CH642394A5 - CARBONACEOUS MATERIAL, ITS MANUFACTURING PROCESS AND ITS USE FOR THE PRODUCTION OF A HIGH CALORIFIC GAS. - Google Patents

CARBONACEOUS MATERIAL, ITS MANUFACTURING PROCESS AND ITS USE FOR THE PRODUCTION OF A HIGH CALORIFIC GAS. Download PDF

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CH642394A5
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Jack Louis Blumenthal
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Description

L'invention concerne une matière carbonée dotée d'une haute réactivité, et elle concerne aussi un procédé pour la fabrication d'une telle matière carbonée et son utilisation pour la production d'un gaz de haut pouvoir calorifique, contenant du méthane. The invention relates to a carbonaceous material with high reactivity, and it also relates to a process for the manufacture of such carbonaceous material and its use for the production of a gas of high calorific value, containing methane.

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Diverses matières carbonées sont bien connues et ont été utilisées comme pigments, sources de coke, absorbants chimiques, etc. Un type de matière carbonée se forme à la suite de réactions de disproportionation (ou de dismutation) ou de dépôt de carbone à partir de monoxyde de carbone en présence d'une substance du type catalyseur à base d'un métal du groupe du fer. Le terme disproportionation tel qu'il est utilisé ici doit s'entendre comme désignant n'importe laquelle des réactions s'accompagnant de la formation d'un dépôt de carbone à partir de monoxyde de carbone, réactions telles que les suivantes: 2c0-c+c02 Various carbonaceous materials are well known and have been used as pigments, coke sources, chemical absorbents, etc. A type of carbonaceous material is formed as a result of disproportionation (or disproportionation) reactions or carbon deposition from carbon monoxide in the presence of a catalyst-type substance based on an iron group metal. The term disproportionation as used here should be understood to mean any of the reactions accompanied by the formation of a carbon deposit from carbon monoxide, reactions such as the following: 2c0-c + c02

co+h2-»c+h2o co + h2- »c + h2o

Au cours de nombreuses opérations chimiques, la formation d'une telle matière carbonée par suite d'une réaction de disproportionation de monoxyde de carbone est une réaction secondaire indésirable et peut même désactiver le catalyseur, utilisé pour effectuer de telles opérations, par suite de la formation d'un dépôt de carbone sur le catalyseur. Généralement, la matière carbonée ainsi formée n'a qu'une faible valeur commerciale. On a constaté que des matières carbonées peuvent réagir avec de l'hydrogène pour former du méthane, principal constituant du gaz naturel. Mais les matières carbonées connues ont une vitesse de réaction si petite qu'elles ne se prêtent pas à la mise en œuvre de procédés industriels. La demande industrielle de méthane s'est toutefois accrue au point d'excéder l'offre. Il a été proposé que du méthane puisse être produit à partir de houille et, par conséquent, des recherches approfondies ont été conduites en vue de découvrir des moyens permettant de convertir économiquement de la houille en méthane. Par exemple, des chercheurs ont antérieurement réalisé la synthèse de méthane à partir de monoxyde de carbone et d'hydrogène. Du monoxyde de carbone et de l'hydrogène se trouvent produits en brûlant de la houille dans un mélange d'oxygène et de vapeur d'eau. On utilise de l'oxygène plutôt que de l'air parce qu'il convient que le mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène utilisé pour réaliser la synthèse de méthane ne contienne pas de proportions considérables d'azote, car l'azote ne peut être séparé facilement ni du gaz de synthèse, ni du produit que constitue le méthane. Un inconvénient de ce procédé est de nécessiter l'utilisation de vastes et coûteuses installations de production d'oxygène. En outre, le bioxyde de carbone produit au cours des opérations élémentaires de préméthanation du procédé est éliminé à partir du courant de charge à traiter que constitue le mélange de monooxyde de carbone et d'hydrogène, afin d'aboutir à l'obtention, comme produit final, d'un gaz possédant un haut pouvoir calorifique. Il est relativement coûteux d'éliminer le bioxyde de carbone gazeux à partir du courant de charge que constitue le mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène, car une telle élimination implique une opération de séparation de gaz. During many chemical operations, the formation of such a carbonaceous material as a result of a disproportionation reaction of carbon monoxide is an undesirable side reaction and can even deactivate the catalyst, used to carry out such operations, as a result of the formation of a carbon deposit on the catalyst. Generally, the carbonaceous material thus formed has only a low commercial value. It has been found that carbonaceous materials can react with hydrogen to form methane, the main constituent of natural gas. However, known carbonaceous materials have a reaction rate so small that they do not lend themselves to the implementation of industrial processes. However, industrial demand for methane has increased to the point of exceeding supply. It has been proposed that methane can be produced from hard coal and therefore extensive research has been carried out to find ways to economically convert hard coal into methane. For example, researchers have previously synthesized methane from carbon monoxide and hydrogen. Carbon monoxide and hydrogen are produced by burning coal in a mixture of oxygen and water vapor. Oxygen is used rather than air because the mixture of carbon monoxide and hydrogen used for the synthesis of methane should not contain considerable proportions of nitrogen, since nitrogen does not can be easily separated neither from the synthesis gas, nor from the methane product. One drawback of this process is that it requires the use of large and expensive oxygen production plants. In addition, the carbon dioxide produced during the elementary pre-methanation operations of the process is eliminated from the feed stream to be treated which constitutes the mixture of carbon monoxide and hydrogen, in order to obtain, as end product, a gas with high calorific value. It is relatively expensive to remove carbon dioxide gas from the feed stream of the mixture of carbon monoxide and hydrogen, since such removal involves a gas separation operation.

On a découvert une nouvelle matière carbonée dotée d'une haute réactivité, en particulier avec l'hydrogène, pour former du méthane, telle que définie à la revendication 1. Elle peut être sous deux formes, la première étant une matière carbonée non activée par un promoteur, et l'autre étant une matière carbonée activée par de l'hydrogène. Cette dernière est formée en faisant passer de l'hydrogène sur la matière non activée. La matière carbonée en question comprend une association intime, à multiples phases, d'une phase principale riche en carbone et d'une ou plusieurs phases, présentes en moindres proportions, riches en métal du groupe du fer et qui se trouvent dispersées dans le carbone et sont au moins partiellement liées au carbone. Les composants du type métal du groupe du fer catalysent les réactions de formation de carbone à partir du monooxyde de carbone et de formation de méthane par suite de l'hydrogénation de la matière carbonée. Pour atteindre cette activité cataly-tique, il apparaît nécessaire que le composant du type métal du groupe du fer soit présent en une proportion en poids égale à au moins 0,5% sur la base du poids total de la matière carbonée, et cette proportion est de préférence égale à au moins 1 % du poids total de ladite matière. Dans la matière carbonée non activée par un promoteur, la proportion en poids de composant du type métal du groupe du fer est de préférence comprise entre 1 et 3,5%, sur la base du poids total de la matière. Quand le métal du groupe du fer est présent en cette proportion, il est capable de catalyser la réaction entre le carbone, présent dans la composition, et l'hydrogène pour former du méthane à une allure de méthanation égale à au moins 0,1 mol de méthane formé à l'heure et par mole de carbone présent quand le carbone est mis en contact avec de l'hydrogène à une température de 550° C, sous une pression de 1 atm et à un débit minimal d'amenée d'hydrogène de 2 mol d'hydrogène à l'heure et par mole de carbone présent. Cette rêactivité à l'égard de l'hydrogène est une particularité caractéristique des matières selon l'invention, et elle est notablement plus élevée que celle d'autres formes de carbone. En outre, les matières en question conservent leur haute réactivité même après avoir été considérablement appauvries ou enrichies en carbone. L'eau exerce un effet sur la réactivité d'une matière du genre en question et, dans certaines conditions, elle peut retarder l'allure de formation du méthane. Par conséquent, sous la pression atmosphérique, il convient que l'hydrogène contienne, en volume, moins de 1 % d'eau, environ. A new carbonaceous material has been discovered which has a high reactivity, in particular with hydrogen, to form methane, as defined in claim 1. It can be in two forms, the first being a carbonaceous material not activated by one promoter, and the other being a carbonaceous material activated by hydrogen. The latter is formed by passing hydrogen over the non-activated material. The carbon material in question comprises an intimate association, with multiple phases, of a main phase rich in carbon and of one or more phases, present in lesser proportions, rich in metal of the iron group and which are dispersed in the carbon. and are at least partially linked to carbon. The iron group metal-like components catalyze the reactions for carbon formation from carbon monoxide and methane formation due to the hydrogenation of carbonaceous material. To achieve this catalytic activity, it appears necessary that the metal type component of the iron group be present in a proportion by weight equal to at least 0.5% based on the total weight of the carbonaceous material, and this proportion is preferably equal to at least 1% of the total weight of said material. In carbonaceous material not activated by a promoter, the proportion by weight of metal group component of the iron group is preferably between 1 and 3.5%, based on the total weight of the material. When the iron group metal is present in this proportion, it is capable of catalyzing the reaction between the carbon present in the composition and the hydrogen to form methane at a methanation rate equal to at least 0.1 mol of methane formed per hour and per mole of carbon present when the carbon is brought into contact with hydrogen at a temperature of 550 ° C., under a pressure of 1 atm and at a minimum rate of supply of hydrogen 2 mol of hydrogen per hour and per mole of carbon present. This reactivity with respect to hydrogen is a characteristic characteristic of the materials according to the invention, and it is notably higher than that of other forms of carbon. In addition, the materials in question retain their high reactivity even after being considerably depleted or enriched in carbon. Water has an effect on the reactivity of a material of the genus in question and, under certain conditions, it can delay the rate of formation of methane. Therefore, under atmospheric pressure, hydrogen should contain, by volume, less than about 1% water.

Les métaux du groupe du fer apparaissent comme étant transportés jusque dans le réseau du carbone partiellement cristallisé, et ils deviennent dispersés au hasard dans ce réseau. Au moins une portion du métal ainsi dispersé se trouve liée au carbone. Une portion du métal peut occuper des espaces entre les plans réticulaires du carbone. Quelle qu'en soit la structure, il apparaît que les matières carbonées en question sont d'un type nouveau et original. The iron group metals appear to be transported into the partially crystallized carbon network, and they become randomly dispersed in this network. At least a portion of the metal thus dispersed is linked to the carbon. A portion of the metal can occupy spaces between the reticular planes of the carbon. Whatever the structure, it appears that the carbonaceous materials in question are of a new and original type.

La forme non activée par un promoteur d'une matière carbonée selon l'invention est formée en faisant passer du monoxyde de carbone sur un initiateur de disproportionation de monoxyde de carbone à base de métal du groupe du fer. La matière carbonée se forme sur la surface de l'initiateur de disproportionation quand cet initiateur est exposé à un gaz contenant du monoxyde de carbone à une température comprise entre 300 et environ 700° C, et de préférence entre 400 et 600" C. La pression peut varier entre environ 1 et environ 100 atm, mais l'intervalle de pression préféré s'étend entre 1 et 25 atm. De préférence, le gaz contenant du monoxyde de carbone contient aussi une notable proportion d'hydrogène. Il se forme initialement des carbures de métal du groupe du fer, mais, au fur et à mesure que la réaction progresse, la matière carbonée commence à s'accumuler sur la surface de l'initiateur de disproportionation. Du monoxyde de carbone se trouve maintenu en contact avec l'initiateur de disproportionation jusqu'à ce que des proportions substantielles de matière carbonée non activée par un promoteur se soient déposées sur l'initiateur. The form not activated by a promoter of a carbonaceous material according to the invention is formed by passing carbon monoxide over an initiator of disproportionation of carbon monoxide based on iron group metal. The carbonaceous material forms on the surface of the disproportionation initiator when this initiator is exposed to a gas containing carbon monoxide at a temperature between 300 and about 700 ° C, and preferably between 400 and 600 "C. The pressure can vary between about 1 and about 100 atm, but the preferred pressure range is between 1 and 25 atm. Preferably, the gas containing carbon monoxide also contains a significant proportion of hydrogen. iron group metal carbides, but as the reaction progresses, carbonaceous material begins to accumulate on the surface of the disproportionation initiator. Carbon monoxide is kept in contact with the initiator of disproportionation until substantial proportions of carbonaceous material not activated by a promoter have been deposited on the initiator.

Les initiateurs de disproportionation de monoxyde de carbone à base de métal du groupe du fer sont choisis parmi le groupe constitué par le fer, le cobalt et le nickel, des mélanges de ces métaux, des oxydes de fer, de cobalt et de nickel, tels qu'oxyde de cobalt, oxyde de nickel, oxyde ferreux, oxyde ferrique et des mélanges de ces oxydes, des alliages de fer, de cobalt et de nickel et des mélanges de ces alliages, tels que des alliages de fer/nickel, et des minerais de fer, de cobalt et de nickel. On désignera de tels initiateurs de disproportionation de monoxyde de carbone à base de métal du groupe du fer par l'expression métal en masse, afin de les distinguer du métal dispersé dans le carbone et au moins partiellement lié au carbone formant la phase mineure dans la matière carbonée selon l'invention. Seul le métal dispersé et lié forme une partie des nouvelles compositions catalytiques de matière en question. The initiators of disproportionation of carbon monoxide based on metal of the iron group are chosen from the group constituted by iron, cobalt and nickel, mixtures of these metals, oxides of iron, cobalt and nickel, such cobalt oxide, nickel oxide, ferrous oxide, ferric oxide and mixtures of these oxides, alloys of iron, cobalt and nickel and mixtures of these alloys, such as iron / nickel alloys, and iron, cobalt and nickel ores. These initiators of disproportionation of carbon monoxide based on iron group metal will be designated by the expression metal by mass, in order to distinguish them from the metal dispersed in the carbon and at least partially bound to the carbon forming the minor phase in the carbonaceous material according to the invention. Only the dispersed and bonded metal forms part of the new catalytic compositions of the material in question.

Comme exemples des initiateurs à base de métal du groupe du fer, et des formes que ces initiateurs peuvent prendre, on peut notamment citer: poudre d'oxyde ferrique, minerai de fer du type hématite en majeure partie composé de Fe203, copeaux de fer électro-lytique, sphères d'acier au carbone, laine d'acier, oxyde de nickel, oxyde de cobalt, copeaux de nickel de haute pureté, copeaux de cobalt de haute pureté, boutons ou grains en alliage de fer/nickel ou en alliage de fer/cobalt, et alliage couramment dénommé acier inoxydable. On peut utiliser divers minerais de métaux ferreux pour initier la formation de la matière carbonée. Par exemple, on a utilisé As examples of the initiators based on metal of the iron group, and of the forms which these initiators can take, one can in particular quote: powder of ferric oxide, iron ore of the hematite type mainly composed of Fe203, chips of electro iron -lytic, carbon steel spheres, steel wool, nickel oxide, cobalt oxide, high purity nickel shavings, high purity cobalt shavings, buttons or grains in iron / nickel alloy or iron / cobalt, and an alloy commonly known as stainless steel. Various ferrous metal ores can be used to initiate the formation of carbonaceous matter. For example, we used

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avec succès, avec de bons résultats, un minerai de fer provenant d'un gisement dénommé Mesabi Range. L'utilisation d'un tel minerai ou d'une substance analogue est avantageuse parce qu'il est facilement disponible et peu coûteux. A titre de variante, le métal en masse peut se trouver sur un support constitué, par exemple, par de la silice, de l'alumine ou une substance analogue sans que la formation de la matière carbonée s'en trouve défavorablement affectée. Un des avantages des deux types de matière carbonée (non activée, et activée par de l'hydrogène) réside toutefois dans le fait qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser un support afin d'en accroître la surface développée, parce que la matière carbonée possède elle-même une haute surface développée. Par exemple, la surface développée de la matière carbonée peut être comprise entre 50 m2/g et une valeur aussi élevée que 500 m2/g, l'intervalle normal s'étendant entre environ 150 et environ 300 m2/g. successfully, with good results, an iron ore from a deposit called Mesabi Range. The use of such an ore or the like is advantageous because it is readily available and inexpensive. Alternatively, the bulk metal can be on a support consisting, for example, of silica, alumina or a similar substance without the formation of carbonaceous material being adversely affected. One of the advantages of the two types of carbonaceous material (non-activated, and activated by hydrogen) lies, however, in the fact that it is not necessary to use a support in order to increase the developed surface, because carbonaceous matter itself has a high developed surface. For example, the developed surface of the carbonaceous material can be between 50 m2 / g and a value as high as 500 m2 / g, the normal range extending between approximately 150 and approximately 300 m2 / g.

Pour que la matière carbonée possède le degré de réactivité désiré, il apparaît qu'elle doit être formée in situ. Autrement dit, le fait de mélanger simplement le métal en masse avec du carbone n'aboutit pas à l'obtention de la matière carbonée selon l'invention. In order for the carbonaceous material to have the desired degree of reactivity, it appears that it must be formed in situ. In other words, the fact of simply mixing the metal in mass with carbon does not lead to obtaining the carbonaceous material according to the invention.

En conséquence, le procédé de fabrication de la matière carbonée est caractérisé en ce qu'on met du monoxyde de carbone gazeux au contact d'un groupe de métal ferreux initiateur de disproportionation du monoxyde de carbone pour former la matière carbonée sur le groupe de métal ferreux initiateur. Consequently, the process for manufacturing the carbonaceous material is characterized in that carbon monoxide gas is brought into contact with a group of ferrous metal which initiates disproportionation of carbon monoxide to form the carbonaceous material on the metal group. ferrous initiator.

