2, est injectée dans la première zone du réacteur avec l'oxygène du flux oxydant et une autre .. partie de la première source de carbone est injectée dans la première zone du réacteur avec l'hydrogène du premier flux réducteur. Selon une réalisation préférée, la première source de carbone, qui comprend du CO2, est injectée dans la première zone uniquement avec l'oxygène du flux oxydant.
Comme mentionné précédemment, le CO2 peut avoir diverses origines. Dans certaines réalisations, le CO2 provient d'un rejet industriel, est du CO2 biogénique provenant d'un biogaz, ou est du CO2 capté directement de l'air ambiant. Dans certaines réalisations préférées, le CO2 qui est utilisé comme première source de carbone est du CO2 biogénique provenant d'un biogaz, ou est du CO2 capté directement de l'air ambiant.
Selon un mode de réalisation, l'hydrogène requis dans la présente méthode pour produire l'oxy-flamme dans la première zone, c'est-à-dire l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur 18, peut, au moins en partie, résulter d'une réaction d'électrolyse de l'eau. Cet hydrogène est qualifié d' hydrogène vert)> si l'électrolyseur dans lequel est réalisé
l'électrolyse de l'eau est alimenté par de l'électricité produite à partir d'une source renouvelable, comme par exemple à partir de l'énergie solaire, l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique, la biomasse ou la géothermie. Dans certaines réalisations, l'électricité utilisée pour l'électrolyse de l'eau peut provenir de l'énergie nucléaire qui est une source d'énergie qui n'émet pas de gaz à effet de serre, et cet hydrogène peut également être qualifié
d'hydrogène vert dans le contexte de la présente technologie.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07 Selon un autre mode de réalisation, l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur 18 injecté dans la première zone du réacteur peut être de l' hydrogène bleu , c'est-à-dire de l'hydrogène résultant d'une réaction de vaporeformage de gaz naturel ou de méthane dans laquelle le CO2 généré est au moins en partie capté et séquestré.
Selon encore un autre mode de réalisation, l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur 18 injecté dans la première zone du réacteur peut être de l' hydrogène turquoise , c'est-à-dire de l'hydrogène résultant d'une réaction de pyrolyse de méthane.
Il est aussi possible d'utiliser des mélanges d'hydrogène de diverses sources pour injection dans la première zone, pour produire l'oxy-flamme et former le premier gaz comprenant du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20). Ainsi, dans certaines réalisations, le premier flux réducteur 18 peut comprendre un mélange d'hydrogène vert et d'hydrogène bleu, ou un mélange d'hydrogène vert et d'hydrogène turquoise, un mélange d'hydrogène bleu et d'hydrogène turquoise, un mélange d'hydrogène vert, d'hydrogène bleu et d'hydrogène turquoise.
Dans certaines réalisations, le premier flux réducteur 18 peut également comprendre, en plus de l'hydrogène, un composé organique issue de la biomasse, c'est-à-dire comprenant du carbone biogénique. Ce composé organique comprenant du carbone biogénique peut être un composé de formule CHI30y avec a variant de 1 à 5, p variant de 2 à
Selon une autre réalisation, le deuxième flux réducteur comprend de la vapeur d'eau.
Selon une autre réalisation, laquelle la production du monoxyde de carbone et de la vapeur d'eau dans la première zone est réalisée en l'absence de catalyseur.
Selon une autre réalisation, la génération du second gaz comprenant le gaz de synthèse dans la deuxième zone du réacteur est réalisée en l'absence de catalyseur.
Selon une autre réalisation, l'oxygène (02) présent dans le flux oxydant résulte d'une réaction d'électrolyse de l'eau.
Selon une autre réalisation, l'oxygène (02) présent dans le flux oxydant provient d'une unité de séparation d'air (ASU).
Selon encore un autre aspect, la présente technologie concerne l'utilisation d'un gaz de synthèse produit par la méthode telle que définie dans la présente description ou en utilisant le système tel que défini dans la présente description, pour la fabrication de produits chimiques ou carburants.
Selon une réalisation, l'utilisation permet la fabrication d'hydrocarbures synthétiques.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
La Figure 1 représente une vue schématique en coupe selon la verticale d'un réacteur qui peut être utilisé pour réaliser la méthode selon un mode de réalisation.
La Figure 2 représente une vue schématique en coupe selon la verticale d'un réacteur qui peut être utilisé pour réaliser la méthode selon un mode de réalisation où
l'oxy-flamme s'étend vers la deuxième zone.
La Figure 3 représente une vue schématique en coupe selon la verticale d'un réacteur qui peut être utilisé pour réaliser la méthode selon un autre mode de réalisation.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07 La Figure 4 représente une vue schématique en coupe selon la verticale d'un système comprenant plusieurs réacteurs en parallèle, qui peut être utilisé pour réaliser la méthode selon un autre mode de réalisation.
La Figure 5 représente une vue schématique en coupe selon la verticale d'un réacteur comprenant plusieurs premières zones de réaction et une deuxième zone commune, qui peut être utilisé pour réaliser la méthode selon encore un autre mode de réalisation.
La Figure 6 représente une vue de dessous du réacteur de la Figure 5.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Tous les termes et expressions techniques et scientifiques utilisés ici ont la même signification que celle généralement comprise par la personne versée dans l'art de la présente technologie. La définition de certains termes et expressions utilisés est néanmoins fournie ci-dessous.
Le terme environ tel qu'utilisé dans le présent document signifie approximativement, dans la région de, et autour de. Lorsque le terme environ est utilisé en lien avec une valeur numérique, il la modifie, par exemple, au-dessus et en dessous par une variation de 10% par rapport à la valeur nominale. Ce terme peut aussi tenir compte, par exemple, de l'erreur expérimentale d'un appareil de mesure ou de l'arrondissement d'une valeur.
Lorsqu'un intervalle de valeurs est mentionné dans la présente demande, les bornes inférieures et supérieures de l'intervalle sont, à moins d'indications contraires, toujours incluses dans la définition.
Dans la présente description, les termes gaz de synthèse et syngas sont utilisés de manière interchangeable pour identifier un mélange gazeux comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de l'hydrogène (H2). Dans certaines réalisations, le gaz de synthèse ou syngas peut comprendre du CO2.
Le terme flux est utilisé pour décrire les différents flux gazeux qui sont mis en jeu pour la production du gaz de synthèse, dans les différentes zones, à l'intérieur du réacteur.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07 Le terme source de carbone décrit le ou les composés chimiques qui sont utilisés pour fournir le carbone qui se retrouve dans le gaz de synthèse produit. Ainsi, la source de carbone fournit au moins le carbone qui se retrouve dans le monoxyde de carbone (CO) produit. Différents composés chimiques peuvent être utilisés comme source de carbone.
La présente méthode utilise au moins du CO2 comme source de carbone pour produire le gaz de synthèse. Selon certaines réalisations, d'autres sources de carbone tel que des hydrocarbures (e.g., CH4) et/ou des composés organiques comprenant du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène, peuvent être utilisée, comme cela va être expliqué ci-après.
Les expressions électricité de source renouvelable ou électricité
produite à partir de source renouvelable désigne une électricité produite à partir de l'énergie solaire, l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique, la biomasse ou la géothermie.
L'expression gaz naturel fossile telle qu'utilisée dans la présente description, désigne un mélange d'hydrocarbures gazeux (essentiellement du méthane) provenant de la transformation naturelle de matières organiques provenant de gisements souterrains.
.. L'expression gaz naturel renouvelable (GNR) telle qu'utilisée dans la présente description, désigne un carburant gazeux également appelé biométhane ou GNR de première génération, qui peut généralement contenir entre 55 et 99 % de méthane, produit à partir du biogaz résultant de la digestion anaérobie de matières organiques ou de gaz d'enfouissement.
Le présent document présente donc une méthode innovante pour la production de gaz de synthèse à partir d'au moins du CO2 comme source de carbone et impliquant une oxy-flamme générée par réaction entre de l'oxygène et de l'hydrogène. Plus précisément, la méthode de production de gaz de synthèse comprend : l'injection d'un flux oxydant comprenant de l'oxygène (02) et d'un premier flux réducteur comprenant de l'hydrogène dans au moins une première zone d'au moins un réacteur, où le flux oxydant et/ou le premier flux réducteur comprend en outre une première source de carbone qui est du CO2;
la génération d'une oxy-flamme dans la première zone par réaction entre l'oxygène du flux oxydant et l'hydrogène du premier flux réducteur, et production d'un premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20) par mise Date Reçue/Date Received 2022-04-07 en contact du flux oxydant et du premier flux réducteur avec l'oxy-flamme;
l'injection dans au moins une deuxième zone du réacteur en aval de la première zone d'un deuxième flux réducteur comprenant de l'hydrogène et/ou une deuxième source de carbone comprenant au moins un hydrocarbure; et la génération d'un second gaz comprenant le gaz de synthèse, dans la deuxième zone du réacteur, à partir du premier gaz issu de la première zone et du deuxième flux réducteur.
Comme indiqué ci-dessus la méthode utilise au moins du CO2 comme source de carbone pour produire le gaz de synthèse. Le CO2 peut avoir diverses origines. Ainsi, la méthode peut utiliser du CO2 provenant d'un rejet industriel, du CO2 biogénique provenant d'un biogaz, ou du CO2 capté directement de l'air ambiant, e.g., selon le procédé
appelé
Direct Air Capture (DAC). Dans certaines réalisations, la source de carbone comprend du CO2 capté de l'air ambiant ou du CO2 provenant de la biomasse, ce carbone est alors qualifié de carboneutre ou biogénique et le gaz synthèse qui en résulte est renouvelable. Ce gaz synthèse renouvelable ne mènera pas à des émissions nettes de gaz à effet de serre (GES) dans l'atmosphère lors d'éventuelles utilisations.
La Figure 1 illustre le principe général du fonctionnement de la méthode.
