FR2473355A1 - PROCESS FOR CATALYZING CHEMICAL REACTIONS CONSISTING OF CARRYING OUT THESE REACTIONS IN THE PRESENCE OF A METAL TYPE COMPONENT OF THE IRON GROUP DISPERSED IN THE WHOLE MASS OF A CARBON MATRIX - Google Patents

PROCESS FOR CATALYZING CHEMICAL REACTIONS CONSISTING OF CARRYING OUT THESE REACTIONS IN THE PRESENCE OF A METAL TYPE COMPONENT OF THE IRON GROUP DISPERSED IN THE WHOLE MASS OF A CARBON MATRIX Download PDF

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FR2473355A1 FR8101166A FR8101166A FR2473355A1 FR 2473355 A1 FR2473355 A1 FR 2473355A1 FR 8101166 A FR8101166 A FR 8101166A FR 8101166 A FR8101166 A FR 8101166A FR 2473355 A1 FR2473355 A1 FR 2473355A1
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Maksymilian Burk
Jack Louis Blumenthal
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Abstract

L'invention a pour objet un procédé pour catalyser des réactions chimiques en effectuant ces réactions en présence de compositions comprenant un composant du type métal du groupe du fer dispersé dans toute la masse d'une matrice de carbone, ledit composant du type métal du groupe du fer étant : a intiment associé avec le carbone contenu dans la matrice et au moins partiellement lié avec ce carbone ; b présent en une proportion représentant au moins environ 0,5 % en poids du mélange de carbone et de métal du groupe du fer ; et c transporté jusque dans la matrice par disproportionation de monoxyde de carbone en présence d'un initiateur comportant un métal du groupe du fer.The subject of the invention is a process for catalyzing chemical reactions by carrying out these reactions in the presence of compositions comprising a component of the iron group metal type dispersed throughout the mass of a carbon matrix, said group metal component iron being: intimately associated with the carbon contained in the matrix and at least partially bound with this carbon; b present in a proportion representing at least about 0.5% by weight of the mixture of carbon and iron group metal; and c transported into the matrix by disproportionation of carbon monoxide in the presence of an initiator comprising an iron group metal.

Description

L'invention concerne une matière carbonée dotée d'une haute réactivité, etThe invention relates to a carbonaceous material with high reactivity, and

elle concerne aussi des procédés pour la préparation d'une telle matière carbonée et pour son utilisation en vue de la it also relates to processes for the preparation of such a carbonaceous material and for its use for the purpose of

fabrication d'un gaz de haut pouvoir calorifique, contenant du mé- manufacture of a gas with high calorific value, containing

thane.thane.

Diverses matières carbonées sont bien connues et ont été utili-  Various carbonaceous materials are well known and have been used

sées comme pigments, sources de coke, absorbants chimiques, etc. lin  as pigments, coke sources, chemical absorbents, etc. linen

type de matière carbonée se forme à la suite de réactions de dispro- type of carbonaceous matter is formed as a result of dispro-

pornation (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 "disproportionition" 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: pornation (or disproportionation) or carbon deposition from carbon monoxide in the presence of a catalyst-type substance based on an iron group metal. The term "disproportionition" as used herein 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:

2 CO P C + CO22 CO P C + CO2

CO0+ H2 C + H 20CO0 + H2 C + H 20

Au cours de nombreuses opérations chimiques, la formation de telles matières carbonées par suite d'une réaction de disproportionation de monoxyde de carbone est une réaction secondaire indésirable et peut  During many chemical operations, the formation of such carbonaceous materials as a result of a disproportionation reaction of carbon monoxide is an undesirable side reaction and can

même désactiver le catalyseur,utilisé pour effectuer de telles opéra-  even deactivate the catalyst used to carry out such operations.

tions, par suite de la formation d'un dépôt de carbone sur le cata-  due to the formation of a carbon deposit on the cat-

lyseur. 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 oeuvre 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 plut8t que de l'air parce qu'  lyser. 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 of economically converting 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. We use oxygen rather than air because

il convient que le mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène uti-  the mixture of carbon monoxide and hydrogen should be used

lise pour réaliser la synthèse de méthane ne contienne pas de pro-  read to perform methane synthesis does not contain any

portions considérables d'azote, car l'azote ne peut être séparé fa- considerable portions of nitrogen because nitrogen cannot be separated easily

cilement ni du gaz de synthèse, ni du produit que constitue le métha-  neither synthesis gas nor the product of metha-