Typiquement, la croissance de la matière carbonée s'effectue à partir de la surface du métal en masse sous forme de fibres, et éventuellement de fibres creuses. Typiquement, ces fibres possèdent un diamètre compris entre environ 0,02 |i et environ 2,0 n, avec un rapport de la longueur au diamètre supérieur à environ 10. On a analysé ces fibres et constaté que la plupart contiennent de minuscules particules d'un composant métallique (phases mineures) tel que du fer a, du carbure de fer ou des alliages fer/nickel. Apparemment, le composant du type métal ferreux est transporté jusque dans les fibres carbonées. Ce composant du type métal ferreux transporté cesse alors d'être physiquement associé au métal ferreux en masse et constitue une partie essentielle de la matière carbonée dotée d'une haute réactivité. Quand on procède à une méthanation de la matière carbonée en question à base de fer jusqu'à convertir plus de 95% de son carbone libre en méthane, quand on mélange la matière pauvre en carbone résultante avec du carbone en particules et quand on expose ce mélange à de l'hydrogène en utilisant les intervalles de pression et de température dans lesquels on opère normalement pour réaliser la méthanation, il ne se forme pas de méthane. Typically, the growth of the carbonaceous material takes place from the surface of the mass metal in the form of fibers, and possibly of hollow fibers. Typically, these fibers have a diameter between about 0.02 | i and about 2.0 n, with a length to diameter ratio greater than about 10. These fibers have been analyzed and found that most contain tiny particles of '' a metallic component (minor phases) such as iron a, iron carbide or iron / nickel alloys. Apparently, the ferrous metal component is transported into the carbon fibers. This component of the ferrous metal type transported then ceases to be physically associated with the ferrous metal in bulk and constitutes an essential part of the carbonaceous material endowed with a high reactivity. When we methanate the carbon material in question with an iron base until converting more than 95% of its free carbon into methane, when we mix the resulting low carbon material with carbon particles and when we expose this mixing with hydrogen using the pressure and temperature intervals in which one normally operates to carry out methanation, no methane is formed.

Il ne faut pas perdre de vue qu'il est difficile de distinguer entre le composant du type métal ferreux actif dans la matière carbonée et le métal ferreux en masse quand on utilise de petites particules de métal ferreux en masse. Lors de la caractérisation de la matière carbonée en question, on effectue une série d'essais en utilisant des plaques de fer, de nickel, de cobalt et d'un alliage de fer/nickel comme initiateur de la réaction de disproportionation de monoxyde de carbone, et on dépose la matière carbonée sur ces plaques. La matière carbonée se forme en prenant l'aspect de monticules ondu-leux de fibres sur la plaque, en permettant à la plaque d'être simplement séparée physiquement de la matière carbonée. Cela permet d'effectuer une analyse de la matière carbonée séparément du métal en masse. A partir d'une plaque en fer, la matière carbonée (séparée) formée in situ apparaît comme contenant, en poids, depuis environ 1 % jusqu'à environ 3,5% de composant du type fer dispersé, les déterminations analytiques étant effectuées à la fois par spectroscopie et par pesée des cendres. Le reste de la matière est principalement constitué par du carbone, accompagné par des traces d'hydrogène. It should be borne in mind that it is difficult to distinguish between the component of the ferrous metal type active in the carbonaceous material and the ferrous metal in mass when small particles of ferrous metal in mass are used. During the characterization of the carbonaceous material in question, a series of tests is carried out using plates of iron, nickel, cobalt and an iron / nickel alloy as initiator of the disproportionation reaction of carbon monoxide , and the carbonaceous material is deposited on these plates. The carbonaceous material is formed by taking on the appearance of wavy mounds of fibers on the plate, allowing the plate to be simply physically separated from the carbonated material. This allows analysis of the carbonaceous material separately from the mass metal. From an iron plate, the carbonaceous material (separated) formed in situ appears to contain, by weight, from approximately 1% to approximately 3.5% of component of the dispersed iron type, the analytical determinations being carried out at both by spectroscopy and by weighing of the ashes. The rest of the material is mainly made up of carbon, accompanied by traces of hydrogen.

Le carbone est partiellement graphitisé. Du carbone partiellement graphitisé a été décrit en détail par R.E. Franklin dans son article publié dans «Acta Cryst.», vol. 4, p. 253 (1951). The carbon is partially graphitized. Partially graphitized carbon has been described in detail by R.E. Franklin in his article published in "Acta Cryst.", Vol. 4, p. 253 (1951).

On a examiné des fibres carbonées, formées sur une plaque en fer, en utilisant un microscope électronique à balayage. La fig. 2 des dessins ci-annexés est une micrographie montrant des fibres de la matière selon l'invention telles qu'on les voit dans un microscope électronique à balayage en utilisant un grossissement relativement faible. La fig. 1 est une micrographie montrant, plus en détail, quel-ques-unes des fibres vues sous un plus fort grossissement en se servant également d'un microscope électronique à balayage. Les fibres que montrent les fig. 1 et 2 sont du type non activé, c'est-à-diore non hydrogénées. Dans une fibre constituant un échantillon représentatif, désignée en A, une zone à haute concentration de fer a été positivement identifiée. En se servant d'un analyseur du type microsonde à électrons, un nodule B a été positivement identifié comme contenant du fer. Ce nodule est long d'environ 3000 Â et est large d'environ 1000 Â. On effectue cette analyse en recourant aux modes opératoires décrits par J.R. Ogren dans «Electron Microprobe», chapitre 6, dans «Systematic Materials Analysis», vol. 1, Academic Press, Inc., New York 1975. En admettant que la fibre est pleine et possède une densité intermédiaire entre celle du carbone amorphe et celle du carbone complètement graphitisé, on peut calculer que la limite de précision avec laquelle l'analyse par microsonde est capable de déceler la présence de fer est égale à environ 1,5% en poids. Carbonaceous fibers formed on an iron plate were examined using a scanning electron microscope. Fig. 2 of the accompanying drawings is a micrograph showing fibers of the material according to the invention as seen in a scanning electron microscope using a relatively low magnification. Fig. 1 is a micrograph showing, in more detail, some of the fibers seen under higher magnification also using a scanning electron microscope. The fibers shown in Figs. 1 and 2 are of the non-activated type, that is to say, non-hydrogenated. In a fiber constituting a representative sample, designated in A, an area with a high concentration of iron was positively identified. Using an electron microprobe type analyzer, a B nodule was positively identified as containing iron. This nodule is approximately 3000 Å long and approximately 1000 Å wide. This analysis is carried out using the procedures described by J.R. Ogren in “Electron Microprobe”, chapter 6, in “Systematic Materials Analysis”, vol. 1, Academic Press, Inc., New York 1975. Assuming that the fiber is full and has an intermediate density between that of amorphous carbon and that of completely graphitized carbon, we can calculate that the limit of precision with which analysis by microprobe is capable of detecting the presence of iron is equal to about 1.5% by weight.

Une analyse aux rayons X d'échantillons de matière carbonée non activée (déposée sur plaques de fer en masse) prouve que du fer est présent sous la forme d'un carbure de fer et, éventuellement, An X-ray analysis of samples of non-activated carbonaceous material (deposited on iron plates en masse) shows that iron is present in the form of iron carbide and, possibly,

aussi sous forme de fer a. On a recours à la méthode Debye-Scherrer (sur poudres) pour obtenir des spectres de diffraction par des poudres en se servant d'un spectromètre de rayons X General Electric modèle XRD-5. En ayant recours à la même méthode pour analyser une matière activée par de l'hydrogène, on constate que le fer décelable par les rayons X dans la matière hydrogénée y est présent uniquement sous forme de fer a. also in the form of iron a. The Debye-Scherrer method (on powders) is used to obtain diffraction spectra by powders using a General Electric model XRD-5 X-ray spectrometer. By using the same method to analyze a material activated by hydrogen, it is found that the iron detectable by X-rays in the hydrogenated material is present there only in the form of iron a.

Ainsi que le montre la micrographie reproduite fig. 1, le composant fer est lié au carbone. On a tenté de rompre cette liaison et de séparer le composant fer du carbone par des moyens physiques simples tels qu'un tamisage au travers de toiles métalliques fines et séparation du fer à partir du carbone à l'aide d'aimants. On constate toutefois que ces méthodes ne réalisent pas la séparation désirée. Etant donné que le composant fer dans la matière carbonée ne peut pas être séparé du carbone par mise en œuvre de moyens physiques simples, cela tend à prouver qu'au moins une partie du fer se trouve intimement associée au carbone et qu'au moins une partie du fer se trouve liée au carbone, éventuellement à une échelle atomique ou moléculaire. Ou bien, peut-être, le fer se trouve-t-il sous la forme d'une solution solide dans le carbone. Si tel est le cas, les interfaces de la solution solide fer/carbone et des cristaux du composant fer peuvent constituer des sites actifs qui sont responsables de la rapide allure de réaction. Quelle que soit la nature de la liaison établie entre le fer et le carbone, on a constaté que le fer lui-même, le charbon activé lui-même, la cémentite (Fe3C) du commerce et un simple mélange physique de fer et de charbon activé ne possèdent pas les avantageuses propriétés de la matière carbonée selon l'invention. Aucune de ces substances ou aucun de ces mélanges, quand il est mis en contact avec de l'hydrogène à des températures élevées, n'est capable de former du méthane à des allures approchant celle qui est atteinte lorsqu'on utilise la matière carbonée selon l'invention. Ce fait est clairement mis en évidence dans le tableau I. —» As shown in the micrograph reproduced in fig. 1, the iron component is linked to carbon. Attempts have been made to break this bond and separate the iron component from the carbon by simple physical means such as sieving through fine wire cloths and separating the iron from the carbon using magnets. However, it can be seen that these methods do not achieve the desired separation. Since the iron component in carbonaceous matter cannot be separated from carbon by the use of simple physical means, this tends to prove that at least part of the iron is intimately associated with carbon and that at least one part of the iron is linked to carbon, possibly on an atomic or molecular scale. Or, perhaps, the iron is in the form of a solid solution in carbon. If this is the case, the interfaces of the solid iron / carbon solution and the crystals of the iron component can constitute active sites which are responsible for the rapid rate of reaction. Whatever the nature of the bond established between iron and carbon, it has been found that the iron itself, the activated carbon itself, the commercial cementite (Fe3C) and a simple physical mixture of iron and carbon activated do not have the advantageous properties of the carbonaceous material according to the invention. None of these substances or any of these mixtures, when brought into contact with hydrogen at high temperatures, is capable of forming methane at rates approaching that which is reached when the carbonaceous material is used according to the invention. This fact is clearly highlighted in Table I. - "

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

642 394 642,394

Tableau I Table I

Matière carbonée Carbonaceous matter

Rapport Report

Allure de méthanation Appearance of methanation

Matière première séparée de l'intérieur Raw material separated from the inside

C/Fe C / Fe

(mol de CH4/h/mol (mol of CH4 / h / mol

(fer) (iron)

(en atomes) (in atoms)

de carbone) of carbon)

1. Carbone déposé à partir d'un courant gazeux CO/H2 à 1. Carbon deposited from a CO / H2 gas stream at

550"C et 1 atm sur une mince feuille de fer de haute pureté. 550 "C and 1 atm on a thin sheet of high purity iron.

non no

27,3* 27.3 *

0,10 0.10

2. Matière carbonée provenant d'un échantillon 1 séparé de la 2. Carbonaceous matter coming from a sample 1 separated from the

mince feuille et réhydrogénée. thin sheet and rehydrogenated.

oui Yes

176 176

0,10 0.10

3. Matière carbonée déposée sur des sphères en acier au 3. Carbonaceous matter deposited on steel spheres at

carbone de 3,175 mm à 500 °C à partir d'un courant de gaz 3.175mm carbon at 500 ° C from a gas stream

CO/H2 sous une pression de 1 atm. CO / H2 under a pressure of 1 atm.

oui Yes

220 220

0,28 0.28

4. Matière carbonée** initialement préparée par plusieurs 4. Carbonaceous matter ** initially prepared by several

cycles de formation d'un dépôt de carbone et d'hydrogéna carbon and hydrogen deposition cycles

tion à 550 °C et sous une pression de 7 à 17,5 bar sur des tion at 550 ° C and under a pressure of 7 to 17.5 bar on

sphères en acier au carbone de 4,762 mm. Echantillon séparé 4.762 mm carbon steel spheres. Separate sample

à partir des sphères et carbone déposé à partir d'un courant from spheres and carbon deposited from a current

gazeux CO/H2 sous 1 atm. CO / H2 gas under 1 atm.

oui Yes

12,6 12.6

0,49 0.49

5. Minerai de fer du Mesabi Range préréduit dans H2, puis 5. Iron ore from the Mesabi Range pre-reduced in H2, then

utilisé pour catalyser la formation d'un dépôt de carbone à used to catalyze the formation of a carbon deposit at

partir d'un mélange gazeux CO/H2 à 500 °C et sous 1 atm. from a CO / H2 gas mixture at 500 ° C and under 1 atm.

non no

7* 7 *

0,24 0.24

6. Identique à l'échantillon 5, à l'exception du fait qu'il a été 6. Identical to sample 5, except that it was

exposé à l'air ambiant pendant 96 h à 25 "C avant hydrogé exposed to ambient air for 96 h at 25 "C before hydrogenated

nation. nation.

non no

7* 7 *

0,20 0.20

7. Cémentite Fe3C du commerce. 7. Commercial Fe3C cementite.

-

0,33 0.33

<0,05 <0.05

(CH4 non décelé) (CH4 not detected)

8. Charbon activé Norit A. 8. Norit A activated carbon.

-

>1000 > 1000

<0,0004 <0.0004

9. Charbon provenant de la gazéification de houille. 9. Coal from coal gasification.

-

>1000 > 1000

<0,0004 <0.0004

10. Charbon activé Norit A mélangé avec de la poudre de fer 10. Norit A activated carbon mixed with iron powder

électrolytique selon un rapport en poids 50:50. electrolytic in a 50:50 weight ratio.

-

4,7* 4.7 *

<0,0004 <0.0004

11. Poudre de graphite de pureté spectroscopique. 11. Graphite powder of spectroscopic purity.

-

>10000 > 10,000

env. 10-7 approx. 10-7

* Contient du fer en masse. * Contains iron in bulk.

** Matière activée en utilisant de l'hydrogène comme promoteur. ** Material activated using hydrogen as promoter.

La fig. 9 reproduit une micrographie obtenue à l'aide d'un microscope électronique à balayage sur une autre des matières carbonées selon l'invention, préparée par disproportionation de monooxyde de carbone sur une plaque d'alliage métallique en masse con- 40 tenant essentiellement environ 50% de nickel et environ 50% de fer. Après séparation de la matière carbonée fibreuse à partir de la plaque en alliage, on constate que cette matière carbonée contient 98,42% de carbone, 0,48% de fer, 0,73% de nickel et 0,94% d'hydrogène (il s'agit ici de données non normalisées dont la somme 45 n'est pas exactement égale à 100%). La zone repérée par un cercle sur la micrographie a été analysée à l'aide d'une microsonde électronique; on a ainsi constaté qu'elle contient à la fois du fer et du nickel en proportions approximativement égales. Une analyse aux rayons X effectuée sur un échantillon représentatif des fibres révèle la pré- 50 sence d'alliage fer/nickel. Il apparaît aussi que le nodule visible à l'intérieur du cercle sur la fig. 9, nodule désigné par la lettre C, est en réalité constitué par un alliage fer/nickel. Que le nodule C visible sur la fig. 9 soit ou ne soit pas un véritable alliage du type solution solide de fer et de nickel, l'analyse effectuée prouve clairement que 55 de très petits cristallites ou nodules contenant à la fois du fer et du nickel se trouvent transportés à partir de la plaque d'alliage métallique en masse jusqu'aux fibres de carbone et deviennent intimement associés à ces fibres, auxquelles ils sont probablement liés. Fig. 9 reproduces a micrograph obtained using a scanning electron microscope on another of the carbonaceous materials according to the invention, prepared by disproportionation of carbon monoxide on a bulk metal alloy plate containing essentially 40 % nickel and about 50% iron. After separation of the carbonaceous fibrous material from the alloy plate, it is found that this carbonaceous material contains 98.42% of carbon, 0.48% of iron, 0.73% of nickel and 0.94% of hydrogen (this is non-standard data whose sum 45 is not exactly equal to 100%). The area marked with a circle on the micrograph was analyzed using an electron microprobe; it has thus been found that it contains both iron and nickel in approximately equal proportions. An X-ray analysis carried out on a representative sample of the fibers reveals the presence of an iron / nickel alloy. It also appears that the nodule visible inside the circle in fig. 9, nodule designated by the letter C, is actually constituted by an iron / nickel alloy. That the nodule C visible in fig. 9 whether or not it is a real alloy of the solid solution type of iron and nickel, the analysis carried out clearly proves that 55 very small crystallites or nodules containing both iron and nickel are transported from the plate of metallic alloy in mass up to carbon fibers and become intimately associated with these fibers, to which they are probably linked.

Une hypothèse en ce qui concerne la nature de la matière carbo- 60 née en question consiste à admettre que le composant actif qu'est le métal du groupe du fer est un catalyseur qui se trouve dispersé au travers d'une matrice en carbone. Ce composant (métal du groupe du fer) catalyse la réaction du carbone, contenu dans la matrice, One hypothesis regarding the nature of the carbon material in question is to admit that the active component which is the iron group metal is a catalyst which is dispersed through a carbon matrix. This component (iron group metal) catalyzes the reaction of carbon, contained in the matrix,

avec d'autres réactifs. La matière s'appauvrit en carbone au fur et à 65 mesure que la réaction progresse, mais on peut la régénérer et la réenrichir en carbone en l'exposant à un gaz contenant du monooxyde de carbone. Quand il est exposé à des températures élevées à with other reagents. The material depletes in carbon as the reaction progresses, but it can be regenerated and enriched in carbon by exposing it to a gas containing carbon monoxide. When exposed to high temperatures at

du monoxyde de carbone, le composant actif catalyse la disproportionation de monoxyde de carbone. carbon monoxide, the active component catalyzes the disproportionation of carbon monoxide.