Selon certaines réalisations, la méthode peut donc être réalisée dans au moins un réacteur 10 possédant deux zones de réactions 12 et 14. Plusieurs sources et types de carbone et/ou d'hydrogène peuvent être utilisés à des endroits stratégiques du réacteur.
Selon certaines réalisations, le choix de la source de carbone et/ou d'hydrogène et l'endroit où ces gaz sont injectés dans le réacteur, peut permettre de réduire les coûts d'opération. La méthode peut donc être réalisée dans au moins un réacteur muni de deux zones de réaction 12 et 14, d'une zone d'entrée 20 et d'une zone de sortie 28. La première zone de réaction 12 est alimentée par au moins deux flux gazeux. Le flux 16 qui est injecté dans la première zone de réaction 12 est un flux oxydant qui comprend au moins de l'oxygène (02). Le flux gazeux 18 qui injecté dans la première zone de réaction 12 est un premier flux réducteur qui comprend au moins de l'hydrogène (H2). Selon la présente méthode, au moins l'un du flux oxydant 16 et du premier flux réducteur 18 comprennent en outre une première source de carbone qui est du CO2.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07 Dans la première zone de réaction 12, l'oxy-flamme 22 est produite par la combustion d'hydrogène (H2) du premier flux réducteur 18 en présence de l'oxygène (02) du flux oxydant 16 selon la réaction (B) mentionnée précédemment. Cette flamme est vive et rayonnante et permet de fournir la chaleur requise pour soutenir la réaction qui va produire un premier gaz comprenant du monoxyde de carbone (CO), à partir de la première source de carbone comprenant au moins du CO2, et de la vapeur d'eau, selon la réaction (A). En outre, l'oxy-flamme peut générer des espèces ioniques et des radicaux libres qui peuvent favoriser la conversion de la source de carbone en CO. Ainsi, il est aussi à
noter que la production du monoxyde de carbone et de la vapeur d'eau dans la première zone de réaction 12 peut être réalisée en l'absence de catalyseur tel que des catalyseurs solides utilisés conventionnellement. La combustion d'hydrogène (H2) en présence d'oxygène (02) qui permet de produire l'oxy-flamme peut être initiée à l'aide d'un dispositif d'allumage. Selon certaines réalisations, l'oxy-flamme peut permettre d'atteindre une température, dans la première zone de réaction, d'au moins 600 C. Selon d'autres réalisations, la température atteinte dans la première zone 12 est d'au moins 1000 C et d'au plus 2400 C. Selon certaines réalisations, la production du premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20) dans la première zone 12, peut être réalisée à une température comprise entre environ 1000 C et environ 2300 C, ou entre environ 1000 C et environ 2200 C, ou entre environ 1000 C et environ 2100 C, ou entre environ 1000 C et environ 2000 C, ou encore entre environ 1000 C et environ 1900 C. La température dans la première zone 12 peut aussi varier entre environ 1000 C et environ 1800 C, entre environ 1000 C et environ 1700 C, entre environ 1000 C
et environ 1600 C, ou entre environ 1000 C et environ 1500 C. Dans certaines réalisations, comme le montre la Figure 2, l'oxy-flamme qui est générée dans la première zone 12 peut se prolonger jusque dans la deuxième zone 14 du réacteur.
Dans un mode de réalisation, l'oxygène (02) utilisé dans le flux oxydant est de l'oxygène pur. Par oxygène pur , on comprend que cela ne signifie pas nécessairement une pureté de 100 /0, mais que le mélange à base d'oxygène comprend substantiellement de l'02 et peut être accompagné de certaines impuretés telles que N2, H20 par exemple.
Selon certaines réalisations, l'oxygène présent dans le flux oxydant 16 résulte d'une réaction d'électrolyse de l'eau. Selon certaines autres réalisations, l'oxygène (02) présent Date Reçue/Date Received 2022-04-07 dans le flux oxydant 16 peut provenir d'une unité de séparation d'air (ASU).
Il serait aussi possible d'utiliser de l'oxygène qui serait un mélange d'oxygène résultant d'une réaction d'électrolyse de l'eau et provenant d'une unité de séparation d'air.
Dans certaines réalisations, la première source de carbone, qui comprend du CO2, est injectée dans la première zone du réacteur avec l'oxygène du flux oxydant.
Dans un autre mode de réalisation, la première source de carbone, qui comprend du CO2, est injectée dans la première zone du réacteur avec l'hydrogène du premier flux réducteur.
Dans certains cas, une partie de la première source de carbone, qui comprend du CO2, est injectée dans la première zone du réacteur avec l'oxygène du flux oxydant et une autre .. partie de la première source de carbone est injectée dans la première zone du réacteur avec l'hydrogène du premier flux réducteur. Selon une réalisation préférée, la première source de carbone, qui comprend du CO2, est injectée dans la première zone uniquement avec l'oxygène du flux oxydant.
Comme mentionné précédemment, le CO2 peut avoir diverses origines. Dans certaines réalisations, le CO2 provient d'un rejet industriel, est du CO2 biogénique provenant d'un biogaz, ou est du CO2 capté directement de l'air ambiant. Dans certaines réalisations préférées, le CO2 qui est utilisé comme première source de carbone est du CO2 biogénique provenant d'un biogaz, ou est du CO2 capté directement de l'air ambiant.
Selon un mode de réalisation, l'hydrogène requis dans la présente méthode pour produire l'oxy-flamme dans la première zone, c'est-à-dire l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur 18, peut, au moins en partie, résulter d'une réaction d'électrolyse de l'eau. Cet hydrogène est qualifié d' hydrogène vert)> si l'électrolyseur dans lequel est réalisé
l'électrolyse de l'eau est alimenté par de l'électricité produite à partir d'une source renouvelable, comme par exemple à partir de l'énergie solaire, l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique, la biomasse ou la géothermie. Dans certaines réalisations, l'électricité utilisée pour l'électrolyse de l'eau peut provenir de l'énergie nucléaire qui est une source d'énergie qui n'émet pas de gaz à effet de serre, et cet hydrogène peut également être qualifié
d'hydrogène vert dans le contexte de la présente technologie.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07 Selon un autre mode de réalisation, l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur 18 injecté dans la première zone du réacteur peut être de l' hydrogène bleu , c'est-à-dire de l'hydrogène résultant d'une réaction de vaporeformage de gaz naturel ou de méthane dans laquelle le CO2 généré est au moins en partie capté et séquestré.
Selon encore un autre mode de réalisation, l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur 18 injecté dans la première zone du réacteur peut être de l' hydrogène turquoise , c'est-à-dire de l'hydrogène résultant d'une réaction de pyrolyse de méthane.
Il est aussi possible d'utiliser des mélanges d'hydrogène de diverses sources pour injection dans la première zone, pour produire l'oxy-flamme et former le premier gaz comprenant du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20). Ainsi, dans certaines réalisations, le premier flux réducteur 18 peut comprendre un mélange d'hydrogène vert et d'hydrogène bleu, ou un mélange d'hydrogène vert et d'hydrogène turquoise, un mélange d'hydrogène bleu et d'hydrogène turquoise, un mélange d'hydrogène vert, d'hydrogène bleu et d'hydrogène turquoise.
Dans certaines réalisations, le premier flux réducteur 18 peut également comprendre, en plus de l'hydrogène, un composé organique issue de la biomasse, c'est-à-dire comprenant du carbone biogénique. Ce composé organique comprenant du carbone biogénique peut être un composé de formule CHI30y avec a variant de 1 à 5, p variant de 2 à
10 et y variant de 1 à 4.
S'il y a présence d'une source de carbone biogénique dans le premier flux réducteur 18, la réaction globale (C) suivante se produit dans la première zone :
(C) CHI30y + a H2 + b02 => c H2 + d CO + e H20 + f CO2 Les coefficients stoechiométriques peuvent être déterminés en partant de la formule chimique du composé organique utilisé comme source de carbone.
Par exemple, pour a = 1, les coefficients peuvent avoir les valeurs suivantes tout dépendant des valeurs de p et y:
= a entre 1 et 5 Date Reçue/Date Received 2022-04-07 = b entre 0,25 et 1 = c entre 2 et 3 = d entre 0,5 et 1 = e entre 0,5 et 2,5 = f entre 0,15 et 0,75.
Dans certaines réalisations, les quantités d'hydrogène injectées dans la première zone 12 (hydrogène vert, bleu et/ou turquoise) sont dosées de façon à réduire au maximum les coûts d'opération tout en assurant qu'a la sortie du réacteur, la composition molaire du gaz synthèse satisfasse les équations (D) et (E) suivantes :
(D) H2/C0 2 (E) (H2-0O2)/(CO+CO2) 2 Ces équations prennent également en compte le fait que de l'hydrogène additionnel peut être introduit dans la deuxième zone 14 du réacteur via le flux 24, comme cela va être discuté ci-dessous, pour balancer la composition du gaz synthèse.
Dans certaines réalisations en particulier, l'hydrogène, l'oxygène et le CO2 sont injectés dans la première zone 12 dans un ratio molaire H2/02 d'au moins 2, et un ratio molaire H2/CO2 d'au moins 1,8. Selon une autre réalisation, l'hydrogène, l'oxygène et le CO2 peuvent être injectés dans la première zone dans un ratio molaire H2/02 compris entre 2 et 10, et un ratio molaire H2/CO2 compris entre 1,8 et 9. Ainsi, l'hydrogène et l'oxygène peuvent être injectés dans la première zone 12 avec un rapport molaire H2/02 d'environ 2, d'environ 3, d'environ 4, d'environ 5, d'environ 6, d'environ 7, d'environ 8, d'environ 9, ou d'environ 10, ou n'importe quelle valeur comprise entre ces valeurs. De plus, on peut ajuster la quantité d'hydrogène et la quantité de CO2 injectés dans la première zone tel que le rapport molaire H2/CO2 soit d'environ 1,8, ou environ 2, ou environ 3, ou environ 4, .. ou environ 5, ou environ 6, ou environ 7, ou environ 8, ou environ 9, ou n'importe quelle valeur comprise entre ces valeurs. Selon certaines réalisations, l'oxygène et le CO2 peuvent être injectés dans la première zone dans un ratio molaire 02/CO2 d'au moins 0,5.