ne. Un inconvénient de ce procédé est de nécessiter l'utilisation de vastes et coûteuses installations de production d'oxygène. En  born. One drawback of this process is that it requires the use of large and expensive oxygen production plants. In

outre, le bioxyde de carbone produit au cours des opérations élémen- in addition, the carbon dioxide produced during elementary operations

taires de préméthanation du -procédé est éliminé à partir du courant de charge à traiter que constitue le mélange de monoxyde 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 Premethanation shutters 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 final product, a gas having a high power. calorific. It is relatively expensive to remove gaseous carbon dioxide from the stream

de charge que constitue le mélange de monoxyde de carbone et d'hydro- of charge constituted by the mixture of carbon monoxide and hydro-

gène, car une telle élimination implique une opération de séparation  gene, because such elimination involves a separation operation

de gaz.gas.

Conformément à la présente invention, on a découvert de nouvel- In accordance with the present invention, new-

les matières carbonées dotées d'une haute réactivité, en particulier avec l'hydrogène, pour former du méthane. les matières carbonées en  carbonaceous materials with high reactivity, in particular with hydrogen, to form methane. carbonaceous materials in

question peuvent être sous deux formes, la première étant une matiè- question can be in two forms, the first being a matter

re carbonée non activée par un promoteur, et l'autre étant une matiè-  carbonaceous not activated by a promoter, and the other being a material

re carbonée activée par de l'hydrogène. Cette dernière est formée  re carbonaceous activated by hydrogen. The latter is formed

en faisant passer de l'hydrogène sur la matière non activée. La ma- by passing hydrogen over the non-activated material. The ma-

tière carbonée en question comprend une association intime,-nà multi- carbon content in question includes an intimate association, -nà multi-

ples phases, d'une phase principale riche en carbone et d'une ou plu- ples phases, a main phase rich in carbon and one or more

sieurs phases, présentes en moindres proportions, riches en métal du groupe du fer et qui se trouvent dispersées dans le carbone et sont  several phases, present in lesser proportions, rich in iron group metal and which are dispersed in carbon and are

au moins partiellement liées au carbone. Les composants du type mé-  at least partially linked to carbon. Metallic components

tal du groupe du fer catalysent les réactions de formation de carbo-  iron group tal catalyze carbon formation reactions

ne à partir du monoxyde de carbone et de formation de méthane par suite de l'hydrogénation de la matière carbonée. Pour atteindre cette activité catalytique, il apparait nécessaire que le composant du type métal du groupe du fer soit présent en une proportion en ne from carbon monoxide and methane formation as a result of 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 in

poids égale à au moins 0,5 % sur la base du poids total de la matiè-  weight equal to at least 0.5% based on the total weight of the material

re carbonée, et cette proportion est de préférence égale à au moins- re carbonaceous, and this proportion is preferably equal to at least-

1 % du poids total de ladite matière. Dans la matière carbonée-non  1% of the total weight of said material. In carbonaceous matter-no

activée par un promoteur, la proportion en poids de composant du ty- activated by a promoter, the proportion by weight of component of ty-

pe 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 à 0,1 mole de méthane formé à l'heure et par mole pe iron group metal 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 hydrogen to form methane at a methanation rate equal to at least 0.1 mole of methane formed per hour and per mole

de carbone présent quand le carbone est mis en contact avec de l'hy-  of carbon present when carbon is contacted with hy-

3 24733553 2473355

drogène à une température de 5500C, sous une pression d'une atmosph'- drogen at a temperature of 5500C, under a pressure of one atmosphere

re, et à un débit minimum d'amenée d'hydrogène de 2 moles d'hydrogè-  re, and at a minimum hydrogen supply rate of 2 moles of hydrogen-

ne à l'heure et par mole de carbone présent. Cette réactivité à l'é- born on time and per mole of carbon present. This reactivity to

gard de l'hydrogène est une particularité caractéristique des matiè- gard of hydrogen is a characteristic characteristic of materials

res selon l'invention, et elle est notablement plus élevée que celle  res according to the invention, and it is significantly higher than that

d'autres formes de carbone. En outre, les matières en question con-  other forms of carbon. In addition, the subjects in question

servent leur haute réactivité même après avoir été considérablement appauvries ou enrichies en carbone. L'eau exerce un effet sur la  serve their high reactivity even after being considerably depleted or enriched in carbon. Water has an effect on

réactivité d'une matière du genre en question, et dans certaines con-  reactivity of a material of the genre in question, and in certain cases

ditions elle peut retarder l'allure de formation du méthane. Par  ditions it can delay the rate of methane formation. By

conséquent, sous la pression atmosphérique, il convient que l'hydro-  Therefore, under atmospheric pressure, hydro-

gène contienne, en volume, moins de 1 % d'eau, environ.  gene contains, by volume, less than about 1% water.