On a découvert que, même si la matière est appauvrie en carbone par suite d'une réaction avec de l'hydrogène, elle conserve sa haute valeur d'allure de méthanation spécifique. On constate avec surprise que l'on peut éliminer à peu près la totalité du carbone à partir de la matière carbonée et voir celle-ci conserver encore une valeur relativement élevée de l'allure de méthanation spécifique. Cette propriété de la matière en question est illustrée par la fig. 3 qui représente la variation de l'allure de méthanation spécifique (en moles de CH4/h/mol de carbone), portée en ordonnées, en fonction du pourcentage du carbone éliminé par hydrogénation de la matière (porté en abscisses). Les allures de méthanation indiquées sur le graphique de la fig. 3 ont été déterminées en effectuant la méthanation à une température de 570 à 600° C dans une atmosphère d'hydrogène admis à un débit constant, de 110 cm3/min, la pression étant de 1 atm. La matière riche en carbone (c'est-à-dire contenant environ 96% de carbone) possède une réactivité initiale d'environ 0,30 mol de CH4/h/mol de carbone. Cette réactivité s'accroît progressivement jusqu'à environ 0,63 mol de CH4/h/mol de carbone quand environ 88% (en poids) de carbone ont été éliminés. Quand environ 90% du carbone ont été éliminés, ou quand la matière contient (en poids) environ 25% de composant fer, sa réactivité décroît rapidement. Si la matière riche en carbone contenait initialement, en poids, 95% de carbone et 5% de fer, la matière finale, après élimination d'environ 90% du carbone, contiendrait en poids environ 35% de fer. It has been discovered that even if the material is depleted of carbon as a result of a reaction with hydrogen, it retains its high value of specific methanation rate. It is surprisingly observed that one can eliminate almost all of the carbon from the carbonaceous material and see the latter still retain a relatively high value of the specific methanation appearance. This property of the material in question is illustrated in FIG. 3 which represents the variation in the specific methanation rate (in moles of CH4 / h / mol of carbon), plotted on the ordinate, as a function of the percentage of carbon eliminated by hydrogenation of the material (plotted on the abscissa). The methanation paces indicated on the graph in fig. 3 were determined by carrying out the methanation at a temperature of 570 to 600 ° C. in an atmosphere of hydrogen admitted at a constant flow rate, of 110 cm 3 / min, the pressure being 1 atm. The carbon-rich material (that is to say containing approximately 96% of carbon) has an initial reactivity of approximately 0.30 mol of CH 4 / h / mol of carbon. This reactivity gradually increases to about 0.63 mol of CH4 / h / mol of carbon when about 88% (by weight) of carbon has been eliminated. When about 90% of the carbon has been removed, or when the material contains (by weight) about 25% of the iron component, its reactivity decreases rapidly. If the carbon-rich material initially contained, by weight, 95% carbon and 5% iron, the final material, after removal of approximately 90% of the carbon, would contain, by weight, approximately 35% iron.

La nouvelle matière carbonée en question conserve ses importantes et avantageuses propriétés après de nombreux cycles d'enrichissement en carbone/appauvrissement en carbone. En utilisant du fer comme composant métallique du groupe du fer, on a ainsi effectué 55 de ces cycles et on a obtenu, chaque fois, la matière originale en question, activée par l'hydrogène servant de promoteur. The new carbonaceous material in question retains its important and advantageous properties after numerous carbon enrichment / carbon depletion cycles. Using iron as the metallic component of the iron group, 55 of these cycles were thus carried out and the original material in question was obtained, activated by the hydrogen serving as promoter each time.

642 394 642,394

6 6

Les nouvelles matières carbonées en question conservent aussi leurs propriétés après des périodes de stockage d'une longue durée, qu'elles soient stockées dans l'état enrichi en carbone ou dans l'état appauvri en carbone. Toutefois, étant donné que l'exposition de ces matières à de l'oxygène peut en oxyder les composants métalliques du groupe du fer et nuire ainsi à leur activité catalytique, on évite de les exposer à l'air en cours de stockage. Après avoir conservé une telle matière carbonée à base de fer pendant 24 h à la température ambiante ordinaire, on ne constate aucune altération en ce qui concerne son allure de méthanation. The new carbonaceous materials in question also retain their properties after long periods of storage, whether stored in the carbon-enriched state or in the carbon-depleted state. However, since the exposure of these materials to oxygen can oxidize the metallic components of the iron group and thus harm their catalytic activity, it is avoided to expose them to the air during storage. After having stored such an iron-based carbon material for 24 h at ordinary room temperature, there is no change in its appearance of methanation.

En se fondant sur les expériences auxquelles il a été fait allusion ci-dessus, on a constaté que la composition de la matière carbonée en question peut varier approximativement comme suit: Based on the experiments referred to above, it has been found that the composition of the carbonaceous material in question can vary approximately as follows:

Teneur en poids Weight content

Intervalle général General interval

Intervalle préféré Preferred interval

Carbone partiellement graphitisé Composant métallique (du groupe du fer) dispersé Partially graphitized carbon Metallic component (of the iron group) dispersed

65-99,5% 0,5-35% 65-99.5% 0.5-35%

75-99% 1-25% 75-99% 1-25%

Les pourcentages en poids ont été déterminés après que la matière carbonée a été séparée à partir du métal du groupe du fer en masse. Pour les matières à base de fer, on préfère que la matière carbonée non activée par un promoteur contienne en poids entre environ 1% et environ 3,5% de composant métallique ferreux et entre environ 99 et 96,5% de carbone. The weight percentages were determined after the carbonaceous material had been separated from the iron group metal by mass. For iron-based materials, it is preferred that the carbonaceous material not activated by a promoter contains by weight between about 1% and about 3.5% of ferrous metal component and between about 99 and 96.5% of carbon.

On décrit ci-après la matière activée par de l'hydrogène servant de promoteur. The material activated by hydrogen serving as promoter is described below.

On a découvert qu'au moins certaines des matières carbonées en question manifestent, quand elles sont ultérieurement hydrogénées, de meilleures valeurs de l'allure de formation du dépôt de carbone et de l'allure de méthanation. Plus particulièrement, lorsque le composant métallique du groupe du fer est du fer, la matière carbonée activée par l'hydrogène possède une valeur de l'allure de formation d'un dépôt de carbone excédant 10 g de carbone déposé à l'heure et par gramme de fer dispersé présent, et une valeur de l'allure de méthanation excédant 0,3 mol de méthane formé à l'heure et par mole de carbone présent. L'allure de formation d'un dépôt de carbone est mesurée à 500° C, sous une pression de 1 atm, et à un débit d'amenée de 10 mol d'oxyde de carbone à l'heure et par gramme de fer dispersé en utilisant un gaz de charge contenant en volumes 80% de monoxyde de carbone et 20% d'hydrogène. On mesure l'allure de méthanation à 550° C, sous une pression de 1 atm, et à un débit minimal d'amenée d'hydrogène de 2 mol d'hydrogène à l'heure et par mole de carbone présent. It has been discovered that at least some of the carbonaceous materials in question exhibit, when they are subsequently hydrogenated, better values of the rate of formation of carbon deposition and of the rate of methanation. More particularly, when the metallic component of the iron group is iron, the carbonaceous material activated by hydrogen has a value for the rate of formation of a carbon deposit exceeding 10 g of carbon deposited per hour and by gram of dispersed iron present, and a value of the methanation rate exceeding 0.3 mol of methane formed per hour and per mole of carbon present. The rate of formation of a carbon deposit is measured at 500 ° C., under a pressure of 1 atm, and at a supply rate of 10 mol of carbon monoxide per hour and per gram of dispersed iron. using a feed gas containing by volume 80% carbon monoxide and 20% hydrogen. The methanation rate is measured at 550 ° C., under a pressure of 1 atm, and at a minimum rate of supply of hydrogen of 2 mol of hydrogen per hour and per mole of carbon present.

Bien que le courant de charge utilisé pour préparer la matière carbonée puisse contenir de l'hydrogène, la matière activée par de l'hydrogène ne se trouve pas produite aussi longtemps que régnent des conditions s'accompagnant de la formation d'un dépôt de carbone sur le métal en masse. Quand la matière carbonée formée initialement est soumise à une hydrogénation pour produire du méthane, alors la matière carbonée en question, activée par de l'hydrogène servant de promoteur, commence à se former. On a observé la formation de cette matière quand environ 15% en poids du carbone ont été éliminés par hydrogénation de la matière carbonée initialement préparée. En outre, il convient que l'hydrogène utilisé ne contienne normalement pas plus d'environ 1 % d'eau, en volume. Although the charge stream used to prepare the carbonaceous material may contain hydrogen, the hydrogen-activated material is not produced as long as conditions prevail accompanied by the formation of a carbon deposit on the mass metal. When the initially formed carbonaceous material is subjected to hydrogenation to produce methane, then the carbonaceous material in question, activated by hydrogen serving as a promoter, begins to form. The formation of this material was observed when about 15% by weight of the carbon was removed by hydrogenation of the carbonaceous material initially prepared. In addition, the hydrogen used should normally not contain more than about 1% water, by volume.

On a séparé la matière, activée par de l'hydrogène, à partir du métal en masse, et on a constaté que cette matière possède le même aspect physique général que celui de la matière initialement préparée, mais l'identification par les rayons X prouve que, lorsque le composant métallique du fer est du fer, ledit fer est du fer a plutôt que du fer carburé. La matière hydrogénée, quand elle est soumise à plusieurs cycles de formation d'un dépôt de carbone et de méthanation, possède même une plus forte réactivité qu'avant un tel traitement cyclique. D'autre part, lorsqu'elle est soumise à un tel traitement cyclique, sa composition peut varier approximativement de la manière indiquée ci-après : We separated the material, activated by hydrogen, from the mass metal, and we found that this material has the same general physical appearance as that of the material initially prepared, but the identification by X-rays proves that, when the metal component of iron is iron, said iron is iron a rather than carburized iron. The hydrogenated material, when it is subjected to several cycles of formation of a carbon deposit and methanation, has even a higher reactivity than before such a cyclic treatment. On the other hand, when it is subjected to such a cyclic treatment, its composition can vary approximately as indicated below:

% en poids % in weight

Carbone partiellement graphitisé Composant du type métal ferreux Hydrogène Partially graphitized carbon Component of the ferrous metal type Hydrogen

65-99,5 0,5-35 0,1-3,0 65-99.5 0.5-35 0.1-3.0

L'hydrogène, dans les nouvelles matières en question, se trouve dans un état fortement associé. Quand on chauffe une matière carbonée du genre en question, à base de fer, dans un courant d'azote gazeux à partir d'une température égale à environ 200° C jusqu'à une température égale à environ 950° C, et quand on analyse le courant gazeux transporteur pour y doser les gaz désorbés, principalement l'hydrogène et le monoxyde de carbone, on constate que la quantité d'hydrogène présent dans la matière carbonée selon l'invention est plus de cinquante mille fois supérieure à la quantité qui peut se dissoudre dans du fer a. En outre, plus des deux tiers de l'hydrogène dégagé au cours de telles expériences se trouvent libérés à des températures supérieures à 700° C. Hydrogen, in the new materials in question, is in a strongly associated state. When a carbonaceous material of the kind in question, based on iron, is heated in a stream of nitrogen gas from a temperature equal to approximately 200 ° C. to a temperature equal to approximately 950 ° C., and when analyzes the conveying gas stream to dose the desorbed gases, mainly hydrogen and carbon monoxide, it is found that the amount of hydrogen present in the carbonaceous material according to the invention is more than fifty thousand times greater than the amount which can dissolve in iron a. In addition, more than two thirds of the hydrogen released during such experiments are released at temperatures above 700 ° C.

Il convient encore de souligner que, lorsqu'on spécifie des pourcentages en poids dans la matière carbonée selon l'invention, il peut s'agir aussi bien de la matière activée par hydrogénation que de la matière non activée, après qu'elle a été séparée à partir du métal en masse. It should also be emphasized that, when percentages by weight are specified in the carbonaceous material according to the invention, it may be both the material activated by hydrogenation and the non-activated material, after it has been separated from the mass metal.

Quand on utilise des oxydes de fer tels que du minerai de fer comme matière première de l'initiateur de disproportionation, on commence par les réduire en utilisant comme gaz de charge un mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène, après quoi la matière carbonée commence à s'accumuler sur le fer en masse. Par conséquent, la durée du temps de contact entre le fer en masse et le gaz contenant du monoxyde de carbone est importante. Si, par exemple, on utilise Fe304 et si le gaz contenant du monoxyde de carbone est à une température de 600° C et sous une pression de 1 atm, initialement l'oxyde de fer est au moins partiellement réduit en fer. Cela est indiqué par une perte de poids de l'oxyde de fer due à la perte d'oxygène. Par exemple, après que l'oxyde de fer a été mis en contact avec du monoxyde de carbone gazeux pur pendant 15 min, l'échantillon accuse une perte de poids d'environ 22% (l'oxygène représente, en poids, environ 27,6% du poids du catalyseur ferreux) et il n'y a que peu de carbone déposé sur le fer en masse. Le carbone ainsi déposé est sous forme de Fe3C. Après 30 min de contact, l'échantillon accuse une perte de poids de 15% et le carbone qui s'y trouve déposé est sous forme de carbure, principalement sous forme de Fe3C. Même après 60 min de contact de l'oxyde de fer avec le monoxyde de carbone, l'échantillon accuse encore une perte de poids de 10%, et pratiquement tout le carbone déposé sur l'oxyde de fer est sous forme de carbure, et ici encore principalement sous forme de Fe3C. Après 4 h, toutefois, l'échantillon accuse un gain de poids d'environ 75%, et le carbone déposé est partiellement graphitisé. Les échantillons obtenus après les susdits laps de temps de 15 min, 30 min et 60 min ne possèdent pas la valeur requise de l'allure de méthanation. Contrairement à ces échantillons, le quatrième échantillon (celui obtenu après 4 h) forme du méthane à raison d'au moins 0,1 mol de méthane à l'heure et par mole de carbone quand il est mis en contact avec de l'hydrogène à 550° C, sous une pression de 1 atm, et à un débit d'amenée d'hydrogène égal à 2 mol d'hydrogène à l'heure et par mole de carbone présent. When iron oxides such as iron ore are used as the raw material for the disproportionation initiator, they are first reduced by using a mixture of carbon monoxide and hydrogen as the feed gas, after which the carbonaceous material begins to accumulate on the mass iron. Consequently, the duration of the contact time between the bulk iron and the gas containing carbon monoxide is important. If, for example, Fe304 is used and the gas containing carbon monoxide is at a temperature of 600 ° C and under a pressure of 1 atm, initially the iron oxide is at least partially reduced to iron. This is indicated by weight loss of iron oxide due to loss of oxygen. For example, after the iron oxide has been contacted with pure carbon monoxide gas for 15 min, the sample shows a weight loss of about 22% (oxygen represents, by weight, about 27 , 6% of the weight of the ferrous catalyst) and there is only little carbon deposited on the iron in mass. The carbon thus deposited is in the form of Fe3C. After 30 min of contact, the sample shows a weight loss of 15% and the carbon which is deposited there is in the form of carbide, mainly in the form of Fe3C. Even after 60 min of contact of the iron oxide with the carbon monoxide, the sample still shows a weight loss of 10%, and practically all the carbon deposited on the iron oxide is in the form of carbide, and here again mainly in the form of Fe3C. After 4 h, however, the sample shows a weight gain of about 75%, and the deposited carbon is partially graphitized. The samples obtained after the above periods of 15 min, 30 min and 60 min do not have the required value of the methanation appearance. Unlike these samples, the fourth sample (the one obtained after 4 h) forms methane at the rate of at least 0.1 mol of methane per hour and per mole of carbon when it is brought into contact with hydrogen. at 550 ° C, under a pressure of 1 atm, and at a hydrogen supply rate equal to 2 mol of hydrogen per hour and per mole of carbon present.