Par exemple, l'oxygène et le CO2 peuvent être injectés dans la première zone dans un ratio molaire 02/CO2 compris entre 0,5 et 5. Ainsi, on peut ajuster la quantité d'oxygène et Date Reçue/Date Received 2022-04-07 la quantité de CO2 injectés dans la première zone tel que le rapport molaire 02/CO2 soit d'environ 0,5, ou d'environ 1, ou d'environ 2, ou d'environ 3, ou d'environ 4, ou d'environ 5, ou n'importe quelle valeur comprise entre ces valeurs. Les rapports molaires H2/02, H2/02 et 02/CO2 peut être ajustés selon la quantité des autres gaz injectés dans le réacteur le cas échéant, et selon le ratio de CO et H2 désiré dans le gaz de synthèse final.
Il est à noter que dans certaines réalisations, le flux oxydant 16 et/ou le flux réducteur 18 peuvent contenir en plus des intrants décrit ci-dessus, une certaine quantité
d'impuretés et de vapeur d'eau.
Toujours en se référant aux Figures 1 et 2, le réacteur 10 comprend une deuxième zone de réaction 14 qui se situe en aval de de la première zone 12. Dans certaines réalisations, comme mentionné précédemment et illustré sur la Figure 2 en particulier, l'oxy-flamme 22 qui est générée dans la première zone peut s'étendre jusque dans la deuxième zone 14.
La deuxième zone reçoit le gaz formé dans la première zone de réaction qui comprend du CO et de la vapeur d'eau générés par les réactions (A), (B), et optionnellement (C), et possiblement une certaine quantité de CO2 résiduel. Cette deuxième zone 14 est en outre alimentée par un deuxième flux réducteur 24 comprenant de l'hydrogène et/ou une deuxième source de carbone comprenant au moins un hydrocarbure. En outre, le flux réducteur 24 peut comprendre de la vapeur d'eau. Après injection du deuxième flux réducteur dans la deuxième zone du réacteur, on récupère un second gaz 26 comprenant le gaz de synthèse à la sortie du réacteur 28.
Selon certaines réalisations, le deuxième flux réducteur 24 comprend au moins un hydrocarbure comme deuxième source de carbone, et la génération du gaz de synthèse, dans la deuxième zone 14, est réalisée en partie par vaporeformage du ou des hydrocarbures avec la vapeur d'eau comprise dans le premier gaz et/ou de la vapeur d'eau éventuellement présente dans le flux réducteur 24 comme mentionné ci-dessus.
Cette source de carbone peut être un hydrocarbure fossile ou renouvelable, de préférence du méthane ou du gaz naturel fossile ou renouvelable (GNR). Dans certaines réalisations, la deuxième source de carbone est du méthane qui provient de biogaz. Dans le cas où on utilise un hydrocarbure qui est du méthane, la réaction (F), et la réaction (G) en présence de CO2 résiduel, se produisent dans la deuxième zone 14.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07 (F) CH4+ H20 => CO + 3H2 (G) CH4 + CO2 => 2 CO + 22 Par vaporeformage du ou des hydrocarbures injectés dans la deuxième zone, un gaz de synthèse respectant les critères présentés par les équations (D) et (E) peut être obtenu.
Comme expliqué ci-dessus, de l'hydrogène peut aussi être injecté dans la deuxième zone 14 pour produire le gaz de synthèse. Lorsque de l'hydrogène additionnel est injecté dans la zone 14 par le flux réducteur 24, on peut d'une part balancer la composition du gaz de synthèse afin de respecter les équations (D) et (E) comme mentionné
précédemment et, d'autre part, réduire la vapeur d'eau et le CO2 résiduel dans cette zone.
En outre, on peut également jouer sur les proportions molaires de CO et H2 dans le gaz de synthèse en injectant à la fois un ou des hydrocarbures et de l'hydrogène dans la deuxième zone 14.
Selon certaines réalisations, l'hydrogène qui est injecté via le deuxième flux réducteur 24 dans la deuxième zone 14 peut être de l'hydrogène bleu tel que décrit ci-dessus, c'est-à-dire de l'hydrogène résultant d'une réaction de vaporeformage de gaz naturel ou de méthane dans laquelle le CO2 généré est au moins en partie capté et séquestré.
Selon certaines réalisations, le deuxième flux réducteur 24 peut comprendre du méthane (CH4) et optionnellement de l'hydrogène (H2) dans un ratio molaire H2/CH4 compris entre 0 et 2,5.
Selon une autre réalisation, on peut injecter dans la deuxième zone, un deuxième flux réducteur 24 comprenant du méthane (CH4) et optionnellement de l'hydrogène (H2), tel que le ratio molaire entre le CH4 injecté et une quantité totale de H2 injecté
dans les deux zones est compris entre 0,1 et 1.
Il est à noter que dans certaines réalisations, le deuxième flux réducteur 24 peut contenir en plus des intrants décrit ci-dessus, de la vapeur d'eau et une faible quantité d'impuretés.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07 Selon certaines réalisations, le flux réducteur 24 injecté dans la deuxième zone 14 peut comprendre du méthane (CH4) et optionnellement de la vapeur d'eau (H20) avec un ratio molaire de la vapeur d'eau (H20) par rapport au CH4 qui peut être compris entre 0 et 2.
Selon certaines réalisations, la réaction dans la deuxième zone 14 du réacteur est réalisée à une température qui est inférieure à la température dans la première zone 12. Dans certaines réalisations, la génération du gaz de synthèse, dans la deuxième zone 12, peut être réalisée à une température d'au moins 700 C et d'au plus 1500 C. Dans certains cas, la température dans la deuxième zone de réaction peut être comprise entre environ 700 C
et environ 1000 C. Ainsi, la température dans la deuxième zone de réaction peut aussi être comprise entre environ 700 C et environ 1400 C, entre environ 700 C et environ 1300 C, entre environ 700 C et environ 1200 C, entre environ 700 C et environ 1100 C, entre environ 700 C et environ 1000 C, entre environ 700 C et environ 900 C, ou encore entre environ 700 C et environ 800 C. Il est possible d'atteindre une température inférieure dans la deuxième zone 14 de diverses manières comme par exemple en ajustant l'isolation et/ou le système de chauffe ou de refroidissement du réacteur. Selon certaines réalisations, on peut atteindre la température désirée dans la deuxième zone de réaction 14 en utilisant une paroi moins isolée que, par exemple, la paroi du réacteur dans la première zone. Il est aussi possible, dans certains cas, d'utiliser un système de refroidissement pour avoir la température désirée dans la deuxième zone du réacteur.
Dans certaines réalisations, selon le type de paroi utilisé pour la deuxième zone, il peut aussi être nécessaire d'apporter de chaleur dans la deuxième zone de réaction.
Selon certaines réalisations, la production du gaz de synthèse dans la deuxième zone 14 du réacteur peut être réalisée en l'absence de catalyseur tel que des catalyseurs solides (e.g., catalyseurs métalliques) comme utilisés conventionnellement.
Avec l'utilisation de la deuxième zone de réaction 14, la quantité de vapeur d'eau qui résulte de la réaction qui a lieu dans la première zone 12 et la vapeur d'eau éventuellement présente dans le flux 24 injecté dans cette deuxième zone est réduite substantiellement.
Ce qui présente un avantage important. De plus, dans certaines réalisations, si du CO2 persiste dans la zone 14 à la suite des réactions qui s'y produisent, et qu'il est préférable d'en réduire davantage, une boucle de retour 30 comme montrée sur la Figure 3, peut être Date Reçue/Date Received 2022-04-07 activée pour retourner une partie du gaz généré dans la deuxième zone 14 dans la première zone 12 du réacteur. Selon certaines réalisations, la partie du second gaz qui est recyclée peut être mélangée avec le premier flux réducteur 18 avant injection dans la première zone 12. En outre, la partie du second gaz qui est recyclée peut être refroidit à
la sortie 28 du réacteur avant d'être retournée dans la première zone. Selon certaines réalisations, le refroidissement qui peut permettre une sur-pressurisation du gaz à la sortie 28, peut être réalisé à l'aide d'un ventilateur.
Selon une réalisation particulière, la production de gaz de synthèse selon la présente méthode peut comprendre l'injection dans la première zone 12, d'un flux oxydant 16 comprenant de l'oxygène et une source de carbone renouvelable et d'un premier flux réducteur 18 comprenant de l'hydrogène vert, et, dans la deuxième zone 14, l'injection d'hydrogène bleu ainsi que qu'une source de carbone fossile. Si la source de carbone renouvelable est du CO2 et la source de carbone fossile est du méthane, les réactions mises en jeu peuvent permettre la production efficace et à moindre coût du gaz de synthèse. L'équation (H) ci-dessous présente un schéma réactionnel global typique qui peut être réalisé :
(H) 1/202+ H2(vert) + CO2(renouvelable) + 2CH4(fossile) + H2(bleu) => 3 (CO+ 2H2) Considérant que la méthode bien que pouvant utiliser des sources de carbone fossile comme intrants, se trouve à utiliser également du CO2 comme intrant, l'émission nette de GES du réacteur peut être nulle ou très proche de zéro, la présente méthode peut être considérée comme une méthode de captage et de valorisation du carbone (CCU-carbon capture and utilisation).
Une représentation schématique d'un réacteur qui peut être utilisé pour l'implantation de la présente méthode, est représenté sur les Figures 1 à 3. Cependant, le design du réacteur peut varier et/ou un système comprenant plusieurs réacteurs peut être utilisé.