Les métaux du groupe du fer apparaissent comme étant transpor-  The iron group metals appear to be transported

tés jusque dans le réseau du carbone partiellement cristallisé, et ils deviennent dispersés au hasard dans ce réseau. Au moins une  tees into the partially crystallized carbon network, and they become randomly dispersed in this network. At least one

portion du métal ainsi dispersé se trouve lié au carbone. Une por- portion of the metal thus dispersed is bound to carbon. A door

tion du métal peut occuper des espaces entre les plans réticulaires du carbone. Quelle qu'en soit la structure, il apparaît que les tion of the metal can occupy spaces between the reticular planes of carbon. Whatever the structure, it appears that the

matières carbonées en question sont d'un type nouveau et original.  carbonaceous materials in question are of a new and original type.

La forme non activée par un promoteur d'une matière carbonée  The form not activated by a promoter of a carbonaceous material

selon l'invention est formée en faisant passer du monoxyde de carbo-  according to the invention is formed by passing carbon monoxide

ne 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 ne on an initiator of disproportionation of carbon monoxide based on iron group metal. Carbonaceous matter forms on the surface of the disproportionation initiator when this initiator

est exposé à un gaz contenant du monoxyde de carbone à une tempéra- is exposed to a gas containing carbon monoxide at a temperature

ture comprise entre 3000C et environ 7000C, et de préférence entre 4000C et 6000C. La pression peut varier entre environ 1 et environ atmosphères, mais l'intervalle de pression préféré s'étend entre 1 et 25 atmosphères. 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  ture between 3000C and about 7000C, and preferably between 4000C and 6000C. The pressure can vary between about 1 and about atmospheres, but the preferred pressure range is between 1 and 25 atmospheres. Preferably, the gas containing carbon monoxide also contains a significant proportion of hydrogen. Iron group metal carbides are initially formed, but at the

fur et à mesure que la réaction progresse, la matière carbonée com- as the reaction progresses, the carbonaceous matter

mence à s'accumuler sur la surface de l'initiateur de disproportio- begins to accumulate on the surface of the disproportional initiator

nation. 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  nation. Carbon monoxide is kept in contact with the disproportionation initiator until substantial proportions of carbonaceous material not activated by a promoter

soient déposées sur l'initiateur.are deposited on the initiator.

Les initiateurs de disproportionation de monoxyde de carbone à The initiators of carbon monoxide disproportionation to

base de métal du groupe du fer sont choisis parmi le groupe consti-  iron group metal base are selected from the group consisting of

tué par le fer, le cobalt et le nickel, des mélanges de ces métaux,  killed by iron, cobalt and nickel, mixtures of these metals,

247.3355247.3355

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  iron, cobalt and nickel oxides such as cobalt oxide, nickel oxide, ferrous oxide, ferric oxide and mixtures of

ces oxydes, des alliages de fer, de cobalt et de nickel et des mé- these oxides, alloys of iron, cobalt and nickel and metals

langes de ces alliages tels que des alliages de fer/nickel, et des minerais de fer, de cobalt et de nickel. On désignera de tels ini-  swabs of these alloys such as iron / nickel alloys, and iron, cobalt and nickel ores. Such ini-

tiateurs de disproportionation de monoxyde de carbone à base de mé-  carbon monoxide disproportionation initiators based on

tal du groupe du fer par l'expression "métal en masse" afin de les  tal of the iron group by the expression "mass metal" in order to

distinguer du métal dispersé dans le carbone et au moins partielle- distinguish from metal dispersed in carbon and at least partial-

ment lié au carbone formant la phase mineure dans la matière carbo-  ment bound to the carbon forming the minor phase in the carbon material

née selon l'invention. Seul le métal dispersé et lié forme une par-  born according to the invention. Only dispersed and bonded metal forms a part

tie des nouvelles compositions catalytiques de matière en question. tie of the new catalytic compositions of matter in question.