L'invention englobe aussi un procédé pour la production d'un gaz de haut pouvoir calorifique, à partir de houille ou d'autres combustibles carbonés, à l'aide de la nouvelle matière carbonée. On peut produire du méthane sans qu'il soit nécessaire d'utiliser de l'oxygène ou d'éliminer l'azote, le bioxyde de carbone ou d'autres gaz inertes à The invention also encompasses a process for the production of a gas of high calorific value, from coal or other carbonaceous fuels, using the new carbonaceous material. Methane can be produced without the need for oxygen or the removal of nitrogen, carbon dioxide or other gases inert to

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partir du courant gazeux de charge. Lors de la mise en œuvre du procédé selon l'invention, le monoxyde de carbone et l'hydrogène se trouvent extraits à partir du courant de charge par suite de la formation de la nouvelle matière carbonée en question sur le métal ferreux en masse. Un gaz contenant de l'hydrogène est ensuite mis en contact avec la matière carbonée à une température, sous une pression et à une vitesse spatiale telles qu'il en résulte la production d'un produit gazeux contenant du méthane, contenant en volume au moins 20% de méthane. En raison du fait que la réactivité de la matière carbonée est si élevée à l'égard de l'hydrogène, la durée du temps de séjour de l'hydrogène en contact avec cette matière carbonée peut être très brève. On a constaté que la matière carbonée ne nécessite qu'un bref temps de séjour avec l'hydrogène pour produire un gaz contenant une proportion en volume aussi élevée que 75% de méthane, voire même davantage. Par exemple, la durée du temps de séjour peut varier depuis 1 s jusqu'à 50 s pour produire un tel gaz riche en méthane. La durée préférée du temps de séjour de l'hydrogène est comprise entre 5 s et 30 s. La valeur désirable de la température minimale à laquelle il convient de conduire la méthanation est de 350" C. Cette température est de préférence comprise entre environ 400 et environ 700° C. La pression peut être comprise entre environ 1 et environ 100 atm, et de préférence entre 1 et 25 atm. from the charge gas stream. During the implementation of the method according to the invention, carbon monoxide and hydrogen are extracted from the charge current as a result of the formation of the new carbonaceous material in question on the ferrous metal in bulk. A gas containing hydrogen is then brought into contact with the carbonaceous material at a temperature, under a pressure and at a space speed such that it results in the production of a gaseous product containing methane, containing by volume at least 20% methane. Due to the fact that the reactivity of the carbonaceous material is so high towards hydrogen, the duration of the residence time of the hydrogen in contact with this carbonaceous material can be very short. It has been found that the carbonaceous material requires only a short residence time with hydrogen to produce a gas containing a proportion by volume as high as 75% of methane, or even more. For example, the duration of the residence time can vary from 1 s to 50 s to produce such a methane-rich gas. The preferred duration of the hydrogen residence time is between 5 s and 30 s. The desirable value of the minimum temperature at which methanation should be carried out is 350 "C. This temperature is preferably between approximately 400 and approximately 700 ° C. The pressure can be between approximately 1 and approximately 100 atm, and preferably between 1 and 25 atm.

On peut utiliser à peu près n'importe quel gaz contenant du monoxyde de carbone pour produire un gaz de haut pouvoir calorifique contenant du méthane. Des exemples particuliers de gaz utilisables lors de la mise en œuvre du procédé en question sont ceux qui sont produits par gazéification de la houille en utilisant de l'air ou un mélange d'air et de vapeur d'eau afin de produire un gaz de gazogène de bas pouvoir calorifique, compris entre environ 623 et environ 1335 kcal/m3. Par exemple, on peut brûler de la houille in situ (c'est-à-dire sans l'extraire des filons du gisement) afin de produire un gaz ayant un pouvoir calorifique égal à environ 89 kcal/m3. Un gaz de gazogène tel que celui que l'on utilise ici est un mélange gazeux contenant du monoxyde de carbone, de l'hydrogène, de l'azote, et du bioxyde de carbone. De préférence, on brûle de la houille dans un mélange d'air et de vapeur d'eau afin d'obtenir un gaz de gazogène riche en monoxyde de carbone et en hydrogène. Par exemple, des gaz de gazogène peuvent normalement contenir, en calculant à l'état sec, entre environ 15% et environ 30% de monoxyde de carbone, entre environ 5% et environ 30% d'hydrogène, entre environ 40% et environ 60% d'azote, et entre environ 2% et environ 10% de bioxyde de carbone. Tous ces gaz contenant du monoxyde de carbone sont convertibles en un gaz riche en méthane analogue à un gaz naturel et possédant un pouvoir calorifique dont la valeur est d'au moins 4450 kcal/m3 et peut atteindre jusqu'à 8900 kcal/m3. Almost any gas containing carbon monoxide can be used to produce a high calorific gas containing methane. Particular examples of gases which can be used during the implementation of the process in question are those which are produced by gasification of the coal using air or a mixture of air and steam in order to produce a gas of gasifier of low calorific value, between approximately 623 and approximately 1335 kcal / m3. For example, coal can be burned in situ (that is to say without extracting it from the veins of the deposit) in order to produce a gas having a calorific value equal to approximately 89 kcal / m3. A gasifier gas such as that used here is a gas mixture containing carbon monoxide, hydrogen, nitrogen, and carbon dioxide. Preferably, coal is burned in a mixture of air and water vapor in order to obtain a gasifier gas rich in carbon monoxide and hydrogen. For example, gasifier gases can normally contain, when calculated in the dry state, between approximately 15% and approximately 30% of carbon monoxide, between approximately 5% and approximately 30% of hydrogen, between approximately 40% and approximately 60% nitrogen, and between about 2% and about 10% carbon dioxide. All these gases containing carbon monoxide are convertible into a gas rich in methane analogous to a natural gas and having a calorific value whose value is at least 4450 kcal / m3 and can reach up to 8900 kcal / m3.

En général, de tels gaz de gazogène contiennent aussi de l'eau et de petites proportions d'autres gaz tels que du méthane, du sulfure d'hydrogène, du sulfure de carbonyle, etc. Pour opérer sous la pression atmosphérique, il convient que la teneur en vapeur d'eau soit abaissée jusqu'à une valeur inférieure à environ 6% en volume, In general, such gasifier gases also contain water and small proportions of other gases such as methane, hydrogen sulfide, carbonyl sulfide, etc. To operate under atmospheric pressure, the water vapor content should be lowered to a value less than about 6% by volume,

tandis que la teneur en soufre est inférieure à environ 10 parties par million. Si le gaz de charge contenant du monoxyde de carbone contient de l'hydrogène, il convient que le rapport molaire du monoxyde de carbone à l'hydrogène soit supérieur à environ 1:2, et soit de préférence supérieur à 1:1. Le rapport molaire préféré du monoxyde de carbone à l'hydrogène est de préférence compris entre environ 1:1 et environ 100:1. Quand le gaz de charge contient du bioxyde de carbone, il est préférable que le rapport molaire du monoxyde de carbone au bioxyde de carbone soit élevé. Il convient en général que le rapport molaire du monoxyde de carbone au bioxyde de carbone ait une valeur supérieure ou au moins égale à 1:1, et de préférence supérieure à 2:1 - 3:1. Toutefois, la formation des dépôts de carbone s'effectue à des allures acceptables même quand le rapport du bioxyde de carbone au monoxyde de carbone est aussi élevé que 3. while the sulfur content is less than about 10 parts per million. If the feed gas containing carbon monoxide contains hydrogen, the molar ratio of carbon monoxide to hydrogen should be greater than about 1: 2, and preferably be greater than 1: 1. The preferred molar ratio of carbon monoxide to hydrogen is preferably between about 1: 1 and about 100: 1. When the feed gas contains carbon dioxide, it is preferable that the molar ratio of carbon monoxide to carbon dioxide is high. In general, the molar ratio of carbon monoxide to carbon dioxide should be greater than or at least 1: 1, and preferably greater than 2: 1 - 3: 1. However, carbon deposits form at acceptable rates even when the ratio of carbon dioxide to carbon monoxide is as high as 3.

On a découvert qu'il convient que le gaz de charge initial contenant du monoxyde de carbone ne contienne pas de proportions appréciables de soufre. Plus particulièrement, il convient que le gaz de charge contenant du monoxyde de carbone ne contienne pas plus d'environ 20, et de préférence pas plus de 10 parties de soufre par million, ce soufre étant calculé en sulfure d'hydrogène. Quand cela apparaît nécessaire, une élimination du soufre est réalisable en ayant recours à des méthodes bien connues, consistant par exemple à utiliser des systèmes à base d'amines, ou à mettre le gaz de charge en contact avec une solution aqueuse d'un carbonate de métal alcalin ou de métal alcalino-terreux telle qu'une solution chaude de carbonate de potassium. Outre le recours à des méthodes classiques d'élimination du sulfure d'hydrogène à partir de gaz de charge, on a aussi trouvé qu'il est possible d'éliminer du sulfure d'hydrogène en faisant passer le gaz de charge sur la matière carbonée ou sur un mélange de cette matière carbonée et du métal du groupe du fer en masse. Quand cela est fait, le métal ferreux réagit avec le soufre en formant des sulfures métalliques à l'intérieur de la matière. Cette réaction désactive la matière carbonée. Par conséquent, si l'on a recours à cette méthode pour éliminer le soufre à partir du gaz de charge, la matière carbonée contenant du soufre devient inutilisable pour produire du méthane. It has been found that the initial feed gas containing carbon monoxide should not contain appreciable proportions of sulfur. More particularly, the feed gas containing carbon monoxide should not contain more than about 20, and preferably not more than 10 parts of sulfur per million, this sulfur being calculated as hydrogen sulfide. When necessary, sulfur removal can be achieved using well-known methods, such as using amine-based systems, or contacting the feed gas with an aqueous solution of a carbonate. alkali metal or alkaline earth metal such as a hot solution of potassium carbonate. In addition to the use of conventional methods of removing hydrogen sulfide from feed gas, it has also been found that it is possible to remove hydrogen sulfide by passing the feed gas over the carbonaceous material. or on a mixture of this carbonaceous material and the iron group metal by mass. When this is done, the ferrous metal reacts with the sulfur to form metallic sulfides inside the material. This reaction deactivates the carbonaceous material. Therefore, if this method is used to remove sulfur from the feed gas, the carbonaceous material containing sulfur becomes unusable for producing methane.

Etant donné qu'on peut utiliser des gaz contenant de l'azote en proportions relativement grandes (par exemple, l'azote peut y être présent à concurrence de proportions en volumes aussi élevées que 70%, voire même plus importantes encore), il n'est pas nécessaire de former le gaz contenant du monoxyde de carbone en opérant dans une atmosphère d'oxygène exempte d'azote. Autrement dit, il est possible d'utiliser de l'air, pour brûler de la houille, plutôt que de l'oxygène pur. Ce qui rend ce procédé économiquement attrayant, c'est que la portion combustible du courant de charge, principalement le monoxyde de carbone, est extraite ou séparée à peu de frais à partir de la portion inerte ou non combustible dudit courant de charge par suite de la formation de la matière carbonée solide comme produit intermédiaire. Un gaz riche en méthane est ultérieurement produit simplement en mettant ladite matière carbonée en contact avec de l'hydrogène. Il n'est pas nécessaire que cette matière carbonée solide soit immédiatement admise à réagir avec de l'hydrogène, car elle conserve sa réactivité pendant un temps d'une durée considérable. Par exemple, on a conservé un échantillon pendant 5 d, puis on l'a fait réagir avec de l'hydrogène et on a ainsi formé du méthane aux mêmes allures élevées que lorsqu'on se sert d'une matière carbonée fraîchement préparée. Cela permet de stocker de l'énergie jusqu'à ce que l'on en ait besoin. Since nitrogen-containing gases can be used in relatively large proportions (for example, nitrogen can be present therein in volume proportions as high as 70%, or even greater), there is n It is not necessary to form the gas containing carbon monoxide by operating in a nitrogen-free oxygen atmosphere. In other words, it is possible to use air, to burn coal, rather than pure oxygen. What makes this process economically attractive is that the combustible portion of the charge stream, mainly carbon monoxide, is extracted or separated inexpensively from the inert or non-combustible portion of said charge stream as a result of the formation of solid carbonaceous material as an intermediate product. A methane-rich gas is subsequently produced simply by bringing said carbonaceous material into contact with hydrogen. This solid carbonaceous material need not be immediately allowed to react with hydrogen, since it retains its reactivity for a time of considerable duration. For example, a sample was kept for 5 d, then reacted with hydrogen and thus methane was formed at the same high rates as when using a freshly prepared carbonaceous material. This allows energy to be stored until it is needed.

Un gaz de gazogène partiellement appauvri est utilisable pour produire la matière carbonée en question, ultérieurement convertible en méthane. Dans ce cas, de la houille est brûlée dans de l'air en opérant dans des conditions maîtrisées afin de former le gaz de gazogène qui est mis en contact avec des oxydes de fer afin de réduire ces oxydes principalement en fer, carbures de fer et oxydes de fer d'une plus basse teneur en oxygène, et afin de produire le gaz de gazogène partiellement appauvri. Par exemple, le gaz de gazogène partiellement appauvri peut contenir à peu près moitié autant de monoxyde de carbone et à peu près moitié autant d'hydrogène que le gaz de gazogène initialement mis en contact avec les oxydes de fer. Le gaz de gazogène partiellement appauvri est utilisé pour préparer la matière carbonée en le mettant en contact avec l'initiateur de disproportionation que constitue le métal du groupe du fer en masse dans des conditions permettant de former la matière carbonée. De l'hydrogène peut être produit par mise en contact des oxydes de fer réduits avec de la vapeur d'eau. Cet hydrogène est ensuite mis en contact avec la matière carbonée afin de produire du méthane. A partially depleted gasifier gas can be used to produce the carbonaceous material in question, subsequently convertible into methane. In this case, coal is burned in air by operating under controlled conditions in order to form the gasifier gas which is brought into contact with iron oxides in order to reduce these oxides mainly in iron, iron carbides and iron oxides of lower oxygen content, and in order to produce partially depleted gasifier gas. For example, the partially depleted gasifier gas can contain about half as much carbon monoxide and about half as much hydrogen as the gasifier gas initially contacted with the iron oxides. The partially depleted gasifier gas is used to prepare the carbonaceous material by bringing it into contact with the disproportionation initiator that constitutes the iron group metal in bulk under conditions allowing the carbonaceous material to be formed. Hydrogen can be produced by contacting the reduced iron oxides with water vapor. This hydrogen is then brought into contact with the carbonaceous material in order to produce methane.

La matière carbonée (ordinairement mélangée avec le métal ferreux en masse) peut être admise à parcourir un cycle entre deux zones de réaction, dans la première desquelles la matière carbonée est mise en contact avec le gaz de gazogène partiellement appauvri tandis que, dans l'autre, la matière est mise en contact avec le gaz riche en hydrogène afin de préparer du méthane. Par conséquent, la matière subit une transition entre un état riche en carbone et un état pauvre en carbone. La matière qui est amenée jusque dans la zone de production de méthane est riche en carbone. Une notable portion The carbonaceous material (ordinarily mixed with the ferrous metal in mass) can be allowed to traverse a cycle between two reaction zones, in the first of which the carbonaceous material is brought into contact with the gas of gas partially depleted while, in the other, the material is brought into contact with the hydrogen-rich gas to prepare methane. Consequently, the material undergoes a transition between a carbon-rich state and a low-carbon state. The material that is brought to the methane production area is rich in carbon. A notable portion

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(au moins 15% en poids) du carbone est retirée à partir de cette matière pendant la formation de méthane afin de produire la matière pauvre en carbone qui est transférée à l'autre zone où elle est de nouveau enrichie en carbone par mise en contact avec le gaz de gazogène. La matière pauvre en carbone (c'est-à-dire la matière carbonée activée par de l'hydrogène) pourra contenir, au cours du premier cycle, entre environ 5 et 35% en poids de métal ferreux dispersé, entre environ 95 et 65% en poids de carbone, et entre environ 0,1 et 3% en poids d'hydrogène. La matière carbonée peut toutefois demeurer dans une zone et les courants gazeux admis à passer dans les deux zones sont alors commutés afin de livrer alternativement passage au courant de gaz de gazogène et au courant de gaz riche en hydrogène. (at least 15% by weight) of the carbon is removed from this material during the methane formation in order to produce the low carbon material which is transferred to the other zone where it is again enriched in carbon by contacting with the gasifier gas. The low-carbon material (that is to say the carbonaceous material activated by hydrogen) may contain, during the first cycle, between approximately 5 and 35% by weight of dispersed ferrous metal, between approximately 95 and 65 % by weight of carbon, and between approximately 0.1 and 3% by weight of hydrogen. The carbonaceous material can however remain in one zone and the gas streams admitted to pass in the two zones are then switched in order to alternately deliver passage to the gasifier gas stream and to the hydrogen-rich gas stream.

La matière carbonée entraînée dans les fluides sur lesquels on opère peut être séparée à partir de ces fluides en ayant recours à un champ magnétique. Le composant métallique du groupe du fer contenu dans la matière carbonée conserve ses propriétés ferromagnétiques, en rendant ainsi magnétique ladite matière. The carbonaceous matter entrained in the fluids on which one operates can be separated from these fluids by using a magnetic field. The metallic component of the iron group contained in the carbonaceous material retains its ferromagnetic properties, thereby making said material magnetic.

On peut produire des quantités substantielles d'énergie à partir du gaz de gazogène appauvri ou d'un autre gaz utilisé comme source de monoxyde de carbone. Par conséquent, après que le gaz de gazogène a été utilisé pour fabriquer la nouvelle matière carbonée en question, et pour produire de l'hydrogène par mise en œuvre du procédé vapeur d'eau/fer, les gaz appauvris sont de préférence ensuite brûlés dans l'air, afin d'oxyder tous combustibles restants, et les gaz résultants sont admis à s'expanser dans une turbine à gaz afin de récupérer leur énergie sous forme d'électricité. Substantial amounts of energy can be produced from depleted gasifier gas or another gas used as a source of carbon monoxide. Therefore, after the gasifier gas has been used to make the new carbonaceous material in question, and to produce hydrogen by the steam / iron process, the depleted gases are preferably then burnt in air, in order to oxidize any remaining fuels, and the resulting gases are allowed to expand in a gas turbine in order to recover their energy in the form of electricity.

Le meilleur mode de mise en œuvre présentement envisagé est schématiquement représenté fig. 8. Dans une installation telle que celle que représente ladite fig. 8, un gaz de gazogène désulfuré provenant d'une source 100 constitue le courant de charge. Ce gaz peut contenir, par exemple, dans un état supposé sec, 50% d'azote, 25% de monoxyde de carbone, 18% d'hydrogène, 6% de bioxyde de carbone et 1% de méthane. Sa teneur en soufre doit être inférieure à environ 20 parties par million. The best mode of implementation currently envisaged is schematically shown in FIG. 8. In an installation such as that shown in said fig. 8, a desulfurized gasifier gas from a source 100 constitutes the charging current. This gas can contain, for example, in a supposed dry state, 50% of nitrogen, 25% of carbon monoxide, 18% of hydrogen, 6% of carbon dioxide and 1% of methane. Its sulfur content should be less than about 20 parts per million.