D'autres exemples de designs sont présentés sur les Figures 4 et 5 qui seront discutées ci-après. Cependant, le design du réacteur ou du système n'est pas limité aux représentations des Figures 1 à 5, et ce design peut être ajusté tant qu'il permet de réaliser Date Reçue/Date Received 2022-04-07 les réactions impliquées pour la production du gaz de synthèse, selon les paramètres décrits ci-dessus.
Dans certaines réalisations, on peut utiliser un réacteur de forme cylindrique qui comprend deux zones de réaction, comme décrites ci-dessus. Selon certaines réalisations, chacune des deux zones peut elle-même être cylindrique.
Le réacteur 10 peut comprendre un premier moyen pour injecter le flux oxydant 16 dans une partie inférieure et centrale de la première zone 12 et un second moyen pour injecter le premier flux réducteur 18 dans la partie inférieure de la première zone en périphérie du flux oxydant. Dans certaines réalisations, le réacteur peut comprendre un premier tube central par lequel le flux oxydant 16 est injecté dans la première zone 12 et un espace annulaire s'étendant perpendiculairement entre une paroi externe du tube central et une paroi interne de la première zone 12 pour injecter le premier flux réducteur 18. En outre, le réacteur peut comprendre un troisième moyen pour injecter le deuxième flux réducteur 24 dans la deuxième zone 14. Dans certaines réalisations, ce troisième moyen peut consister en une ouverture formée par un espace annulaire s'étendant entre une paroi externe de la première zone 12 et une paroi interne de la deuxième zone 14, dans une région supérieure de la première zone et une région inférieure de la deuxième zone. Le réacteur peut aussi comprendre une sortie 28 dans une partie supérieure de la deuxième zone 14 pour récupérer le gaz formé dans la deuxième zone qui comprend le gaz de synthèse. En outre, comme mentionné ci-dessus, le réacteur peut être muni d'une boucle de retour 30 (Figure 3 pour éventuellement retourner une partie du gaz formé
dans la deuxième zone 14.
Selon un autre mode de réalisation, la production du gaz de synthèse peut être réalisée en utilisant une pluralité de réacteurs positionnés en parallèle, comme montré
sur la Figure 4. Chacun des réacteurs peut correspondre à l'un des réacteurs représentés sur les Figures 1 à 3 par exemple. Cependant, les réacteurs de la Figure 4 peuvent avoir un design différent tant que chaque réacteur possède une première zone où sont injectés le flux oxydant et le premier flux réducteur pour produire le premier gaz, et une seconde zone où est injecté le deuxième flux réducteur pour générer le second gaz comprenant le gaz de synthèse, selon les paramètres et conditions décrites précédemment.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07 Selon encore un autre mode de réalisation, la production du gaz de synthèse peut être réalisée en utilisant un réacteur comprenant une pluralité de premières zones 12 et une seconde zone 14 commune (Figures 5 et 6). Plus particulièrement, dans ce mode de réalisation, chaque première zone 12 du réacteur est alimentée par le flux oxydant et le premier flux réducteur pour produire le premier gaz dans chaque première zone, et la deuxième zone commune 14 est alimentée par le deuxième flux réducteur 24 et reçoit le premier gaz produit dans chaque première zone pour générer le second gaz dans la deuxième zone commune. Ainsi, les premières zones 12 fonctionne en parallèle et chacune comporte une oxy-flamme. Selon certaines réalisations, le deuxième flux réducteur 24 peut être injecté dans la deuxième zone commune 14 par au moins une entrée qui peut se situer dans une zone périphérique de la deuxième zone.
Cependant, plusieurs entrées peuvent être prévues pour injecter le deuxième flux réducteur 24 dans la deuxième zone. Par exemple, des entrées peuvent être prévues à plusieurs endroits dans une zone périphérique de la deuxième zone et à proximité de la partie inférieure de sa paroi interne.
Le gaz de synthèse qui est obtenu en sortie du réacteur est généralement refroidi pour ensuite être utilisé directement dans une synthèse chimique ultérieure. La méthode décrite dans le présent document peut permettre de produire des gaz de synthèse à base de CO
et de H2 qui sont balancés, i.e., avec des proportions de CO et H2 appropriées, pour .. ensuite permettre la production d'une variété de produits par des synthèses chimiques conventionnelles. Ainsi, il est possible en contrôlant la nature et la quantité de réactifs utilisés (e.g., le débit des courants gazeux), de produire un gaz de synthèse où la proportion de CO et H2 est adaptée pour que le mélange soit directement utilisable dans une synthèse chimique ultérieure. Il est également possible de jouer sur la proportion de CO et H2 dans le gaz de synthèse en contrôlant la température et éventuellement la pression dans chaque zone de réaction du réacteur. Cette pression est généralement autour de la pression atmosphérique et peut typiquement varier entre 1 et 1,5 bar, pour chaque zone.
Dans certaines réalisations, le gaz de synthèse produit par la présente méthode peut être utilisé pour produire un grand nombre de produits chimiques de base et des carburants.
Parmi ces produits, on retrouve notamment le méthanol et les hydrocarbures tels que ceux Date Reçue/Date Received 2022-04-07 qu'on retrouve dans l'essence à moteur, le diesel, le kérosène, pour nommer quelques exemples.
La méthode de production de gaz de synthèse décrite ci-dessus et le réacteur que l'on peut utiliser pour réaliser cette méthode présentent donc plusieurs avantages.
Les réactifs sont facilement accessibles et peuvent dériver de sources renouvelables et la méthode est simple à mettre en oeuvre. Il n'est pas nécessaire d'avoir recours à
l'utilisation de catalyseurs solides. Il est possible d'utiliser de l'hydrogène provenant de diverses sources et il est donc possible de réduire les coûts en utilisant de l'hydrogène produit à plus faible coût. Ainsi, si l'hydrogène vert est produit à coût plus élevé que l'hydrogène bleu par exemple, on peut diminuer la quantité d'hydrogène vert utilisé dans la méthode en utilisant de l'hydrogène bleu en plus de l'hydrogène vert, ou simplement en utilisant uniquement de l'hydrogène bleu. La méthode permet aussi de prendre avantage de la vapeur d'eau générée lors de la réduction du CO2, en la mettant à contribution pour produire le gaz de synthèse. Ceci évite d'avoir à condenser une quantité importante d'eau comme cela se fait dans d'autres méthodes connues et évite une perte indirecte d'hydrogène via la vapeur d'eau. La méthode a un effet environnemental bénéfique en recyclant le CO2 tout en permettant la conversion efficace d'autres sources de carbone potentielles comme des hydrocarbures fossiles, tel que le méthane par exemple.
Bien que certaines réalisations de la technologie aient été décrites ci-dessus, la technologie n'est pas limitée à ces seules réalisations. Plusieurs modifications pourraient être effectuées à l'un ou l'autre des modes de réalisations décrits ci-dessus, et ce, sans sortir du cadre de la présente technologie telle qu'envisagée.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07
S'il y a présence d'une source de carbone biogénique dans le premier flux réducteur 18, la réaction globale (C) suivante se produit dans la première zone :
(C) CHI30y + a H2 + b02 => c H2 + d CO + e H20 + f CO2 Les coefficients stoechiométriques peuvent être déterminés en partant de la formule chimique du composé organique utilisé comme source de carbone.
Par exemple, pour a = 1, les coefficients peuvent avoir les valeurs suivantes tout dépendant des valeurs de p et y:
= a entre 1 et 5 Date Reçue/Date Received 2022-04-07 = b entre 0,25 et 1 = c entre 2 et 3 = d entre 0,5 et 1 = e entre 0,5 et 2,5 = f entre 0,15 et 0,75.
Dans certaines réalisations, les quantités d'hydrogène injectées dans la première zone 12 (hydrogène vert, bleu et/ou turquoise) sont dosées de façon à réduire au maximum les coûts d'opération tout en assurant qu'a la sortie du réacteur, la composition molaire du gaz synthèse satisfasse les équations (D) et (E) suivantes :
(D) H2/C0 2 (E) (H2-0O2)/(CO+CO2) 2 Ces équations prennent également en compte le fait que de l'hydrogène additionnel peut être introduit dans la deuxième zone 14 du réacteur via le flux 24, comme cela va être discuté ci-dessous, pour balancer la composition du gaz synthèse.
Dans certaines réalisations en particulier, l'hydrogène, l'oxygène et le CO2 sont injectés dans la première zone 12 dans un ratio molaire H2/02 d'au moins 2, et un ratio molaire H2/CO2 d'au moins 1,8. Selon une autre réalisation, l'hydrogène, l'oxygène et le CO2 peuvent être injectés dans la première zone dans un ratio molaire H2/02 compris entre 2 et 10, et un ratio molaire H2/CO2 compris entre 1,8 et 9. Ainsi, l'hydrogène et l'oxygène peuvent être injectés dans la première zone 12 avec un rapport molaire H2/02 d'environ 2, d'environ 3, d'environ 4, d'environ 5, d'environ 6, d'environ 7, d'environ 8, d'environ 9, ou d'environ 10, ou n'importe quelle valeur comprise entre ces valeurs. De plus, on peut ajuster la quantité d'hydrogène et la quantité de CO2 injectés dans la première zone tel que le rapport molaire H2/CO2 soit d'environ 1,8, ou environ 2, ou environ 3, ou environ 4, .. ou environ 5, ou environ 6, ou environ 7, ou environ 8, ou environ 9, ou n'importe quelle valeur comprise entre ces valeurs. Selon certaines réalisations, l'oxygène et le CO2 peuvent être injectés dans la première zone dans un ratio molaire 02/CO2 d'au moins 0,5.