Le gaz de gazogène est transféré par une canalisation 101 à un réacteur 102 à lit fluidisé où s'effectue la formation d'un dépôt de carbone, ce réacteur contenant des solides pauvres en carbone qui sont à base d'un métal ferreux tel que du fer. La formation d'un dépôt de carbone intervient dans le réacteur 102 par suite d'une disproportionation du monoxyde de carbone, contenu dans le gaz de gazogène, à une température d'environ 650° C et sous une pression comprise entre environ 10,5 et 17,5 bar. The gasifier gas is transferred via a pipe 101 to a fluidized bed reactor 102 where the formation of a carbon deposit takes place, this reactor containing low carbon solids which are based on a ferrous metal such as iron. The formation of a carbon deposit occurs in the reactor 102 as a result of a disproportionation of the carbon monoxide, contained in the gasifier gas, at a temperature of approximately 650 ° C. and under a pressure of between approximately 10.5 and 17.5 bar.

La matière carbonée, formée dans le réacteur 102, est transférée par une canalisation 103 à un générateur de méthane 104. Dans ce générateur de méthane, à une température comprise entre environ 525 et environ 700° C, le carbone contenu dans la matière carbonée réagit avec de l'hydrogène sec admis à pénétrer dans le générateur de méthane 104 par une canalisation 106 afin de former un mélange de méthane et d'hydrogène. Parce que la formation de méthane est hautement exothermique et parce que des températures moins élevées favorisent la formation de mélanges à plus haute concentration de méthane, on réalise la formation du méthane en plusieurs stades, en refroidissant les solides et les gaz entre les stades. Selon la composition du produit désiré, il peut être nécessaire de prévoir un ou plusieurs refroidisseurs entre stades. Dans le présent cas, le refroidissement est réalisé en faisant pénétrer de l'eau dans le générateur de méthane 104 par une conduite 107 et en permettant la sortie de vapeur d'eau par une conduite 108. The carbonaceous material formed in the reactor 102 is transferred by a line 103 to a methane generator 104. In this methane generator, at a temperature between approximately 525 and approximately 700 ° C., the carbon contained in the carbonaceous material reacts with dry hydrogen allowed to enter the methane generator 104 through a line 106 in order to form a mixture of methane and hydrogen. Because methane formation is highly exothermic and because lower temperatures favor the formation of mixtures with higher methane concentrations, methane formation is carried out in several stages, cooling the solids and gases between stages. Depending on the composition of the desired product, it may be necessary to provide one or more coolers between stages. In the present case, the cooling is carried out by bringing water into the methane generator 104 through a pipe 107 and allowing the exit of water vapor through a pipe 108.

Le mélange gazeux méthane/hydrogène sort du générateur de méthane 104 par une canalisation 109 et est admis à passer dans un refroidisseur 110, et il en sort par une conduite 111, prêt en vue d'opérations ultérieures de traitement. The methane / hydrogen gas mixture leaves the methane generator 104 via a pipe 109 and is allowed to pass through a cooler 110, and it leaves it via a pipe 111, ready for further processing operations.

Le gaz de gazogène partiellement appauvri provenant du réacteur 102 pour la formation d'un dépôt de carbone en est transféré par une canalisation 112 à un échangeur de chaleurl 13 à l'intérieur duquel la température dudit gaz est élevée, par exemple, depuis 670 jusqu'à environ 920° C, et le méthane résiduel contenu dans le mélange se trouve converti en un mélange d'eau, de monoxyde de carbone et de bioxyde de carbone. Le gaz de gazogène partiellement appauvri qui sort de l'échangeur de chaleur 113 possède une valeur plus basse du rapport du monoxyde de carbone au bioxyde de carbone, et il contient principalement de l'azote, du monoxyde de carbone, de l'hydrogène, de l'eau et du bioxyde de carbone. Bien que la valeur en soit plus basse, le rapport C0/C02 est suffisamment élevé pour permettre l'utilisation de ce gaz pour effectuer la réduction d'oxydes de fer. The partially depleted gasifier gas from reactor 102 for the formation of a carbon deposit is transferred therefrom through a line 112 to a heat exchanger 13 inside which the temperature of said gas is high, for example from 670 to 'at about 920 ° C, and the residual methane contained in the mixture is converted into a mixture of water, carbon monoxide and carbon dioxide. The partially depleted gasifier gas coming out of the heat exchanger 113 has a lower value of the ratio of carbon monoxide to carbon dioxide, and it mainly contains nitrogen, carbon monoxide, hydrogen, water and carbon dioxide. Although the value is lower, the C0 / C02 ratio is high enough to allow the use of this gas to effect the reduction of iron oxides.

Le gaz de gazogène partiellement appauvri sort de l'échangeur de chaleur 113 par une conduite 114 qui le transfère à un réducteur 115 d'oxydes de fer. A l'intérieur de ce réducteur 115, le mélange réduit l'oxyde ferrique en oxyde ferreux, et il oxyde le monoxyde de carbone en bioxyde de carbone et l'hydrogène en eau. Les oxydes de fer réduits sont transférés du réducteur 115 par une conduite 116 à un réacteur 117 producteur d'hydrogène. De la vapeur d'eau pénètre dans le réacteur 117 par une conduite 118 et réagit avec l'oxyde ferreux pour produire de l'oxyde ferrique et de l'hydrogène. L'oxyde ferrique est transféré au réducteur 115 par une canalisation 119. L'hydrogène humide produit sort du réacteur 117 par une conduite 120, est refroidi dans un échangeur de chaleur 121, puis est transféré par une conduite 123 à un condenseur 122. Dans le condenseur 122, la teneur en eau du courant d'hydrogène est abaissée jusqu'à moins de 1 % en poids environ. De l'hydrogène sec sort du condenseur 122 par une conduite 124 et est transféré au générateur de méthane 104 par une conduite 106. The partially depleted gasifier gas leaves the heat exchanger 113 through a line 114 which transfers it to a reducer 115 of iron oxides. Inside this reducer 115, the mixture reduces ferric oxide to ferrous oxide, and it oxidizes carbon monoxide to carbon dioxide and hydrogen to water. The reduced iron oxides are transferred from the reducing agent 115 through a line 116 to a hydrogen-producing reactor 117. Water vapor enters reactor 117 through line 118 and reacts with ferrous oxide to produce ferric oxide and hydrogen. Ferric oxide is transferred to the reducing agent 115 via a pipe 119. The wet hydrogen produced leaves the reactor 117 via a pipe 120, is cooled in a heat exchanger 121, then is transferred via a pipe 123 to a condenser 122. In the condenser 122, the water content of the hydrogen stream is lowered to less than about 1% by weight. Dry hydrogen leaves the condenser 122 via a line 124 and is transferred to the methane generator 104 through a line 106.

Le gaz de gazogène partiellement appauvri qui a pénétré dans le réducteur 115 en sort par une conduite 125 sous la forme d'un gaz à peu près complètement appauvri. Toutefois, ce gaz contient encore une énergie résiduelle utilisable. Cette énergie est de préférence utilisée en brûlant le gaz dans un four 126 avec de l'air provenant d'une source 127. Un compresseur 128 élève la pression d'admission d'air dans le four 126 jusqu'à une valeur comprise entre environ 10,5 et 17,5 bar. La chaleur produite dans le four 126 est partiellement consommée dans l'échangeur de chaleur 113 pour élever la température du gaz de gazogène partiellement appauvri sortant du réacteur 102. La chaleur qui subsiste encore dans les gaz sortant du four 126 est transférée de l'échangeur de chaleur 113 par une conduite 129 à une turbine 130, où les gaz sont expansés afin de produire de l'énergie électrique en 131. Le gaz appauvri sort de la turbine 130, est refroidi dans un échangeur de chaleur 133 et est admis à s'échapper dans l'atmosphère par une conduite 134. The partially depleted gasifier gas which has entered the reducer 115 exits therefrom via a pipe 125 in the form of a gas which is almost completely depleted. However, this gas still contains usable residual energy. This energy is preferably used by burning the gas in an oven 126 with air from a source 127. A compressor 128 raises the air inlet pressure in the oven 126 to a value between approximately 10.5 and 17.5 bar. The heat produced in the oven 126 is partially consumed in the heat exchanger 113 to raise the temperature of the partially depleted gasifier gas leaving the reactor 102. The heat which still remains in the gases leaving the oven 126 is transferred from the exchanger of heat 113 through a line 129 to a turbine 130, where the gases are expanded in order to produce electrical energy at 131. The depleted gas leaves the turbine 130, is cooled in a heat exchanger 133 and is admitted to s escape into the atmosphere through a pipe 134.

Ce mode de mise en œuvre présente plusieurs très intéressants avantages. En premier lieu, un très haut pourcentage du pouvoir calorifique, à l'état froid, des gaz de gazogène est effectivement utilisé par conversion en produits de grande valeur; gaz naturel synthétique et électricité. En deuxième lieu, la mise en œuvre de ce procédé ne nécessite pas l'utilisation d'oxygène coûteux. En troisième lieu, la chaleur libérée au cours de l'opération de méthanation et la chaleur sensible qui subsiste dans le gaz de gazogène appauvri sont disponibles en vue de leur utilisation à des températures élevées. Cela conduit à de hauts rendements dans l'utilisation et la conversion de cette chaleur en énergie électrique, en minimisant les gaspillages. This mode of implementation has several very interesting advantages. First, a very high percentage of the calorific value, in the cold state, of the gasifier gases is actually used by conversion into high-value products; synthetic natural gas and electricity. Second, the implementation of this process does not require the use of expensive oxygen. Third, the heat released during the methanation process and the sensible heat that remains in the depleted gasifier gas are available for use at elevated temperatures. This leads to high yields in the use and conversion of this heat into electrical energy, minimizing waste.

Comme représenté schématiquement à la fig. 4, du gaz de gazogène désulfuré provenant d'une source 1 peut constituer le courant de charge amené en vue du traitement. Ce gaz, qui peut contenir, par exemple, 50% de N2,25% de CO, 18% de H2, 6% de C02 et 1% de CH4 (à l'état supposé sec), peut être le résultat d'une opération classique de gazéification de houille avec de la vapeur d'eau et de l'air, d'une gazéification de houille in situ, etc. Le gaz de gazogène brut est ensuite désulfuré jusqu'à une teneur en H2S inférieure à environ 10 ppm. As shown schematically in FIG. 4, desulphurized gasifier gas from a source 1 can constitute the feed stream supplied for the treatment. This gas, which may contain, for example, 50% N2.25% CO, 18% H2, 6% C02 and 1% CH4 (in the assumed dry state), may be the result of a conventional operation of gasification of coal with steam and air, gasification of coal in situ, etc. The raw gasifier gas is then desulfurized to an H2S content of less than about 10 ppm.

Du gaz de gazogène désulfuré et, par exemple, des solides à base de fer oxydé tels qu'un mélange de Fe203, Fe304 et FeO sont mis en contact dans un lit fluidisé rapide ou dans un réacteur du type à tube élévateur de solides entraînés 2 à des températures comprises entre environ 550 et 850° C et sous des pressions comprises entre 1 et 100 atm, de préférence entre environ 1 et 20 atm. Le choix de la tempé5 Desulfurized gasifier gas and, for example, oxidized iron solids such as a mixture of Fe203, Fe304 and FeO are contacted in a fast fluidized bed or in a reactor of the entrained solids riser type 2 at temperatures between about 550 and 850 ° C and under pressures between 1 and 100 atm, preferably between about 1 and 20 atm. The choice of tempe5

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rature et de la pression dépend du bilan thermique global et de la concentration de méthane désirée dans le gaz produit. Le contact entre le gaz et les solides est maintenu pendant un temps d'une durée suffisante pour provoquer une réduction partielle, par H2 et CO contenus dans le gaz de gazogène, des oxydes de fer en composés de fer réduits tels que FeO, Fe et Fe3C. H2 et CO contenus dans la charge de gaz de gazogène amené sont partiellement mais non complètement consommés au cours de la réduction des oxydes de fer. On estime que l'hydrogène sera plus complètement utilisé que le monoxyde de carbone au cours de ce stade du procédé en question. temperature and pressure depends on the overall thermal balance and the desired methane concentration in the gas produced. The contact between the gas and the solids is maintained for a time of sufficient duration to cause a partial reduction, by H2 and CO contained in the gasifier gas, of the iron oxides to reduced iron compounds such as FeO, Fe and Fe3C. H2 and CO contained in the feed gas feed gas are partially but not completely consumed during the reduction of iron oxides. It is estimated that hydrogen will be used more completely than carbon monoxide during this stage of the process in question.

Les solides à base de fer réduits entraînés et le gaz de gazogène qui a partiellement réagi sont ensuite amenés à un cyclone ou dispositif similaire 3, où les solides à base de fer réduits sont séparés du gaz de gazogène ayant partiellement réagi. Les solides à base de fer réduits ainsi séparés sont amenés par une conduite 4 à la partie inférieure d'un deuxième réacteur 5 du type tube élévateur où ils sont mis en contact avec de la vapeur d'eau provenant d'une source 6 à des températures comprises entre environ 500 et 800° C et sous des pressions de 1 à 100 atm. Un gaz riche en hydrogène est le résultat de la réaction de la vapeur d'eau avec les solides à base de fer réduits. En plus de l'hydrogène et de la vapeur d'eau n'ayant pas réagi, ce gaz contient aussi de notables proportions de méthane, de monoxyde de carbone et de bioxyde de carbone. The entrained reduced iron solids and the partially reacted gasifier are then fed to a cyclone or similar device 3, where the reduced iron solids are separated from the partially reacted gasifier. The reduced iron solids thus separated are brought by a pipe 4 to the lower part of a second reactor 5 of the lifting tube type where they are brought into contact with steam from a source 6 at temperatures between about 500 and 800 ° C and under pressures from 1 to 100 atm. A hydrogen-rich gas is the result of the reaction of water vapor with reduced iron solids. In addition to hydrogen and unreacted water vapor, this gas also contains significant proportions of methane, carbon monoxide and carbon dioxide.

Le gaz riche en hydrogène et les solides à base de fer oxydés entraînés sortent du réacteur 5 de production d'hydrogène par une conduite 7 et sont ensuite amenés à un cyclone ou autre dispositif similaire 8, qui sépare les solides des gaz. Les solides à base de fer oxydés sont ramenés par une conduite 9 au premier réacteur 2 du type tube élévateur pour compléter la boucle de circulation des solides entre les réacteurs 2 et 5. The hydrogen-rich gas and the entrained oxidized iron-based solids exit the hydrogen production reactor 5 through a line 7 and are then fed to a cyclone or other similar device 8, which separates the solids from the gases. The oxidized iron-based solids are brought back through a line 9 to the first reactor 2 of the lift tube type to complete the circulation loop of the solids between the reactors 2 and 5.

Après la séparation des solides, le gaz de gazogène ayant partiellement réagi, et qui peut alors contenir, par exemple, 15% de CO, 6% de H2,16% de C02,1% de CH4 et 62% de N2 (à l'état sec), est refroidi dans un échangeur de chaleur 10 qui engendre de la vapeur d'eau utilisable pour les traitements. Ce gaz refroidi est transféré par une conduite 11 à la partie inférieure d'un réacteur 12 du type tube élévateur servant à la formation de dépôts de carbone, où il est mis en contact avec des solides pauvres, contenant du carbone, qu'il entraîne; Le gaz et les solides sont mutuellement maintenus en contact pendant un temps d'une durée suffisante à des températures comprises entre 300 et 600° C et sous des pressions de 1 à 100 atm pour provoquer la formation d'un dépôt de carbone sur les solides pauvres en carbone et les enrichir en accroissant leur teneur en carbone. La formation d'un dépôt de carbone intervient par une disproportionation du monoxyde de carbone contenu dans le gaz de gazogène ayant partiellement réagi, à un moindre degré par réaction de CO et H2, ou par suite de la réduction de CO par d'autres agents réducteurs présents. After the separation of the solids, the partially reacted gasifier gas, which can then contain, for example, 15% CO, 6% H2, 16% C02, 1% CH4 and 62% N2 (at l 'dry state), is cooled in a heat exchanger 10 which generates water vapor usable for treatments. This cooled gas is transferred via a pipe 11 to the lower part of a reactor 12 of the lift tube type used for the formation of carbon deposits, where it is brought into contact with poor solids, containing carbon, which it entrains. ; The gas and the solids are kept in contact with each other for a time of sufficient duration at temperatures between 300 and 600 ° C and under pressures of 1 to 100 atm to cause the formation of a carbon deposit on the solids low in carbon and enrich them by increasing their carbon content. The formation of a carbon deposit occurs through a disproportionation of the carbon monoxide contained in the partially reacted gasifier gas, to a lesser degree by reaction of CO and H2, or as a result of the reduction of CO by other agents. reducers present.

Les solides riches en carbone entraînés sortant du réacteur 12 de formation de dépôt de carbone sont séparés du gaz de gazogène, désormais appauvri, dans un cyclone ou autre dispositif similaire 13 et sont amenés à la partie inférieure d'un réacteur de méthanation 14 du type tube élévateur où ils sont entraînés par le courant gazeux riche en hydrogène provenant du réacteur 5 de production d'hydrogène en passant par un échangeur de chaleur 8a et un refroidisseur 8b. Les solides riches en carbone entraînés réagissent avec de l'hydrogène dans le premier étage 15 de méthanation de façon prédominante par réaction directe de carbone et d'hydrogène. Il s'agit d'une réaction exothermique, et les solides et/ou les gaz doivent être refroidis entre étages si on désire obtenir de hautes concentrations de méthane. Les solides entraînés et les gaz sont refroidis dans un refroidisseur 16 agencé entre étages, puis ils sont de nouveau admis à réagir dans un second étage 17 de réacteur pour produire du méthane additionnel. Selon le rapport CH4/H2 désiré dans le gaz produit, les pressions de fonctionnement dans les réacteurs de méthanation peuvent varier depuis environ 1 jusqu'à environ 100 atm, mais sont de préférence comprises entre environ 1 et environ 20 atm. Ici encore, selon le produit désiré, on peut utiliser un ou plusieurs The carbon-rich solids entrained leaving the carbon deposition reactor 12 are separated from the gasifier gas, now depleted, in a cyclone or other similar device 13 and are brought to the bottom of a methanation reactor 14 of the type riser tube where they are entrained by the gas stream rich in hydrogen coming from the hydrogen production reactor 5 passing through a heat exchanger 8a and a cooler 8b. The carbon rich solids entrained react with hydrogen in the first stage of methanation predominantly by direct reaction of carbon and hydrogen. It is an exothermic reaction, and the solids and / or the gases must be cooled between stages if one wishes to obtain high concentrations of methane. The entrained solids and the gases are cooled in a cooler 16 arranged between stages, then they are again allowed to react in a second stage 17 of the reactor to produce additional methane. Depending on the CH4 / H2 ratio desired in the gas produced, the operating pressures in the methanation reactors can vary from approximately 1 to approximately 100 atm, but are preferably between approximately 1 and approximately 20 atm. Here again, depending on the desired product, one or more can be used

étages d'interrefroidissement. Les températures de fonctionnement dans les étages initiaux du réacteur de méthanation peuvent s'élever jusqu'à des valeurs aussi hautes que 700-750° C, mais des températures inférieures doivent être maintenues dans les étages finals de méthanation si on désire un haut rapport CH4/H2. intercooling stages. Operating temperatures in the initial stages of the methanation reactor can rise to values as high as 700-750 ° C, but lower temperatures must be maintained in the final stages of methanation if a high CH4 ratio is desired / H2.

Le gaz produit et les solides pauvres en carbone entraînés qui sortent du réacteur de méthanation 14 subissent une séparation primaire dans un cyclone 18. Les solides pauvres en carbone sont ensuite recyclés par une conduite 19 qui les ramène au réacteur 12 de formation de dépôts de carbone. Le gaz produit brut contenant encore une notable quantité de poussière entraînée subit une séparation de poussière plus poussée dans un séparateur 20 qui peut être un dépoussiéreur magnétique étant donné que la majeure partie des poussières est de nature ferromagnétique. On peut toutefois utiliser d'autres types de dépoussiéreurs tels que filtres à sable, sacs filtrants, etc. Le gaz produit exempt de poussières est refroidi dans un échangeur de chaleur 21 dans laquelle de la vapeur d'eau utilisable pour les traitements se trouve engendrée, puis il subit un refroidissement plus poussé et est séché dans un refroidisseur 22 à la sortie duquel on obtient le gaz constituant le produit final. The gas produced and the entrained low-carbon solids which leave the methanation reactor 14 undergo a primary separation in a cyclone 18. The low-carbon solids are then recycled through a pipe 19 which returns them to the reactor 12 for forming carbon deposits . The crude product gas still containing a significant amount of entrained dust undergoes further dust separation in a separator 20 which can be a magnetic deduster since the major part of the dust is of ferromagnetic nature. However, other types of dust collectors can be used such as sand filters, filter bags, etc. The gas produced free of dust is cooled in a heat exchanger 21 in which water vapor usable for the treatments is generated, then it undergoes further cooling and is dried in a cooler 22 at the outlet of which we obtain the gas constituting the final product.

Le gaz de gazogène appauvri chaud sortant du cyclone 13 est amené à un séparateur de poussière 23 qui en élimine la poussière entraînée, non séparée par le cyclone 13. Le séparateur de poussière 23 peut être un dispositif magnétique, car les solides sont ferromagnétiques, ou bien il peut être constitué par un système plus classique tel qu'un filtre à sable ou une batterie de sacs filtrants. Le gaz de gazogène appauvri chaud, exempt de poussières, contenant encore de notables proportions de H2 et de CO, est brûlé par addition d'un excès d'air pour aboutir à l'obtention d'un gaz de combustion à haute température, contenant N2, C02 et H20. Ce gaz chaud est expansé dans une turbine à gaz 24 permettant d'obtenir, comme sous-produit, un travail mécanique à l'arbre et/ou de l'énergie électrique. Finalement, le gaz de gazogène appauvri peut être de nouveau refroidi afin de produire de nouvelles quantités de vapeur d'eau utilisable pour les traitements. The hot depleted gasifier gas leaving the cyclone 13 is supplied to a dust separator 23 which removes entrained dust therefrom, not separated by the cyclone 13. The dust separator 23 can be a magnetic device, since the solids are ferromagnetic, or although it can be constituted by a more conventional system such as a sand filter or a battery of filter bags. The hot depleted gasifier gas, free of dust, still containing significant proportions of H2 and CO, is burned by adding an excess of air to result in obtaining a combustion gas at high temperature, containing N2, C02 and H20. This hot gas is expanded in a gas turbine 24 making it possible to obtain, as a by-product, mechanical work on the shaft and / or electrical energy. Finally, the depleted gasifier gas can be cooled again in order to produce new quantities of water vapor which can be used for the treatments.

Deux des principaux avantages du procédé décrit ci-dessus en se référant à la fig. 4 sont les suivants: a) la séparation de N2 et C02 indésirables à partir du mélange CH4/H2 constituant le gaz produit s'effectue à la suite d'une séparation relativement facile de solides et de gaz plutôt que par la séparation beaucoup plus difficile de N2 à partir de 02 comme cela est nécessaire en technologie classique, et b) le gaz de gazogène, lors de la mise en œuvre de ce procédé, est plus complètement utilisé par conversion en un produit CH4/H2 que lors de la mise en œuvre d'un procédé classique basé sur la réaction vapeur d'eau/fer, car le gaz de gazogène est d'abord partiellement utilisé pour réduire des oxydes de fer (procédé vapeur d'eau/fer), Two of the main advantages of the method described above with reference to FIG. 4 are as follows: a) the separation of undesirable N2 and CO2 from the CH4 / H2 mixture constituting the gas produced is carried out following a relatively easy separation of solids and gases rather than by the much more difficult separation of N2 from 02 as is necessary in conventional technology, and b) the gasifier gas, during the implementation of this process, is more completely used by conversion into a CH4 / H2 product than during the implementation work of a conventional process based on the steam / iron reaction, because the gasifier gas is first partially used to reduce iron oxides (steam / iron process),

puis est plus complètement utilisé pour déposer du carbone destiné à servir de réactif. then is more completely used to deposit carbon intended to serve as reagent.

Comme représenté à la fig. 5, du gaz de gazogène peut être initialement comprimé jusqu'à environ 3 à 4 atm dans un compresseur 1 et amené jusque dans un réacteur 2 de réduction d'un oxyde de métal ferreux, par exemple d'oxyde de fer, avec formation de dépôts de carbone, où il est initialement mis en contact avec des oxydes de fer et réduit ces oxydes pendant qu'en même temps il se forme des dépôts de matière carbonée sur les oxydes réduits. Le réacteur 2 est maintenu à une température d'environ 350-500° C et sous une pression d'environ 3 à 4 atm. Dans le réacteur 2, environ 70% du monooxyde de carbone et de l'hydrogène contenus dans le gaz de gazogène réagissent avec les oxydes de fer pour former des composés de fer réduits et la matière carbonée selon l'invention. Le gaz de gazogène appauvri, à une température d'environ 350-500° C, est mélangé avec de l'air et est brûlé dans une zone de combustion 3. Ce gaz peut être ensuite directement transféré à un compresseur ou à un générateur d'électricité pour y subir une expansion sans qu'il soit admis à passer dans un générateur de vapeur d'eau du type chaudière utilisant les chaleurs perdues. Toutefois, le gaz est de préférence admis à passer dans un séparateur magnétique afin d'en séparer toutes poussières entraînées. As shown in fig. 5, gasifier gas can be initially compressed to approximately 3 to 4 atm in a compressor 1 and brought into a reactor 2 for reducing a ferrous metal oxide, for example iron oxide, with formation of carbon deposits, where it is initially contacted with iron oxides and reduces these oxides while at the same time carbonaceous matter deposits are formed on the reduced oxides. Reactor 2 is maintained at a temperature of about 350-500 ° C and under a pressure of about 3 to 4 atm. In reactor 2, approximately 70% of the carbon monoxide and of the hydrogen contained in the gasifier gas react with the iron oxides to form reduced iron compounds and the carbonaceous material according to the invention. The depleted gasifier gas, at a temperature of about 350-500 ° C, is mixed with air and is burned in a combustion zone 3. This gas can then be directly transferred to a compressor or a generator. electricity to undergo expansion without it being allowed to pass into a steam generator of the boiler type using the waste heat. However, the gas is preferably allowed to pass through a magnetic separator in order to separate any entrained dust therefrom.

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La matière carbonée, comprenant le fer en masse, est transférée par des tubes ascendants de fluidisation à un réacteur de méthanation 5 en lit fluide où elle est mise en contact avec un gaz contenant essentiellement de l'hydrogène à une température d'environ 480-535° C et sous une pression d'environ 3 à 4 atm pour former un gaz riche en méthane. Ce gaz riche en méthane est refroidi dans des chaudières 6 de récupération des chaleurs perdues afin de produire de la vapeur d'eau utilisable pour les traitements. La matière appauvrie en carbone, provenant du réacteur de méthanation 3, est transférée par des tubes ascendants de fluidisation à un réacteur 4 générateur d'hydrogène à lit fluidisé et y est mise en contact avec de la vapeur d'eau à une température d'environ 535-650° C et sous une pression de 3 à 4 atm pour produire de l'hydrogène humide. Les oxydes de fer résultants sont ramenés au réacteur 2 de formation de dépôts de carbone. L'hydrogène humide est refroidi dans un refroidisseur 7 pour condenser la vapeur d'eau, et l'hydrogène sec est tran-féré au réacteur de méthanation 5. The carbonaceous material, comprising mass iron, is transferred by ascending fluidization tubes to a methanation reactor 5 in a fluid bed where it is brought into contact with a gas containing essentially hydrogen at a temperature of about 480- 535 ° C and under a pressure of about 3 to 4 atm to form a gas rich in methane. This methane-rich gas is cooled in boilers 6 for recovering waste heat in order to produce water vapor which can be used for treatments. The carbon-depleted material from the methanation reactor 3 is transferred by ascending fluidization tubes to a hydrogen-generating reactor 4 in a fluidized bed and is brought into contact there with steam at a temperature of about 535-650 ° C and under a pressure of 3 to 4 atm to produce wet hydrogen. The resulting iron oxides are brought back to reactor 2 for the formation of carbon deposits. The wet hydrogen is cooled in a cooler 7 to condense the water vapor, and the dry hydrogen is transferred to the methanation reactor 5.

Des composés de soufre tels que H2S, CS2, COS et S02, s'ils sont présents dans le gaz de gazogène, peuvent en être éliminés par mise en contact du gaz avec une portion de la matière carbonée formée dans le réacteur 2 de formation de dépôts de carbone. A titre de variante, la portion de la matière carbonée qui a été hydrogénée peut être retirée du réacteur de méthanation 5 et mise en contact avec le gaz de gazogène afin d'en éliminer les composés du soufre. Sulfur compounds such as H2S, CS2, COS and SO2, if present in the gasifier gas, can be removed by contacting the gas with a portion of the carbonaceous material formed in the reactor 2 for forming carbon deposits. Alternatively, the portion of the carbonaceous material which has been hydrogenated can be removed from the methanation reactor 5 and brought into contact with the gasifier gas in order to remove the sulfur compounds therefrom.

La fig. 6 représente une autre installation utilisable dans laquelle les solides demeurent dans les réacteurs individuels soit sous forme de lits fixes, soit sous forme de lits fluidisés, et les courants de gaz de charge à traiter sont périodiquement commutés entre gaz de gazogène et mélange vapeur d'eau/eau. Les réacteurs peuvent être admis à fonctionner selon un des deux modes, les parcours selon le premier mode étant représentés en traits pleins et les parcours selon le second mode étant représentés en traits interrompus. Selon le premier mode, du gaz de gazogène est amené jusque dans un réacteur de réduction 6 où il est mis en contact avec des oxydes de fer. Le gaz de gazogène partiellement appauvri est ensuite transféré, en passant par une chaudière servant de générateur de vapeur d'eau de traitement, à un réacteur 2 où il est mis en contact avec du fer en masse pour former la matière carbonée. Simultanément, de la vapeur d'eau est amenée jusque dans un réacteur 4 générateur d'hydrogène où elle est mise en contact avec du fer réduit afin de former de l'hydrogène gazeux. Cet hydrogène gazeux est ensuite admis à passer dans un réacteur de méthanation 3 où il est mis en contact avec de la matière carbonée, antérieurement formée, afin de former du méthane. A des intervalles de temps choisis, les courants gazeux de charge amenés aux réacteurs 2, 3,4 et 6 sont commutés. Comme le montre la ligne en trait interrompu, de l'hydrogène qui se forme dans le réacteur 6 est admis à passer dans le réacteur 2 où il provoque la formation de méthane par suite de la réaction entre de l'hydrogène et la matière carbonée. Le gaz de gazogène appauvri est transféré du réacteur 4 au réacteur 3 pour former la matière carbonée. Fig. 6 shows another usable installation in which the solids remain in the individual reactors either in the form of fixed beds or in the form of fluidized beds, and the feed gas streams to be treated are periodically switched between gasifier gas and steam mixture. water / water. The reactors may be allowed to operate in one of the two modes, the routes according to the first mode being shown in solid lines and the routes according to the second mode being shown in broken lines. According to the first mode, gasifier gas is brought into a reduction reactor 6 where it is brought into contact with iron oxides. The partially depleted gasifier gas is then transferred, passing through a boiler serving as a steam generator, to a reactor 2 where it is brought into contact with mass iron to form the carbonaceous material. Simultaneously, steam is brought into a hydrogen generator reactor 4 where it is brought into contact with reduced iron in order to form hydrogen gas. This hydrogen gas is then allowed to pass into a methanation reactor 3 where it is brought into contact with carbonaceous material, previously formed, in order to form methane. At selected time intervals, the feed gas streams supplied to reactors 2, 3, 4 and 6 are switched. As the dashed line shows, hydrogen which forms in reactor 6 is allowed to pass into reactor 2 where it causes the formation of methane as a result of the reaction between hydrogen and carbonaceous material. The depleted gasifier gas is transferred from reactor 4 to reactor 3 to form the carbonaceous material.

La fig. 7 représente une installation dans laquelle un gaz de gazogène partiellement appauvri est utilisé pour produire un gaz riche en méthane dans un seul et unique réacteur schématiquement représenté en coupe verticale. Dans cet appareil, on utilise des cylindres de réaction à parois poreuses dont les pores permettent le passage de gaz mais sont trop petits pour laisser passer les particules de la matière carbonée solide ou du fer en masse transportant cette matière carbonée. Les initiateurs de disproportionation en masse affectent de préférence la forme de sphères en fer. Fig. 7 shows an installation in which a partially depleted gasifier gas is used to produce a gas rich in methane in a single reactor schematically shown in vertical section. In this apparatus, reaction cylinders with porous walls are used, the pores of which allow the passage of gas but are too small to allow the particles of solid carbonaceous material or mass iron carrying this carbonaceous material to pass. The mass disproportionation initiators preferably affect the shape of iron spheres.

Les sphères en fer sont initialement situées à l'intérieur d'une trémie 1 ayant à sa partie inférieure un orifice de sortie 2 au travers duquel les sphères descendent sous l'effet de la pesanteur jusque dans un passage 3 puis dans un réacteur 4 de formation de dépôts de carbone, à parois poreuses, à l'intérieur duquel est ménagée une cavité 5. A la partie supérieure de la cavité 5 est agencée une entrée 6 de gaz servant à admettre, dans la cavité 5 un gaz de gazogène partiellement appauvri. Ce gaz de gazogène partiellement appauvri passe au travers de parois poreuses intérieures 7 et pénètre ainsi dans le réacteur 4 où le gaz entre en contact avec le catalyseur ferreux pendant un temps d'une durée suffisante, et sous une pression et à une température permettant de former la matière carbonée sur les sphères. Ensuite, le gaz de gazogène complètement appauvri est admis à passer au travers des ouvertures ou pores de la paroi poreuse extérieure 8. The iron spheres are initially located inside a hopper 1 having at its lower part an outlet orifice 2 through which the spheres descend under the effect of gravity into a passage 3 then in a reactor 4 of formation of carbon deposits, with porous walls, inside which is formed a cavity 5. At the upper part of the cavity 5 is arranged an inlet 6 for gas serving to admit, into the cavity 5, a partially depleted gasifier gas . This partially depleted gasifier gas passes through internal porous walls 7 and thus enters the reactor 4 where the gas comes into contact with the ferrous catalyst for a time of sufficient duration, and under a pressure and at a temperature allowing form the carbonaceous matter on the spheres. Then, the completely depleted gasifier gas is allowed to pass through the openings or pores of the external porous wall 8.