Par exemple, l'oxygène et le CO2 peuvent être injectés dans la première zone dans un ratio molaire 02/CO2 compris entre 0,5 et 5. Ainsi, on peut ajuster la quantité d'oxygène et Date Reçue/Date Received 2022-04-07 la quantité de CO2 injectés dans la première zone tel que le rapport molaire 02/CO2 soit d'environ 0,5, ou d'environ 1, ou d'environ 2, ou d'environ 3, ou d'environ 4, ou d'environ 5, ou n'importe quelle valeur comprise entre ces valeurs. Les rapports molaires H2/02, H2/02 et 02/CO2 peut être ajustés selon la quantité des autres gaz injectés dans le réacteur le cas échéant, et selon le ratio de CO et H2 désiré dans le gaz de synthèse final.
Il est à noter que dans certaines réalisations, le flux oxydant 16 et/ou le flux réducteur 18 peuvent contenir en plus des intrants décrit ci-dessus, une certaine quantité
d'impuretés et de vapeur d'eau.
Toujours en se référant aux Figures 1 et 2, le réacteur 10 comprend une deuxième zone de réaction 14 qui se situe en aval de de la première zone 12. Dans certaines réalisations, comme mentionné précédemment et illustré sur la Figure 2 en particulier, l'oxy-flamme 22 qui est générée dans la première zone peut s'étendre jusque dans la deuxième zone 14.
La deuxième zone reçoit le gaz formé dans la première zone de réaction qui comprend du CO et de la vapeur d'eau générés par les réactions (A), (B), et optionnellement (C), et possiblement une certaine quantité de CO2 résiduel. Cette deuxième zone 14 est en outre alimentée par un deuxième flux réducteur 24 comprenant de l'hydrogène et/ou une deuxième source de carbone comprenant au moins un hydrocarbure. En outre, le flux réducteur 24 peut comprendre de la vapeur d'eau. Après injection du deuxième flux réducteur dans la deuxième zone du réacteur, on récupère un second gaz 26 comprenant le gaz de synthèse à la sortie du réacteur 28.
Selon certaines réalisations, le deuxième flux réducteur 24 comprend au moins un hydrocarbure comme deuxième source de carbone, et la génération du gaz de synthèse, dans la deuxième zone 14, est réalisée en partie par vaporeformage du ou des hydrocarbures avec la vapeur d'eau comprise dans le premier gaz et/ou de la vapeur d'eau éventuellement présente dans le flux réducteur 24 comme mentionné ci-dessus.
Cette source de carbone peut être un hydrocarbure fossile ou renouvelable, de préférence du méthane ou du gaz naturel fossile ou renouvelable (GNR). Dans certaines réalisations, la deuxième source de carbone est du méthane qui provient de biogaz. Dans le cas où on utilise un hydrocarbure qui est du méthane, la réaction (F), et la réaction (G) en présence de CO2 résiduel, se produisent dans la deuxième zone 14.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07 (F) CH4+ H20 => CO + 3H2 (G) CH4 + CO2 => 2 CO + 22 Par vaporeformage du ou des hydrocarbures injectés dans la deuxième zone, un gaz de synthèse respectant les critères présentés par les équations (D) et (E) peut être obtenu.
Comme expliqué ci-dessus, de l'hydrogène peut aussi être injecté dans la deuxième zone 14 pour produire le gaz de synthèse. Lorsque de l'hydrogène additionnel est injecté dans la zone 14 par le flux réducteur 24, on peut d'une part balancer la composition du gaz de synthèse afin de respecter les équations (D) et (E) comme mentionné
précédemment et, d'autre part, réduire la vapeur d'eau et le CO2 résiduel dans cette zone.
En outre, on peut également jouer sur les proportions molaires de CO et H2 dans le gaz de synthèse en injectant à la fois un ou des hydrocarbures et de l'hydrogène dans la deuxième zone 14.
Selon certaines réalisations, l'hydrogène qui est injecté via le deuxième flux réducteur 24 dans la deuxième zone 14 peut être de l'hydrogène bleu tel que décrit ci-dessus, c'est-à-dire de l'hydrogène résultant d'une réaction de vaporeformage de gaz naturel ou de méthane dans laquelle le CO2 généré est au moins en partie capté et séquestré.
Selon certaines réalisations, le deuxième flux réducteur 24 peut comprendre du méthane (CH4) et optionnellement de l'hydrogène (H2) dans un ratio molaire H2/CH4 compris entre 0 et 2,5.
Selon une autre réalisation, on peut injecter dans la deuxième zone, un deuxième flux réducteur 24 comprenant du méthane (CH4) et optionnellement de l'hydrogène (H2), tel que le ratio molaire entre le CH4 injecté et une quantité totale de H2 injecté
dans les deux zones est compris entre 0,1 et 1.
Il est à noter que dans certaines réalisations, le deuxième flux réducteur 24 peut contenir en plus des intrants décrit ci-dessus, de la vapeur d'eau et une faible quantité d'impuretés.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07 Selon certaines réalisations, le flux réducteur 24 injecté dans la deuxième zone 14 peut comprendre du méthane (CH4) et optionnellement de la vapeur d'eau (H20) avec un ratio molaire de la vapeur d'eau (H20) par rapport au CH4 qui peut être compris entre 0 et 2.
Selon certaines réalisations, la réaction dans la deuxième zone 14 du réacteur est réalisée à une température qui est inférieure à la température dans la première zone 12. Dans certaines réalisations, la génération du gaz de synthèse, dans la deuxième zone 12, peut être réalisée à une température d'au moins 700 C et d'au plus 1500 C. Dans certains cas, la température dans la deuxième zone de réaction peut être comprise entre environ 700 C
et environ 1000 C. Ainsi, la température dans la deuxième zone de réaction peut aussi être comprise entre environ 700 C et environ 1400 C, entre environ 700 C et environ 1300 C, entre environ 700 C et environ 1200 C, entre environ 700 C et environ 1100 C, entre environ 700 C et environ 1000 C, entre environ 700 C et environ 900 C, ou encore entre environ 700 C et environ 800 C. Il est possible d'atteindre une température inférieure dans la deuxième zone 14 de diverses manières comme par exemple en ajustant l'isolation et/ou le système de chauffe ou de refroidissement du réacteur. Selon certaines réalisations, on peut atteindre la température désirée dans la deuxième zone de réaction 14 en utilisant une paroi moins isolée que, par exemple, la paroi du réacteur dans la première zone. Il est aussi possible, dans certains cas, d'utiliser un système de refroidissement pour avoir la température désirée dans la deuxième zone du réacteur.
Dans certaines réalisations, selon le type de paroi utilisé pour la deuxième zone, il peut aussi être nécessaire d'apporter de chaleur dans la deuxième zone de réaction.
Selon certaines réalisations, la production du gaz de synthèse dans la deuxième zone 14 du réacteur peut être réalisée en l'absence de catalyseur tel que des catalyseurs solides (e.g., catalyseurs métalliques) comme utilisés conventionnellement.
Avec l'utilisation de la deuxième zone de réaction 14, la quantité de vapeur d'eau qui résulte de la réaction qui a lieu dans la première zone 12 et la vapeur d'eau éventuellement présente dans le flux 24 injecté dans cette deuxième zone est réduite substantiellement.
Ce qui présente un avantage important. De plus, dans certaines réalisations, si du CO2 persiste dans la zone 14 à la suite des réactions qui s'y produisent, et qu'il est préférable d'en réduire davantage, une boucle de retour 30 comme montrée sur la Figure 3, peut être Date Reçue/Date Received 2022-04-07 activée pour retourner une partie du gaz généré dans la deuxième zone 14 dans la première zone 12 du réacteur. Selon certaines réalisations, la partie du second gaz qui est recyclée peut être mélangée avec le premier flux réducteur 18 avant injection dans la première zone 12. En outre, la partie du second gaz qui est recyclée peut être refroidit à
la sortie 28 du réacteur avant d'être retournée dans la première zone. Selon certaines réalisations, le refroidissement qui peut permettre une sur-pressurisation du gaz à la sortie 28, peut être réalisé à l'aide d'un ventilateur.
Selon une réalisation particulière, la production de gaz de synthèse selon la présente méthode peut comprendre l'injection dans la première zone 12, d'un flux oxydant 16 comprenant de l'oxygène et une source de carbone renouvelable et d'un premier flux réducteur 18 comprenant de l'hydrogène vert, et, dans la deuxième zone 14, l'injection d'hydrogène bleu ainsi que qu'une source de carbone fossile. Si la source de carbone renouvelable est du CO2 et la source de carbone fossile est du méthane, les réactions mises en jeu peuvent permettre la production efficace et à moindre coût du gaz de synthèse. L'équation (H) ci-dessous présente un schéma réactionnel global typique qui peut être réalisé :
(H) 1/202+ H2(vert) + CO2(renouvelable) + 2CH4(fossile) + H2(bleu) => 3 (CO+ 2H2) Considérant que la méthode bien que pouvant utiliser des sources de carbone fossile comme intrants, se trouve à utiliser également du CO2 comme intrant, l'émission nette de GES du réacteur peut être nulle ou très proche de zéro, la présente méthode peut être considérée comme une méthode de captage et de valorisation du carbone (CCU-carbon capture and utilisation).
Une représentation schématique d'un réacteur qui peut être utilisé pour l'implantation de la présente méthode, est représenté sur les Figures 1 à 3. Cependant, le design du réacteur peut varier et/ou un système comprenant plusieurs réacteurs peut être utilisé.
D'autres exemples de designs sont présentés sur les Figures 4 et 5 qui seront discutées ci-après. Cependant, le design du réacteur ou du système n'est pas limité aux représentations des Figures 1 à 5, et ce design peut être ajusté tant qu'il permet de réaliser Date Reçue/Date Received 2022-04-07 les réactions impliquées pour la production du gaz de synthèse, selon les paramètres décrits ci-dessus.
Dans certaines réalisations, on peut utiliser un réacteur de forme cylindrique qui comprend deux zones de réaction, comme décrites ci-dessus. Selon certaines réalisations, chacune des deux zones peut elle-même être cylindrique.