A la partie inférieure du réacteur 4 est agencée une ouverture de sortie 9 au travers de laquelle les sphères, transportant la matière, passent pour descendre jusque dans un réacteur de méthanation 10 qui est défini par une paroi extérieure poreuse 10 laissant passer les gaz et par une paroi intérieure poreuse 12 laissant passer les gaz. Entourant coaxialement la paroi poreuse extérieure 11 est agencée une paroi imperméable 13 qui, avec la paroi 11, définit une chambre annulaire 14. De l'hydrogène gazeux s'écoule au travers d'une entrée 16' de gaz et jusque dans la cavité 15 où cet hydrogène passe au travers des ouvertures ou pores de la paroi intérieure poreuse 12 et entre en contact avec la matière carbonée dans le réacteur de méthanation 10 pour former un gaz riche en méthane. Ce gaz riche en méthane sort ensuite du réacteur 10 au travers des ouvertures ou pores établies dans la paroi poreuse extérieure 11, parvient ainsi dans la cavité 14, puis passe au travers de la sortie 16 de gaz donnant accès à un tube 17 de transfert de gaz qui l'amène jusque dans une cavité 18 agencée à l'intérieur d'un second réacteur de méthanation 19. La cavité 18 et le réacteur 19 sont séparés par une paroi intérieure poreuse 20 laissant passer les gaz. At the bottom of the reactor 4 is arranged an outlet opening 9 through which the spheres, transporting the material, pass to descend into a methanation reactor 10 which is defined by a porous outer wall 10 allowing the gases to pass and by a porous inner wall 12 allowing the gases to pass. Coaxially surrounding the outer porous wall 11 is arranged an impermeable wall 13 which, with the wall 11, defines an annular chamber 14. Hydrogen gas flows through an inlet 16 'of gas and into the cavity 15 where this hydrogen passes through openings or pores of the porous inner wall 12 and comes into contact with the carbonaceous material in the methanation reactor 10 to form a gas rich in methane. This methane-rich gas then leaves the reactor 10 through the openings or pores established in the external porous wall 11, thus reaches the cavity 14, then passes through the gas outlet 16 giving access to a tube 17 for transfer of gas which brings it into a cavity 18 arranged inside a second methanation reactor 19. The cavity 18 and the reactor 19 are separated by a porous inner wall 20 allowing the gases to pass.

La matière carbonée solide, partiellement appauvrie en carbone, provenant du premier réacteur de méthanation 10, sort dudit réacteur 10 par une sortie 21 de solides et est refroidie par de l'eau dans un refroidisseur 22 de solides en faisant passer de l'eau dans ce refroidisseur 22 à partir d'une entrée d'eau 23 pour produire de la vapeur d'eau qui sort du refroidisseur par une sortie de vapeur 24. Les solides refroidis sont ensuite admis à pénétrer dans le second réacteur de méthanation 19 où ils sont de nouveau mis en contact avec le mélange gazeux de méthane et d'hydrogène passant au travers de la paroi poreuse 20 pour réagir encore avec la matière carbonée afin de former du méthane. Le gaz enrichi contenant du méthane sort du second réacteur de méthanation 19 au travers d'une paroi poreuse extérieure 25 puis d'une sortie 26 de gaz. Des solides carbonés à base de fer appauvris en carbone sont ensuite transférés à la trémie 1 à solides par un tube de retour élévateur 27 afin d'être de nouveau utilisés pour mettre en œuvre le procédé. The solid carbonaceous material, partially depleted in carbon, coming from the first methanation reactor 10, leaves said reactor 10 by an outlet 21 for solids and is cooled by water in a cooler 22 for solids by passing water through this cooler 22 from a water inlet 23 to produce water vapor which leaves the cooler through a steam outlet 24. The cooled solids are then allowed to enter the second methanation reactor 19 where they are again brought into contact with the gaseous mixture of methane and hydrogen passing through the porous wall 20 to react further with the carbonaceous material in order to form methane. The enriched gas containing methane leaves the second methanation reactor 19 through an external porous wall 25 and then from a gas outlet 26. Carbonaceous iron-based solids depleted in carbon are then transferred to the hopper 1 to solids by an elevator return tube 27 in order to be used again to implement the process.

Ci-après sont donnés différents exemples, destinés à illustrer la préparation des matières carbonées en question. L'exemple 4 indique les allures de méthanation pour plusieurs catalyseurs différents à base de métaux du groupe du fer selon l'invention. L'exemple 5 prouve la remarquable et inattendue stabilité thermique des substances catalytiques en question. Below are given various examples, intended to illustrate the preparation of the carbonaceous materials in question. Example 4 shows the methanation rates for several different catalysts based on iron group metals according to the invention. Example 5 proves the remarkable and unexpected thermal stability of the catalytic substances in question.

Exemple 1: Example 1:

On dépose du carbone sur 5 g de billes en acier doux de 0,175 mm par décomposition de monoxyde de carbone à 550° C à partir d'un mélange gazeux de monoxyde de carbone et d'hydrogène dans un four tubulaire. Le débit de passage du monoxyde de carbone est de 100 cm3/min et le débit de passage de l'hydrogène est de 20 cm3/min. Après environ 4 h, 2,7 g d'une matière carbonée contenant en poids 3,7% de fer sont séparés des billes d'acier, et 0,27 g de la matière carbonée ainsi séparée est exposé au même mélange gazeux de monoxyde de carbone et d'hydrogène à 500° C et sous une pression de 1 atm. On constate que l'allure de formation d'un dépôt de carbone est égale à 8,8 g de carbone à l'heure et par gramme de fer dispersé dans la matière carbonée présente. Cette matière carbonée possède une allure de méthanation égale à 0,52 mol de méthane formé à l'heure et par mole de carbone. On dépose de nouveau du carbone, sur la matière hydrogénée, en utilisant le même mélange gazeux de monoxyde de carbone et d'hydrogène et on met la matière en contact à 500° C et sous 1 atm. L'allure de formation d'un dépôt de carbone est égale à 39,4 g de carbone à l'heure et par gramme de fer dispersé. On établit une succession cyclique comme ci-dessus Carbon is deposited on 5 g of 0.175 mm mild steel balls by decomposition of carbon monoxide at 550 ° C from a gaseous mixture of carbon monoxide and hydrogen in a tube furnace. The flow rate of carbon monoxide is 100 cm3 / min and the flow rate of hydrogen is 20 cm3 / min. After approximately 4 h, 2.7 g of a carbonaceous material containing by weight 3.7% of iron are separated from the steel balls, and 0.27 g of the carbonaceous material thus separated is exposed to the same gaseous mixture of monoxide carbon and hydrogen at 500 ° C and under a pressure of 1 atm. It is found that the rate of formation of a carbon deposit is equal to 8.8 g of carbon per hour and per gram of iron dispersed in the carbonaceous material present. This carbonaceous material has a methanation rate equal to 0.52 mol of methane formed per hour and per mole of carbon. Carbon is again deposited on the hydrogenated material, using the same gaseous mixture of carbon monoxide and hydrogen and the material is brought into contact at 500 ° C. and under 1 atm. The rate of formation of a carbon deposit is equal to 39.4 g of carbon per hour and per gram of dispersed iron. We establish a cyclic succession as above

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

11 11

642 394 642,394

entre la réaction de disproportionation de monoxyde de carbone pour déposer du carbone, puis une hydrogénation de la matière carbonée résultante afin d'en consommer la majeure partie du carbone, et l'on poursuit cette succession pendant plusieurs cycles. Le résultat de tous les cycles est résumé dans le tableau II. s between the reaction of disproportionation of carbon monoxide to deposit carbon, then a hydrogenation of the resulting carbonaceous material in order to consume most of the carbon, and this succession is continued for several cycles. The result of all the cycles is summarized in Table II. s

Tableau II Table II

Cycle N° Cycle N °

Allure de formation de dépôt de carbone (g/h/g de fer dispersé) Carbon deposition formation rate (g / h / g of dispersed iron)

Allure de méthanation (mol/h/mol de carbone) Methanation rate (mol / h / mol of carbon)

1-C* 1 C*

8,8 8.8

1-H** 1-H **

0,52 0.52

2-C 2-C

39,4 39.4

2-H 2-H

0,53 0.53

3-C 3-C

47,8 47.8

3-H 3-H

1,12 1.12

4-C 4-C

41,5 41.5

4-H 4-H

1,33 1.33

* Se rapporte à la formation de dépôt de carbone. ** Se rapporte à l'hydrogénation. * Refers to the formation of carbon deposition. ** Refers to hydrogenation.

La matière activée par l'hydrogène possède une allure de forma- 25 tion de carbone bien supérieure à 10 g de carbone déposé à l'heure et par gramme de fer dispersé présent. Après que cette matière a été The hydrogen activated material has a carbon formation rate well above 10 g of carbon deposited per hour and per gram of dispersed iron present. After this material has been

soumise à plusieurs cycles de formation de dépôt de carbone et de méthanation, on constate que son allure de méthanation s'accroît jusqu'à atteindre une valeur supérieure à 1 mol de méthane formé à l'heure et par mole de carbone présent. subjected to several carbon deposition and methanation formation cycles, it can be seen that its methanation rate increases until reaching a value greater than 1 mol of methane formed per hour and per mole of carbon present.

Exemple 2: Example 2:

600 g d'un minerai de fer du Mesabi Range (minerai de fer du type hématite contenant 55,3% de fer, 8,1% de silice, 0,8% d'alumine), dont la granulométrie correspond à des tamis extrêmes à ouvertures carrées mesurant respectivement 0,250 mm et 0,100 mm de côté environ et dont la densité apparente est égale à 1,91 g/cm3, sont placés dans un réacteur tubulaire vertical résistant à la pression, construit en alliage du type dit acier inoxydable, ayant un diamètre intérieur de 38,1 mm et une hauteur d'environ 2,45 m. On réduit le minerai par un courant d'hydrogène gazeux mis en contact avec le minerai de fer à une vitesse spatiale de 2300 volumes de gaz à l'heure et par volume de minerai de fer. Le minerai ainsi réduit est ensuite soumis à une série de cycles formation de dépôt de carbone/métha-nation. On réalise la formation de dépôt de carbone en utilisant des mélanges gazeux azote/monoxyde de carbone/hydrogène de différentes compositions, et on réalise la méthanation en utilisant de l'hydrogène pur. Les volumes des gaz, entrant dans le réacteur et qui en sortent après refroidissement du réacteur jusqu'à la température ambiante ordinaire, sont mesurés à l'aide d'indicateurs de débit et on en mesure aussi le taux d'humidité; on détermine également la composition des gaz par Chromatographie en phase gazeuse. Les conditions et les résultats de plusieurs cycles sont indiqués dans le tableau III. 600 g of an iron ore from the Mesabi Range (hematite-type iron ore containing 55.3% iron, 8.1% silica, 0.8% alumina), the particle size of which corresponds to extreme sieves with square openings measuring respectively 0.250 mm and 0.100 mm on a side and whose apparent density is equal to 1.91 g / cm3, are placed in a vertical pressure-resistant tubular reactor, constructed of an alloy of the so-called stainless steel type, having an internal diameter of 38.1 mm and a height of around 2.45 m. The ore is reduced by a stream of hydrogen gas brought into contact with the iron ore at a spatial speed of 2300 volumes of gas per hour and per volume of iron ore. The reduced ore is then subjected to a series of carbon deposition / metha-nation formation cycles. Carbon deposition is carried out using nitrogen / carbon monoxide / hydrogen gas mixtures of different compositions, and methanation is carried out using pure hydrogen. The volumes of gases entering and leaving the reactor after the reactor has cooled to ordinary room temperature are measured using flow indicators and the humidity level is also measured; the composition of the gases is also determined by gas chromatography. The conditions and the results of several cycles are indicated in Table III.

Tableau III Table III

Cycle Cycle

Composition des gaz (%) Composition of gases (%)

Température moyenne (°C) Average temperature (° C)

Pression absolue (atm) Absolute pressure (atm)

Durée de séjour Duration of stay

(s) (s)

Durée totale (min) Total duration (min)

Rapport atomique Atomic report

C: Fe après carburation n2 C: Fe after carburetion n2

h2 h2

co a co a

46,6 46.6

8,1 8.1

45,3 45.3

456 456

6,1 6.1

1,9 1.9

65 65

1,29 1.29

b b

42,5 42.5

6,9 6.9

50,6 50.6

440 440

3,4 3.4

1,7 1.7

75 75

0,88 0.88

C VS

44,2 44.2

6,9 6.9

48,9 48.9

435 435

3,5 3.5

1,6 1.6

90 90

0,80 0.80

D D

44,2 44.2

7,4 7.4

48,4 48.4

416 416

4,7 4.7

1,8 1.8

110 110

1,12 1.12

Méthanation Methanation

Cycle Cycle

Température ("C)* Temperature ("C) *

Pression absolue (atm) Absolute pressure (atm)

Durée moyenne du temps de séjour des gaz Average duration of gas residence time

(s) (s)

Durée totale (min) Total duration (min)

CH4 % CH4%

dans les gaz produits (maximum atteint) in the gases produced (maximum reached)

Rapport atomique Atomic report

C: Fe après méthanation C: Fe after methanation

A AT

540-673 540-673

6,8 6.8

4,9 4.9

174 174

53,5 53.5

0,08 0.08

B B

500-700 500-700

11,6 11.6

9,1 9.1

120 120

63,0 63.0

0,04 0.04

C VS

500-672 500-672

11,6 11.6

11,0 11.0

140 140

62,0 62.0

0,01 0.01

D D

500-635 500-635

13,6 13.6

15,0 15.0

165 165

70,0 70.0

0,15 0.15

* La réaction est hautement exothermique et on ne peut maîtriser la température qu'en ajustant le débit d'hydrogène. * The reaction is highly exothermic and the temperature can only be controlled by adjusting the hydrogen flow rate.

Exemple 3: Example 3:

Un échantillon de 2,88 g d'un alliage fer/nickel contenant en poids environ 50% de chacun des deux métaux est oxydé à 982° C pendant 10 min dans un four à moufle. L'alliage ainsi oxydé est 00 ensuite carburé à 500" C en utilisant un mélange de gaz comprenant en volumes 85% de monoxyde de carbone et 15% d'hydrogène, à un débit de 200 ml/min pendant 9 h et 20 min. Après séparation de la matière carbonée à partir de l'alliage en masse, on constate que la composition de la matière carbonée résultante correspond à l'ana- 65 lyse élémentaire suivante: carbone 98,06% ; fer 0,54% ; nickel 0,53%, et hydrogène 0,16%. La matière carbonée séparée est ensuite soumise à une série de trois cycles de méthanation/carburation. Les conditions et les résultats de ces cycles sont indiqués dans le tableau IV. Les données rassemblées dans ce tableau IV prouvent que les allures de formation de dépôts de carbone aussi bien que les allures de méthanation sont améliorées en faisant parcourir à cette matière des cycles successifs de formation de dépôts de carbone et de méthanation. A 2.88 g sample of an iron / nickel alloy containing by weight about 50% of each of the two metals is oxidized at 982 ° C for 10 min in a muffle furnace. The alloy thus oxidized is then carburetted at 500 ° C. using a gas mixture comprising by volume 85% carbon monoxide and 15% hydrogen, at a flow rate of 200 ml / min for 9 h and 20 min. After separation of the carbonaceous material from the mass alloy, it is found that the composition of the resulting carbonaceous material corresponds to the following elementary analysis: carbon 98.06%; iron 0.54%; nickel 0 , 53%, and hydrogen 0.16% The separated carbonaceous material is then subjected to a series of three methanation / carburetion cycles The conditions and the results of these cycles are indicated in Table IV. The data collected in this table IV prove that the rates of formation of carbon deposits as well as the stages of methanation are improved by making this material go through successive cycles of formation of carbon deposits and methanation.

( Tableau en tête de la colonne suivante) (Table at the top of the next column)

Exemple 4: Example 4:

En mettant en œuvre un procédé selon l'invention, on prépare des échantillons de matières carbonées, contenant du carbone libre, en réalisant la disproportionation de monoxyde de carbone sur des By implementing a method according to the invention, samples of carbonaceous materials containing free carbon are prepared, by carrying out the disproportionation of carbon monoxide on

642 394 642,394

12 12

Tableau IV Table IV

Cycle N° Cycle N °

Allure de formation de dépôt de carbone (g/h/g de fer dispersé) Carbon deposition formation rate (g / h / g of dispersed iron)

Allure de méthanation (mol/h/mol de carbone) Methanation rate (mol / h / mol of carbon)

1-H** 1-H **

0,10 0.10

1-C* 1 C*

35,2 35.2

2-H 2-H

0,12 0.12

2-C 2-C

38,8 38.8

3-H 3-H

0,20 0.20

3-C 3-C

45,3 45.3

* Se rapporte à la formation de dépôt de carbone. ** Se rapporte à l'hydrogénation. * Refers to the formation of carbon deposition. ** Refers to hydrogenation.

plaques ou sur des boutons ou grains de fer, de nickel, de cobalt et d'un alliage de fer et de nickel contenant environ 50% de fer et 50% de nickel. Dans chaque échantillon, la matière carbonée fibreuse est séparée du métal en masse et est exposée, à 550° C et sous une pression de 1 atm, à un courant d'hydrogène sec s'écoulant à un débit d'environ 2 mol d'hydrogène à l'heure et par mole du carbone présent. Les allures spécifiques de formation de méthane pour chacun des échantillons sont indiquées dans le tableau V : plates or on buttons or grains of iron, nickel, cobalt and an alloy of iron and nickel containing about 50% iron and 50% nickel. In each sample, the fibrous carbonaceous material is separated from the bulk metal and is exposed, at 550 ° C. and under a pressure of 1 atm, to a stream of dry hydrogen flowing at a flow rate of approximately 2 mol of hydrogen per hour and per mole of carbon present. The specific rates of methane formation for each of the samples are indicated in Table V:

Tableau V Table V

Allure spécifique de formation Specific training pace

Initiateur de disproportionation de méthane pour des fibres de monoxyde de carbone séparées à partir de métal en Methane disproportionation initiator for carbon monoxide fibers separated from metal in

masse (mol/h/mol de carbone) mass (mol / h / mol of carbon)

Fer Iron

0,10 0.10

Nickel Nickel

0,19 0.19

Cobalt Cobalt

0,34 0.34

Alliage fer/nickel Iron / nickel alloy

0,10 0.10

Exemple 5: Example 5:

On place 10 g de sphères en acier au carbone, mesurant We place 10 g of carbon steel spheres, measuring

3,175 mm de diamètre, dans une nacelle en alumine suspendue ensuite au centre d'un réacteur tubulaire en substance céramique. On fait passer un mélange de 100 ml/min de monoxyde de carbone et 20 ml/min d'hydrogène sur les sphères à 510°C et sous la pression 5 atmosphérique pendant 5 h. Il s'y dépose au total 1,94 g de carbone. La matière carbonée déposée est soigneusement séparée des sphères en acier au carbone, et on constate qu'elle contient 2,08% de fer. On place 0,992 g de la matière, ainsi séparée, dans une nacelle que l'on remet en place dans le réacteur. On fait passer un mélange de io 100 ml/min de monoxyde de carbone et 20 ml/min d'hydrogène sur l'échantillon de 0,992 g à 408° C pendant 2 h. Une quantité additionnelle de carbone estimée à 0,2 g de carbone, déterminée en mesurant la concentration de bioxyde de carbone dans le courant gazeux ef-fluent, est déposée. On fait ensuite passer, sur cet échantillon 15 modifié, un courant gazeux d'hydrogène pur (110 ml/min) à une température de 560° C. Du méthane commence à se former et on poursuit l'hydrogénation jusqu'à ce qu'environ 0,2 g de carbone ait été gazéifié, ce que l'on détermine en mesurant la concentration de méthane et le débit d'écoulement des gaz efïluents. L'allure moyenne 20 de méthanation est égale à 0,20 mol de CH4/h/mol de carbone. On remplace ensuite le courant gazeux d'hydrogène admis à passer sur l'échantillon carboné par un courant d'azote pur (40 ml/min) et on chauffe lentement la matière carbonée jusqu'à 865° C. On l'y maintient pendant environ 1 h, puis on le refroidit jusqu'à 560° C dans le 25 courant d'azote. A 560° C, on remplace de nouveau le gaz par de l'hydrogène à un débit de 110 ml/min pour effectuer une méthanation, que l'on poursuit jusqu'à ce que 0,2 g additionnel de carbone ait été gazéifié. L'allure moyenne de méthanation après l'exposition à haute température est de 0,26 mol de CH4/h/atome-gramme de 30 carbone. Le cycle d'exposition à haute température (865°C) à un courant d'azote suivie d'une hydrogénation à 560° C est répété. On détermine de nouveau l'allure moyenne de méthanation: elle est égale à 0,26 mol de CH4/h/atome-gramme de carbone. Apparemment, cette brève exposition de la matière carbonée selon l'invention 35 à une haute température ne diminue pas sa réactivité à l'égard de l'hydrogène, ni son activité catalytique pour réaliser la conversion directe de CO et H2 en méthane. Après les mêmes cycles thermiques, la matière carbonée restante est exposée à un mélange de 110 ml/min d'hydrogène et 30 ml/min de monoxyde de carbone à 450° C. On 40 constate que du méthane se trouve formé dans le gaz effluent à une allure moyenne de 0,24 mol/h/mol de catalyseur. 3.175 mm in diameter, in an alumina nacelle then suspended in the center of a tubular reactor made of ceramic material. A mixture of 100 ml / min of carbon monoxide and 20 ml / min of hydrogen is passed over the spheres at 510 ° C and under atmospheric pressure for 5 h. A total of 1.94 g of carbon is deposited there. The carbonaceous material deposited is carefully separated from the carbon steel spheres, and it is found that it contains 2.08% of iron. 0.992 g of the material thus separated is placed in a nacelle which is replaced in the reactor. A mixture of 100 ml / min of carbon monoxide and 20 ml / min of hydrogen is passed over the 0.992 g sample at 408 ° C for 2 h. An additional quantity of carbon estimated at 0.2 g of carbon, determined by measuring the concentration of carbon dioxide in the ef-fluent gas stream, is deposited. A gaseous stream of pure hydrogen (110 ml / min) is then passed over this modified sample at a temperature of 560 ° C. Methane begins to form and the hydrogenation is continued until approximately 0.2 g of carbon has been gasified, which is determined by measuring the methane concentration and the flow rate of the effluent gases. The average methanation rate 20 is equal to 0.20 mol of CH4 / h / mol of carbon. Then replacing the gaseous stream of hydrogen admitted to pass over the carbon sample with a stream of pure nitrogen (40 ml / min) and the carbonaceous material is slowly heated to 865 ° C. It is kept there for about 1 h, then cooled to 560 ° C in the nitrogen stream. At 560 ° C., the gas is again replaced by hydrogen at a flow rate of 110 ml / min to carry out methanation, which is continued until an additional 0.2 g of carbon has been gasified. The average methanation rate after exposure to high temperature is 0.26 mol of CH4 / h / gram atom of carbon. The cycle of exposure to high temperature (865 ° C) to a stream of nitrogen followed by hydrogenation at 560 ° C is repeated. The average methanation rate is again determined: it is equal to 0.26 mol of CH4 / h / gram atom of carbon. Apparently, this brief exposure of the carbonaceous material according to the invention to a high temperature does not reduce its reactivity with respect to hydrogen, nor its catalytic activity to effect the direct conversion of CO and H2 to methane. After the same thermal cycles, the remaining carbonaceous material is exposed to a mixture of 110 ml / min of hydrogen and 30 ml / min of carbon monoxide at 450 ° C. It is observed that methane is formed in the effluent gas at an average rate of 0.24 mol / h / mol of catalyst.

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7 feuilles dessins 7 sheets drawings

Claims (25)

642 394 REVENDICATIONS642,394 CLAIMS 1. Matière carbonée, caractérisée en ce qu'elle comprend une matrice carbonée fibreuse, contenant des nodules riches en métal d'un groupe ferreux, incorporés chimiquement dans cette matrice, le groupe de métal ferreux étant choisi dans un groupe comprenant du fer, du cobalt, du nickel et un mélange de ces derniers, des oxydes de fer, cobalt et nickel et un mélange de ces derniers, des minerais de fer, cobalt et nickel et un mélange de ces derniers et un carbure de fer, cobalt et nickel, les nodules représentant 0,5 à 35% en poids de la matrice. 1. Carbonaceous material, characterized in that it comprises a fibrous carbonaceous matrix, containing nodules rich in metal of a ferrous group, chemically incorporated in this matrix, the group of ferrous metal being chosen from a group comprising iron, cobalt, nickel and a mixture thereof, iron oxides, cobalt and nickel and a mixture thereof, iron ores, cobalt and nickel and a mixture thereof and an iron carbide, cobalt and nickel, the nodules representing 0.5 to 35% by weight of the matrix. 2. Matière carbonée selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend de l'hydrogène. 2. Carbonaceous material according to claim 1, characterized in that it comprises hydrogen. 3. Matière carbonée selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comprend de l'hydrogène à raison de 0,1 à 3% en poids de la matière carbonée. 3. Carbonaceous material according to claims 1 and 2, characterized in that it comprises hydrogen in an amount of 0.1 to 3% by weight of the carbonaceous material. 4. Procédé de fabrication d'une matière carbonée selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on met du monoxyde de carbone gazeux au contact d'un groupe de métal ferreux initiateur de dispro-portionation du monoxyde de carbone pour former la matière carbonée sur le groupe de métal ferreux initiateur. 4. A method of manufacturing a carbonaceous material according to claim 1, characterized in that it puts gaseous carbon monoxide in contact with a group of ferrous metal initiator of dispro-portionation of carbon monoxide to form the carbonaceous material on the initiating ferrous metal group. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on réalise par catalyse des réactions chimiques induites par des catalyseurs du groupe de métal ferreux et mises au contact de matière carbonée avec au moins un réactif gazeux. 5. Method according to claim 4, characterized in that one carries out by catalysis chemical reactions induced by catalysts of the ferrous metal group and brought into contact with carbonaceous material with at least one gaseous reagent. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le réactif est un gaz contenant de l'hydrogène au contact de la matière carbonée à une température, pression et vélocité adéquates pour produire un gaz contenant du méthane à raison d'au moins 20% en volume. 6. Method according to claim 5, characterized in that the reagent is a gas containing hydrogen in contact with the carbonaceous material at an adequate temperature, pressure and velocity to produce a gas containing methane at a rate of at least 20 % in volume. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la matière carbonée réagit avec de l'hydrogène pour former du méthane à raison d'au moins 0,3 mol de méthane à l'heure par mole de carbone présent à une température de 550° C sous pression de 7. Method according to claim 6, characterized in that the carbonaceous material reacts with hydrogen to form methane at the rate of at least 0.3 mol of methane per hour per mole of carbon present at a temperature of 550 ° C under pressure I atm et un apport d'hydrogène d'au moins 2 mol d'hydrogène à l'heure par mole de carbone présent. I atm and a hydrogen supply of at least 2 mol of hydrogen per hour per mole of carbon present. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la matière carbonée est formée par disproportionation de monoxyde de carbone en présence de monoxyde de carbone au contact de métal initiateur de disproportionation servant de source au groupe de métal ferreux. 8. Method according to claim 6, characterized in that the carbonaceous material is formed by disproportionation of carbon monoxide in the presence of carbon monoxide in contact with metal initiator of disproportionation serving as a source for the group of ferrous metal. 9. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le réactif gazeux est un composé du soufre contenant un courant gazeux au contact de la matière carbonée afin d'en extraire les composés du soufre. 9. Method according to claim 5, characterized in that the gaseous reagent is a sulfur compound containing a gas stream in contact with the carbonaceous material in order to extract the sulfur compounds therefrom. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que des nodules riches en métal du groupe ferreux sont dispersés de façon que, lors de la disproportionation, le dépôt de carbone dépasse 10 g/h sur chaque gramme de métal du groupe ferreux au contact d'un gaz comprenant 80% en volume de monoxyde de carbone et 20% en volume d'hydrogène à 500° C sous pression de 1 atm, le débit de gaz étant réglé à plus de 10 mol de monoxyde de carbone par heure, par gramme de métal du groupe ferreux présent. 10. Method according to claim 8, characterized in that nodules rich in metal of the ferrous group are dispersed so that, during the disproportionation, the carbon deposition exceeds 10 g / h on each gram of metal of the ferrous group in contact of a gas comprising 80% by volume of carbon monoxide and 20% by volume of hydrogen at 500 ° C. under pressure of 1 atm, the gas flow rate being adjusted to more than 10 mol of carbon monoxide per hour, by gram of metal of the ferrous group present. 11. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la matière carbonée est soumise à au moins deux cycles de dépôt de carbone et de méthanation, en évitant toutefois le retrait total de la matière carbonée pendant la méthanation. 11. Method according to claim 6, characterized in that the carbonaceous material is subjected to at least two cycles of carbon deposition and methanation, however avoiding the total removal of the carbonaceous material during methanation. 12. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le gaz contenant le monoxyde de carbone est à une température comprise entre 300 et 700° C. 12. Method according to claim 4, characterized in that the gas containing carbon monoxide is at a temperature between 300 and 700 ° C. 13. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz contenant l'hydrogène est à une température comprise entre 350 et 800DC. 13. The method of claim 6, characterized in that the hydrogen-containing gas is at a temperature between 350 and 800DC. 14. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la pression de gaz est de 1 à 100 atm. 14. Method according to one of claims 4 to 6, characterized in that the gas pressure is from 1 to 100 atm. 15. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'hydrogène au contact de la matière carbonée appauvrit sa teneur en carbone, le carbone ainsi détaché étant alors mis en contact avec le monoxyde de carbone qui enrichit à nouveau la matière carbonée en carbone qui est remis en contact avec l'hydrogène. 15. The method of claim 6, characterized in that the hydrogen in contact with the carbonaceous material depletes its carbon content, the carbon thus detached is then brought into contact with carbon monoxide which again enriches the carbonaceous material in carbon which is brought back into contact with hydrogen. 16. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on fait réagir la matière carbonée avec de l'hydrogène pour produire du méthane en appauvrissant la teneur en carbone de la matière carbonée, une partie du carbone ainsi détaché réagissant avec du monooxyde de carbone qui, par disproportionation, réenrichit la matière carbonée en carbone. 16. The method of claim 4, characterized in that the carbonaceous material is reacted with hydrogen to produce methane by depleting the carbon content of the carbonaceous material, part of the carbon thus detached reacting with monooxide carbon which, by disproportionation, enriches the carbonaceous matter with carbon. 17. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la matière carbonée est préparée en brûlant un combustible fossile avec un apport d'air contrôlé de façon à produire un gaz de gazogène que l'on met au contact du groupe de métal ferreux constituant un initiateur de disproportionation pour former sur l'initiateur un dépôt de matière carbonée. 17. Method according to one of claims 5 or 6, characterized in that the carbonaceous material is prepared by burning a fossil fuel with a controlled air supply so as to produce a gasifier gas which is brought into contact with the group of ferrous metal constituting a disproportionation initiator to form on the initiator a deposit of carbonaceous material. 18. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la matière carbonée est préparée en mettant du gaz de gazogène au contact d'oxydes de fer pour les réduire et former un gaz de gazogène appauvri et en mettant le gaz de gazogène appauvri au contact du groupe de métal ferreux constituant un initiateur de disproportionation pour former la matière carbonée, tandis que du gaz contenant de l'hydrogène est formé par mise en contact des oxydes réduits avec de la vapeur d'eau. 18. The method of claim 6, characterized in that the carbonaceous material is prepared by putting gasifier gas in contact with iron oxides to reduce them and form a depleted gasifier gas and by putting the depleted gasifier gas in contact of the ferrous metal group constituting a disproportionation initiator to form the carbonaceous material, while hydrogen-containing gas is formed by bringing the reduced oxides into contact with water vapor. 19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'on brûle du charbon avec un apport d'air et de vapeur d'eau pour produire du gaz de gazogène. 19. The method of claim 18, characterized in that coal is burned with a supply of air and water vapor to produce gasifier gas. 20. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on introduit un initiateur de disproportionation à base de métal ferreux dans une première zone, de façon que l'initiateur s'écoule à travers cette zone, et un gaz contenant du monoxyde de carbone de façon à revêtir l'initiateur de matière carbonée, qu'on introduit l'initiateur recouvert de matière carbonée dans une seconde zone, de façon à s'écouler dans cette dernière, qu'on introduit un gaz contenant de l'hydrogène dans cette seconde zone pour y faire réagir l'hydrogène avec la matière carbonée pour obtenir un gaz riche en méthane et qu'on recycle l'initiateur de la seconde zone dans la première. 20. The method of claim 6, characterized in that a disproportionation initiator based on ferrous metal is introduced into a first zone, so that the initiator flows through this zone, and a gas containing monoxide of carbon so as to coat the initiator with carbonaceous material, that the initiator covered with carbonaceous material is introduced into a second zone, so as to flow into the latter, that a gas containing hydrogen is introduced into this second zone to react hydrogen there with the carbonaceous matter to obtain a gas rich in methane and that the initiator of the second zone is recycled in the first. 21. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la matière carbonée est formée par disproportionation de monoxyde de carbone en présence d'un initiateur à base de métal ferreux, en ce qu'on met la matière carbonée en contact avec du gaz appauvri contenant de l'hydrogène, en mettant ensuite la matière carbonée appauvrie au contact du gaz contenant du monoxyde de carbone pour régénérer la matière carbonée et en mettant alors du gaz contenant de l'hydrogène au contact de la matière carbonée régénérée pour former du méthane. 21. The method of claim 6, characterized in that the carbonaceous material is formed by disproportionation of carbon monoxide in the presence of an initiator based on ferrous metal, in that the carbonaceous material is brought into contact with depleted gas containing hydrogen, then bringing the depleted carbonaceous material into contact with the carbon monoxide containing gas to regenerate the carbonaceous material and then bringing hydrogen containing gas into contact with the regenerated carbonaceous material to form methane. 22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'on utilise du gaz de gazogène qui est appauvri au contact de l'initiateur à base d'oxyde de fer que l'on réduit pour récupérer l'énergie résiduelle du gaz de gazogène appauvri. 22. Method according to claim 21, characterized in that gasifier gas is used which is depleted in contact with the initiator based on iron oxide which is reduced to recover the residual energy of the gasifier gas impoverished. 23. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que l'énergie résiduelle est récupérée en brûlant le gaz de gazogène débité à l'air. 23. The method of claim 22, characterized in that the residual energy is recovered by burning the gasifier gas delivered to the air. 24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que le mélange gazeux est envoyé dans une turbine. 24. The method of claim 23, characterized in that the gaseous mixture is sent to a turbine. 25. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la réaction de disproportionation est exothermique, qu'elle réagit avec une partie du gaz contenant du monoxyde de carbone, qu'elle permet de séparer la partie du gaz n'ayant pas réagi de la matière carbonée et de brûler cette partie qui n'a pas réagi, pour fournir un gaz totalement consumé dans une turbine de générateur électrique. 25. The method of claim 4, characterized in that the disproportionation reaction is exothermic, that it reacts with part of the gas containing carbon monoxide, that it makes it possible to separate the part of the unreacted gas from the carbonaceous material and burning that unreacted part, to provide a fully consumed gas in an electric generator turbine.
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