Le réacteur 10 peut comprendre un premier moyen pour injecter le flux oxydant 16 dans une partie inférieure et centrale de la première zone 12 et un second moyen pour injecter le premier flux réducteur 18 dans la partie inférieure de la première zone en périphérie du flux oxydant. Dans certaines réalisations, le réacteur peut comprendre un premier tube central par lequel le flux oxydant 16 est injecté dans la première zone 12 et un espace annulaire s'étendant perpendiculairement entre une paroi externe du tube central et une paroi interne de la première zone 12 pour injecter le premier flux réducteur 18. En outre, le réacteur peut comprendre un troisième moyen pour injecter le deuxième flux réducteur 24 dans la deuxième zone 14. Dans certaines réalisations, ce troisième moyen peut consister en une ouverture formée par un espace annulaire s'étendant entre une paroi externe de la première zone 12 et une paroi interne de la deuxième zone 14, dans une région supérieure de la première zone et une région inférieure de la deuxième zone. Le réacteur peut aussi comprendre une sortie 28 dans une partie supérieure de la deuxième zone 14 pour récupérer le gaz formé dans la deuxième zone qui comprend le gaz de synthèse. En outre, comme mentionné ci-dessus, le réacteur peut être muni d'une boucle de retour 30 (Figure 3 pour éventuellement retourner une partie du gaz formé
dans la deuxième zone 14.
Selon un autre mode de réalisation, la production du gaz de synthèse peut être réalisée en utilisant une pluralité de réacteurs positionnés en parallèle, comme montré
sur la Figure 4. Chacun des réacteurs peut correspondre à l'un des réacteurs représentés sur les Figures 1 à 3 par exemple. Cependant, les réacteurs de la Figure 4 peuvent avoir un design différent tant que chaque réacteur possède une première zone où sont injectés le flux oxydant et le premier flux réducteur pour produire le premier gaz, et une seconde zone où est injecté le deuxième flux réducteur pour générer le second gaz comprenant le gaz de synthèse, selon les paramètres et conditions décrites précédemment.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07 Selon encore un autre mode de réalisation, la production du gaz de synthèse peut être réalisée en utilisant un réacteur comprenant une pluralité de premières zones 12 et une seconde zone 14 commune (Figures 5 et 6). Plus particulièrement, dans ce mode de réalisation, chaque première zone 12 du réacteur est alimentée par le flux oxydant et le premier flux réducteur pour produire le premier gaz dans chaque première zone, et la deuxième zone commune 14 est alimentée par le deuxième flux réducteur 24 et reçoit le premier gaz produit dans chaque première zone pour générer le second gaz dans la deuxième zone commune. Ainsi, les premières zones 12 fonctionne en parallèle et chacune comporte une oxy-flamme. Selon certaines réalisations, le deuxième flux réducteur 24 peut être injecté dans la deuxième zone commune 14 par au moins une entrée qui peut se situer dans une zone périphérique de la deuxième zone.
Cependant, plusieurs entrées peuvent être prévues pour injecter le deuxième flux réducteur 24 dans la deuxième zone. Par exemple, des entrées peuvent être prévues à plusieurs endroits dans une zone périphérique de la deuxième zone et à proximité de la partie inférieure de sa paroi interne.
Le gaz de synthèse qui est obtenu en sortie du réacteur est généralement refroidi pour ensuite être utilisé directement dans une synthèse chimique ultérieure. La méthode décrite dans le présent document peut permettre de produire des gaz de synthèse à base de CO
et de H2 qui sont balancés, i.e., avec des proportions de CO et H2 appropriées, pour .. ensuite permettre la production d'une variété de produits par des synthèses chimiques conventionnelles. Ainsi, il est possible en contrôlant la nature et la quantité de réactifs utilisés (e.g., le débit des courants gazeux), de produire un gaz de synthèse où la proportion de CO et H2 est adaptée pour que le mélange soit directement utilisable dans une synthèse chimique ultérieure. Il est également possible de jouer sur la proportion de CO et H2 dans le gaz de synthèse en contrôlant la température et éventuellement la pression dans chaque zone de réaction du réacteur. Cette pression est généralement autour de la pression atmosphérique et peut typiquement varier entre 1 et 1,5 bar, pour chaque zone.
Dans certaines réalisations, le gaz de synthèse produit par la présente méthode peut être utilisé pour produire un grand nombre de produits chimiques de base et des carburants.
Parmi ces produits, on retrouve notamment le méthanol et les hydrocarbures tels que ceux Date Reçue/Date Received 2022-04-07 qu'on retrouve dans l'essence à moteur, le diesel, le kérosène, pour nommer quelques exemples.
La méthode de production de gaz de synthèse décrite ci-dessus et le réacteur que l'on peut utiliser pour réaliser cette méthode présentent donc plusieurs avantages.
Les réactifs sont facilement accessibles et peuvent dériver de sources renouvelables et la méthode est simple à mettre en oeuvre. Il n'est pas nécessaire d'avoir recours à
l'utilisation de catalyseurs solides. Il est possible d'utiliser de l'hydrogène provenant de diverses sources et il est donc possible de réduire les coûts en utilisant de l'hydrogène produit à plus faible coût. Ainsi, si l'hydrogène vert est produit à coût plus élevé que l'hydrogène bleu par exemple, on peut diminuer la quantité d'hydrogène vert utilisé dans la méthode en utilisant de l'hydrogène bleu en plus de l'hydrogène vert, ou simplement en utilisant uniquement de l'hydrogène bleu. La méthode permet aussi de prendre avantage de la vapeur d'eau générée lors de la réduction du CO2, en la mettant à contribution pour produire le gaz de synthèse. Ceci évite d'avoir à condenser une quantité importante d'eau comme cela se fait dans d'autres méthodes connues et évite une perte indirecte d'hydrogène via la vapeur d'eau. La méthode a un effet environnemental bénéfique en recyclant le CO2 tout en permettant la conversion efficace d'autres sources de carbone potentielles comme des hydrocarbures fossiles, tel que le méthane par exemple.
Bien que certaines réalisations de la technologie aient été décrites ci-dessus, la technologie n'est pas limitée à ces seules réalisations. Plusieurs modifications pourraient être effectuées à l'un ou l'autre des modes de réalisations décrits ci-dessus, et ce, sans sortir du cadre de la présente technologie telle qu'envisagée.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07
Claims (98)
1- Une méthode de production de gaz de synthèse comprenant du monoxyde de carbone (CO) et de l'hydrogène (H2), la méthode comprenant :
injection d'un flux oxydant comprenant de l'oxygène (02) et d'un premier flux réducteur comprenant de l'hydrogène dans au moins une première zone d'au moins un réacteur, où le flux oxydant et/ou le premier flux réducteur comprend en outre une première source de carbone qui est du CO2;
génération d'une oxy-flamme dans la première zone par réaction entre l'oxygène du flux oxydant et l'hydrogène du premier flux réducteur, et production d'un premier gaz io comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20) par mise en contact du flux oxydant et du premier flux réducteur avec l'oxy-flamme;
injection dans au moins une deuxième zone du réacteur en aval de la première zone d'un deuxième flux réducteur comprenant de l'hydrogène et/ou une deuxième source de carbone comprenant au moins un hydrocarbure, la deuxième source carbone lorsque
1 5 présente dans le deuxième flux réducteur étant éventuellement injectée avec de la vapeur d'eau;
génération d'un second gaz comprenant le gaz de synthèse, dans la deuxième zone du réacteur, à partir du premier gaz issu de la première zone et du deuxième flux réducteur.
génération d'un second gaz comprenant le gaz de synthèse, dans la deuxième zone du réacteur, à partir du premier gaz issu de la première zone et du deuxième flux réducteur.
20 2- La méthode selon la revendication 1, dans laquelle le flux oxydant comprend de l'oxygène et du CO2.
3- La méthode selon la revendication 1, dans laquelle le premier flux réducteur comprend de l'hydrogène et du CO2.
4- La méthode selon la revendication 1, dans laquelle le flux oxydant et le premier flux 25 réducteur comprennent chacun du CO2.
5- La méthode selon la revendication 1, dans laquelle seul le flux oxydant comprend du CO2.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07
Date Reçue/Date Received 2022-04-07
6- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le CO2 provient d'un rejet industriel, est du CO2 biogénique provenant d'un biogaz, est du CO2 capté directement de l'air ambiant ou un mélange de ceux-ci.
7- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le premier flux réducteur comprend en outre un composé organique issue de la biomasse.
8- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le premier flux réducteur comprend en outre un composé de formule CHI30y avec a variant de 1 à 5, 13 variant de 2 à 10 et y variant de 1 à 4.
9- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle io l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur résulte d'une réaction d'électrolyse de l'eau.
10- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur résulte d'une réaction d'électrolyse de l'eau dans un électrolyseur qui est alimenté par de l'électricité produite à
partir de source renouvelable (e.g., produite à partir de l'énergie solaire, l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique, la biomasse ou la géothermie) ou d'énergie nucléaire.
partir de source renouvelable (e.g., produite à partir de l'énergie solaire, l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique, la biomasse ou la géothermie) ou d'énergie nucléaire.
11- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur résulte d'une réaction de vaporeformage de gaz naturel ou de méthane dans laquelle le CO2 généré est au moins en partie capté et séquestré.
12- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur comprend de l'hydrogène résultant d'une réaction de pyrolyse de méthane.
13- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur comprend de l'hydrogène résultant d'une réaction d'électrolyse de l'eau dans un électrolyseur qui est alimenté
par de l'électricité produite à partir de source renouvelable (e.g., produite à
partir de l'énergie Date Reçue/Date Received 2022-04-07 solaire, l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique, la biomasse ou la géothermie) ou d'énergie nucléaire, et de l'hydrogène résultant d'une réaction de vaporeformage de gaz naturel ou de méthane dans laquelle le CO2 généré est au moins en partie capté
et séquestré.
par de l'électricité produite à partir de source renouvelable (e.g., produite à
partir de l'énergie Date Reçue/Date Received 2022-04-07 solaire, l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique, la biomasse ou la géothermie) ou d'énergie nucléaire, et de l'hydrogène résultant d'une réaction de vaporeformage de gaz naturel ou de méthane dans laquelle le CO2 généré est au moins en partie capté
et séquestré.
14- La méthode selon l'une quelconque des revendications 10, 11 et 13, dans laquelle l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur comprend en outre de l'hydrogène résultant d'une réaction de pyrolyse de méthane.
15- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans laquelle l'hydrogène, l'oxygène et le CO2 sont injectés dans la première zone dans un ratio molaire io H2/02 d'au moins 2, et un ratio molaire H2/CO2 d'au moins 1,8.
16- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans laquelle l'hydrogène, l'oxygène et le CO2 sont injectés dans la première zone dans un ratio molaire H2/02 compris entre 2 et 10, et un ratio molaire H2/CO2 compris entre 1,8 et 9.
17- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, dans laquelle 1 5 l'oxygène et le CO2 sont injectés dans la première zone dans un ratio molaire 02/CO2 d'au moins 0,5.
18- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, dans laquelle l'oxygène et le CO2 sont injectés dans la première zone dans un ratio molaire compris entre 0,5 et 5.
20 19- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, dans laquelle le deuxième flux réducteur comprend la deuxième source de carbone et la génération du gaz de synthèse comprend un vaporeformage du ou des hydrocarbures avec la vapeur d'eau comprise dans le premier gaz.
20- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, dans laquelle le 25 deuxième flux réducteur comprend la deuxième source de carbone et de la vapeur d'eau et la génération du gaz de synthèse comprend un vaporeformage du ou des hydrocarbures avec la vapeur d'eau comprise dans le premier gaz et la vapeur d'eau comprise dans le deuxième flux réducteur.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07
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21- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, dans laquelle la deuxième source de carbone comprend un hydrocarbure fossile ou renouvelable.
22- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, dans laquelle la deuxième source de carbone comprend du gaz naturel fossile ou renouvelable.
23- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, dans laquelle la deuxième source de carbone comprend du méthane.
24- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, dans laquelle la deuxième source de carbone comprend du méthane provenant d'un biogaz.
25- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 24, dans laquelle le io deuxième flux réducteur comprend du méthane (CH4) et optionnellement de l'hydrogène (H2) dans un ratio molaire H2/CH4 compris entre 0 et 2,5.
26- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 25, dans laquelle le deuxième flux réducteur comprend du méthane (CH4) et optionnellement de l'hydrogène (H2) et un ratio molaire entre le CH4 injecté et une quantité totale de H2 injecté dans les deux zones est compris entre 0,1 et 1.
27- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 26, dans laquelle le deuxième flux réducteur comprend de l'hydrogène.
28- La méthode selon la revendication 27, dans laquelle le deuxième flux réducteur comprend une quantité d'hydrogène pour balancer la composition molaire du gaz de synthèse tel que H2/C0 2 et (H2-0O2)/(CO+CO2) 2.
29- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 28, dans laquelle le deuxième flux réducteur comprend de l'hydrogène résultant d'une réaction de vaporeformage de gaz naturel ou de méthane dans laquelle le CO2généré est au moins en partie capté et séquestré.
30- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 29, dans laquelle le deuxième flux réducteur comprend du méthane (CH4) et optionnellement de la vapeur Date Reçue/Date Received 2022-04-07 d'eau (H20) et un ratio molaire entre la vapeur d'eau (H20) et le CH4 est compris entre 0 et 2.
31- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 30, dans laquelle le deuxième flux réducteur comprend de la vapeur d'eau.
.. 32- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 31, dans laquelle la production du premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20), dans la première zone, est réalisée à une température d'au moins 1000 C et d'au plus 2400 C.
33- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 32, dans laquelle la io production du premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20), dans la première zone, est réalisée à une température comprise entre environ 1000 C et environ 1900 C.
34- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 33, dans laquelle la génération du gaz de synthèse, dans la deuxième zone, est réalisée à une température 1 5 d'au moins 700 C et d'au plus 1500 C.
35- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 34, dans laquelle la génération du gaz de synthèse, dans la deuxième zone, est réalisée à une température comprise entre environ 700 C et environ 1000 C.
36- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 35, dans laquelle la 20 génération du gaz de synthèse, dans la deuxième zone, est réalisée à une température inférieure à une température dans la première zone.
37- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 36, dans laquelle la production du monoxyde de carbone et de la vapeur d'eau dans la première zone est réalisée en l'absence de catalyseur.
25 38- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 37, dans laquelle la génération du second gaz comprenant le gaz de synthèse dans la deuxième zone du réacteur est réalisée en l'absence de catalyseur.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07
Date Reçue/Date Received 2022-04-07
39- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 38, dans laquelle l'oxygène (02) présent dans le flux oxydant résulte d'une réaction d'électrolyse de l'eau.
40- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 39, dans laquelle l'oxygène (02) présent dans le flux oxydant provient d'une unité de séparation d'air (ASU).
41- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 40, dans laquelle le flux oxydant est injecté dans une partie inférieure et centrale de la première zone et le premier flux réducteur est injecté dans la partie inférieure de la première zone en périphérie du flux oxydant.
42- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 41, dans laquelle le io second gaz généré dans la deuxième zone comprend le gaz de synthèse et du résiduel et la méthode comprend en outre un recyclage d'une partie du second gaz dans la première zone.
43- La méthode selon la revendication 42, dans laquelle la partie du second gaz est recyclée dans le premier flux réducteur.
1 5 44-La méthode selon la revendication 42 ou 43, comprenant en outre un refroidissement de la partie du second gaz à recycler, avant le recyclage.
45- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 44, dans laquelle la méthode est réalisée dans une pluralité de réacteurs en parallèle, chaque réacteur possédant la première zone où sont injectés le flux oxydant et le premier flux réducteur et 20 où
est produit le premier gaz, et la seconde zone où est injecté le deuxième flux réducteur et où est généré le second gaz.
est produit le premier gaz, et la seconde zone où est injecté le deuxième flux réducteur et où est généré le second gaz.
46- La méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 44, dans laquelle le réacteur comprend une pluralité de premières zones et une seconde zone commune, et dans laquelle :
25 le flux oxydant et le premier flux réducteur sont injectés dans chaque première zone de la pluralité de premières zones et le premier gaz est produit dans chaque première zone, Date Reçue/Date Received 2022-04-07 le deuxième flux réducteur est injecté dans la deuxième zone commune qui reçoit le premier gaz produit dans chaque première zone et le second gaz est généré dans la deuxième zone commune.
25 le flux oxydant et le premier flux réducteur sont injectés dans chaque première zone de la pluralité de premières zones et le premier gaz est produit dans chaque première zone, Date Reçue/Date Received 2022-04-07 le deuxième flux réducteur est injecté dans la deuxième zone commune qui reçoit le premier gaz produit dans chaque première zone et le second gaz est généré dans la deuxième zone commune.
47- Un système pour produire un gaz de synthèse comprenant du monoxyde de carbone (CO) et de l'hydrogène (H2), le système comprenant au moins un réacteur et ledit réacteur comprenant au moins une première zone et au moins une deuxième zone en aval de la première zone, dans lequel:
la première zone est alimentée par un flux oxydant comprenant de l'oxygène (02) et un premier flux réducteur comprenant de l'hydrogène, où le flux oxydant et/ou le premier io flux réducteur comprend en outre une première source de carbone qui est du CO2, et dans la première zone une oxy-flamme est générée par réaction entre l'oxygène du flux oxydant et l'hydrogène du premier flux réducteur, pour produire un premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20) par mise en contact du flux oxydant et du premier flux réducteur avec l'oxy-flamme;
la deuxième zone est alimentée par un deuxième flux réducteur comprenant de l'hydrogène et/ou une deuxième source de carbone comprenant au moins un hydrocarbure, pour générer un second gaz comprenant le gaz de synthèse à
partir du premier gaz issu de la première zone et du deuxième flux réducteur, et le flux réducteur lorsqu'il comprend la deuxième source carbone comprenant éventuellement de la vapeur d'eau.
la première zone est alimentée par un flux oxydant comprenant de l'oxygène (02) et un premier flux réducteur comprenant de l'hydrogène, où le flux oxydant et/ou le premier io flux réducteur comprend en outre une première source de carbone qui est du CO2, et dans la première zone une oxy-flamme est générée par réaction entre l'oxygène du flux oxydant et l'hydrogène du premier flux réducteur, pour produire un premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20) par mise en contact du flux oxydant et du premier flux réducteur avec l'oxy-flamme;
la deuxième zone est alimentée par un deuxième flux réducteur comprenant de l'hydrogène et/ou une deuxième source de carbone comprenant au moins un hydrocarbure, pour générer un second gaz comprenant le gaz de synthèse à
partir du premier gaz issu de la première zone et du deuxième flux réducteur, et le flux réducteur lorsqu'il comprend la deuxième source carbone comprenant éventuellement de la vapeur d'eau.
48- Le système selon la revendication 47, dans lequel le flux oxydant comprend de l'oxygène et du CO2.
49- Le système selon la revendication 47, dans lequel le premier flux réducteur comprend de l'hydrogène et du CO2.
50- Le système selon la revendication 47, dans lequel le flux oxydant et le premier flux réducteur comprennent chacun du CO2.
51- Le système selon la revendication 47, dans lequel seul le flux oxydant comprend du CO2.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07
Date Reçue/Date Received 2022-04-07
52- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 51, dans lequel le CO2 provient d'un rejet industriel, est du CO2 biogénique provenant d'un biogaz, est du CO2 capté directement de l'air ambiant, ou un mélange de ceux-ci.
53- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 52, dans lequel le premier flux réducteur comprend en outre un composé organique issue de la biomasse.
54- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 53, dans lequel le premier flux réducteur comprend en outre un composé de formule CHI30y avec a variant de 1 à 5, j3 variant de 2 à 10 et y variant de 1 à 4.
55- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 54, dans lequel io l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur résulte d'une réaction d'électrolyse de l'eau.
56- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 54, dans lequel l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur résulte d'une réaction d'électrolyse de l'eau dans un électrolyseur qui est alimenté par de l'électricité produite à
partir de source renouvelable (e.g., produite à partir de l'énergie solaire, l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique, la biomasse ou la géothermie) ou d'énergie nucléaire.
partir de source renouvelable (e.g., produite à partir de l'énergie solaire, l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique, la biomasse ou la géothermie) ou d'énergie nucléaire.
57- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 54, dans lequel l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur résulte d'une réaction de vaporeformage de gaz naturel ou de méthane dans lequel le CO2 généré est au moins en partie capté et séquestré.
58- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 54, dans lequel l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur comprend de l'hydrogène résultant d'une réaction de pyrolyse de méthane.
59- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 54, dans lequel l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur comprend de l'hydrogène résultant d'une réaction d'électrolyse de l'eau dans un électrolyseur qui est alimenté
par de l'électricité produite à partir de source renouvelable (e.g., produite à
partir de l'énergie Date Reçue/Date Received 2022-04-07 solaire, l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique, la biomasse ou la géothermie) ou d'énergie nucléaire, et de l'hydrogène résultant d'une réaction de vaporeformage de gaz naturel ou de méthane dans lequel le CO2 généré est au moins en partie capté
et séquestré.
par de l'électricité produite à partir de source renouvelable (e.g., produite à
partir de l'énergie Date Reçue/Date Received 2022-04-07 solaire, l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique, la biomasse ou la géothermie) ou d'énergie nucléaire, et de l'hydrogène résultant d'une réaction de vaporeformage de gaz naturel ou de méthane dans lequel le CO2 généré est au moins en partie capté
et séquestré.
60- Le système selon l'une quelconque des revendications 56, 57 et 59, dans lequel l'hydrogène présent dans le premier flux réducteur comprend en outre de l'hydrogène résultant d'une réaction de pyrolyse de méthane.
61- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 60, dans lequel l'hydrogène, l'oxygène et le CO2 sont injectés dans la première zone dans un ratio molaire io H2/02 d'au moins 2, et un ratio molaire H2/CO2 d'au moins 1,8.
62- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 60, dans lequel l'hydrogène, l'oxygène et le CO2 sont injectés dans la première zone dans un ratio molaire H2/02 compris entre 2 et 10, et un ratio molaire H2/CO2 compris entre 1,8 et 9.
63- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 62, dans lequel 1 5 l'oxygène et le CO2 sont injectés dans la première zone dans un ratio molaire 02/CO2 d'au moins 0,5.
64- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 62, dans lequel l'oxygène et le CO2 sont injectés dans la première zone dans un ratio molaire compris entre 0,5 et 5.
20 65- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 64, dans lequel le deuxième flux réducteur comprend la deuxième source de carbone et la génération du gaz de synthèse comprend un vaporeformage du ou des hydrocarbures avec la vapeur d'eau comprise dans le premier gaz.
66- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 65, dans lequel le 25 deuxième flux réducteur comprend la deuxième source de carbone et de la vapeur d'eau et la génération du gaz de synthèse comprend un vaporeformage du ou des hydrocarbures avec la vapeur d'eau comprise dans le premier gaz et la vapeur d'eau comprise dans le deuxième flux réducteur Date Reçue/Date Received 2022-04-07
67- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 66, dans lequel la deuxième source de carbone comprend un hydrocarbure fossile ou renouvelable.
68- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 66, dans lequel la deuxième source de carbone comprend du gaz naturel fossile ou renouvelable.
69- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 66, dans lequel la deuxième source de carbone comprend du méthane.
70- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 66, dans lequel la deuxième source de carbone comprend du méthane provenant d'un biogaz.
71- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 70, dans lequel le io deuxième flux réducteur comprend du méthane (CH4) et optionnellement de l'hydrogène (H2) dans un ratio molaire H2/CH4 compris entre 0 et 2,5.
72- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 71, dans lequel le deuxième flux réducteur comprend du méthane (CH4) et optionnellement de l'hydrogène (H2) et un ratio molaire entre le CH4 injecté et une quantité totale de H2 injecté dans les deux zones est compris entre 0,1 et 1.
73- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 72, dans lequel le deuxième flux réducteur comprend de l'hydrogène.
74- Le système selon la revendication 73, dans lequel le deuxième flux réducteur comprend une quantité d'hydrogène pour balancer la composition molaire du gaz de synthèse tel que H2/C0 2 et (H2-0O2)/(CO+CO2) 2.
75- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 74, dans lequel le deuxième flux réducteur comprend de l'hydrogène résultant d'une réaction de vaporeformage de gaz naturel ou de méthane dans lequel le CO2généré est au moins en partie capté et séquestré.
76- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 75, dans lequel le deuxième flux réducteur comprend du méthane (CH4) et optionnellement de la vapeur Date Reçue/Date Received 2022-04-07 d'eau (H20) et un ratio molaire entre la vapeur d'eau (H20) et le CH4 est compris entre 0 et 2.
77- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 76, dans lequel le deuxième flux réducteur comprend de la vapeur d'eau.
78- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 77, dans lequel la première zone est à une température d'au moins 1000 C et d'au plus 2400 C lors de la production du premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20).
79- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 77, dans lequel la io première zone est à une température comprise entre environ 1000 C et environ 1900 C
lors de la production du premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20).
lors de la production du premier gaz comprenant au moins du monoxyde de carbone (CO) et de la vapeur d'eau (H20).
80- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 79, dans lequel la deuxième zone est à une température d'au moins 700 C et d'au plus 1500 C lors de la génération du gaz de synthèse.
81- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 79, dans lequel la deuxième zone est à une température comprise entre environ 700 C et environ lors de la génération du gaz de synthèse.
82- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 81, dans lequel la génération du gaz de synthèse, dans la deuxième zone, est réalisée à une température inférieure à une température dans la première zone.
83- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 82, dans lequel la production du monoxyde de carbone et de la vapeur d'eau dans la première zone est réalisée en l'absence de catalyseur.
84- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 83, dans lequel la génération du second gaz comprenant le gaz de synthèse dans la deuxième zone du réacteur est réalisée en l'absence de catalyseur.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07
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85- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 84, dans lequel l'oxygène (02) présent dans le flux oxydant résulte d'une réaction d'électrolyse de l'eau.
86- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 85, dans lequel l'oxygène (02) présent dans le flux oxydant provient d'une unité de séparation d'air (ASU).
87- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 86, dans lequel le second gaz généré dans la deuxième zone comprend le gaz de synthèse et du CO2 résiduel et le système comprend en outre un moyen de recyclage d'une partie du second gaz dans la première zone.
88- Le système selon la revendication 87, dans lequel le moyen de recyclage comprend io un conduit acheminant la partie du second gaz pour être mélangée avec le premier flux réducteur.
89- Le système selon la revendication 87 ou 88, comprenant en outre un dispositif de refroidissement de la partie du second gaz à recycler, avant le recyclage.
90- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 89, dans lequel la 1 5 première zone et la deuxième zone sont chacune de forme cylindrique.
91- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 90, comprenant un premier moyen pour injecter le flux oxydant dans une partie inférieure et centrale de la première zone et un second moyen pour injecter le premier flux réducteur dans la partie inférieure de la première zone en périphérie du flux oxydant.
20 92- Le système selon la revendication 91, dans lequel le premier moyen consiste en un premier tube central et le second moyen consiste en un espace annulaire s'étendant perpendiculairement entre une paroi externe du tube central et une paroi interne de la première zone.
93- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 92, comprenant un 25 troisième moyen pour injecter le deuxième flux réducteur dans la deuxième zone.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07
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94- Le système selon la revendication 93, dans lequel la première zone et la deuxième zone sont chacune de forme cylindrique et le troisième moyen consiste en une ouverture formée par un espace annulaire s'étendant entre une paroi externe de la première zone et une paroi interne de la deuxième zone, dans une région supérieure de la première zone et une région inférieure de la deuxième zone.
95- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 94, comprenant une pluralité de réacteurs en parallèle, chaque réacteur possédant la première zone où sont injectés le flux oxydant et le premier flux réducteur et où est produit le premier gaz, et la seconde zone où est injecté le deuxième flux réducteur et où est généré le second gaz.
io 96- Le système selon l'une quelconque des revendications 47 à 92, dans lequel le réacteur comprend une pluralité de premières zones et une seconde zone commune, et dans lequel :
chaque première zone de la pluralité de premières zones est alimentée par le flux oxydant et le premier flux réducteur pour produire le premier gaz dans chaque première 1 5 zone, et la deuxième zone commune est alimentée par le deuxième flux réducteur et reçoit le premier gaz produit dans chaque première zone pour générer le second gaz dans la deuxième zone commune.
chaque première zone de la pluralité de premières zones est alimentée par le flux oxydant et le premier flux réducteur pour produire le premier gaz dans chaque première 1 5 zone, et la deuxième zone commune est alimentée par le deuxième flux réducteur et reçoit le premier gaz produit dans chaque première zone pour générer le second gaz dans la deuxième zone commune.
97- Utilisation d'un gaz de synthèse produit par la méthode telle que définie selon l'une 20 .. quelconque des revendications 1 à 46 ou en utilisant le système tel que défini selon l'une quelconque des revendications 47 à 96, pour la fabrication de produits chimiques ou carburants.
98- Utilisation selon la revendication 97, pour la fabrication d'hydrocarbures synthétiques.
Date Reçue/Date Received 2022-04-07
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