Comme exemples des initiateurs à base de métal du groupe du. As examples of the metal based initiators from the.

fer, et des formes que ces initiateurs peuvent prendre, on peut no- iron, and the forms that these initiators can take, we can

tamment citer: poudre d'oxyde ferrique, minerai de fer du type hé- Mention should be made of: ferric oxide powder, iron ore of the he-

matite en majeure partie composé de Fe203, copeaux de fer électro-  matte mainly composed of Fe203, electro-

lytique, sphères d'acier au carbone, laine d'acier, oxyde de nickel,  lytic, carbon steel spheres, steel wool, nickel oxide,

oxyde de cobalt, copeaux de nickel de haute pureté, copeaux de co- cobalt oxide, high purity nickel chips, co-

balt de haute pureté, boutons ou grains en alliage de fer-nickel ou  high purity balt, buttons or grains made of iron-nickel alloy or

en alliage de fer-cobalt, et alliage couramment dénommé "acier ino-  made of iron-cobalt alloy, and alloy commonly known as "stainless steel"

xydable' On peut utiliser divers minerais de métaux ferreux-pour  x 'Various ferrous metal ores can be used for

initier la formation de la matière carbonée. Par exemple,-on a uti-- initiate the formation of carbonaceous matter. For example, -it was used-

lisé avec succès, avec de bons-résultats, un minerai de fer prove-  successfully, with good results, an iron ore from

nant d'un gisement dénommé Mesabi Range. L'utilisation d'un tel mi- from a deposit called Mesabi Range. The use of such a mid-

nerai ou d'une substance analogue est avantageuse parce qu'il est facilement disponible et peu coûteux. A titre de variante, le métal  nerai or the like is advantageous because it is readily available and inexpensive. Alternatively, the metal

en masse peut se trouver sur un support constitué, par exemple, par- en masse can be on a support constituted, for example, by-

de la silice, de l'alumine ou une substance-analogue sans que la for- silica, alumina or the like without the formation of

mation de la matière carbonée s'en trouve défavorablement affectée. The carbonaceous matter is adversely affected.

Un des avantages des deux types de matière carbonée (non activée, et activée par de l'hydrogène) réside toutefois dans lé fait qu'il n' One of the advantages of the two types of carbonaceous material (not activated, and activated by hydrogen) lies however in the fact that it does not

est pas nécessaire d'utiliser un support afin d'en accroître la sur-  it is not necessary to use a support in order to increase the sur-

face développée, parce que la matière carbonée possède elle-même une haute surface développée.. Par exemple, la surface développée de la  developed face, because the carbonaceous material itself has a high developed surface. For example, the developed surface of the

matière carbonée peut être comprise entre 50 mètres carrés par gram-  carbonaceous material can be between 50 square meters per gram-

me et une valeur aussi élevée que 500 mètres carrés par gramme, l'  me and a value as high as 500 square meters per gram, the

intervalle normal s'étendant entre environ 150 et environ 300 m2/g. normal interval ranging between about 150 and about 300 m2 / g.

Pour que la matière carbonée possède le degré de réactivité dé-  In order for the carbonaceous material to have the degree of reactivity

siré, il apparaît qu'elle doit être formée in situ. Autrement dit, le fait de mélanger simplement le métal en masse avec du carbone siré, it appears that it must be formed in situ. In other words, simply mixing the metal in bulk with carbon

n'aboutit pas à l'obtention de la matière carbonée selon l'invention.  does not result in obtaining the carbonaceous material according to the invention.

Typiquement, la croissance de la matière carbonée s'effectue à par-  Typically, the growth of carbonaceous material takes place through

tir de la surface du métal en masse sous la forme de fibres, et éven- mass shooting of the metal surface in the form of fibers, and event-

tuellement de fibres creuses. Typiquement, ces fibres possèdent un diamètre compris entre environ 0,02 micron et environ 2,0 microns, 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  of hollow fiber. Typically, these fibers have a diameter of between about 0.02 microns and about 2.0 microns, 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

que du fer alpha, du carbure de fer ou des alliages fer/nickel. Ap-  than alpha iron, iron carbide or iron / nickel alloys. Ap-

paremment, le composant du type métal ferreux est transporté jusque apparently the ferrous metal component is transported to

dans les fibres carbonées. Ce composant du type métal ferreux trans- in carbon fibers. This component of the ferrous metal type trans-

porté cesse alors d'être physiquement associé au métal ferreux en worn then ceases to be physically associated with the ferrous metal in

masse et constitue une partie essentielle de la matière carbonée do-  mass and constitutes an essential part of the carbonaceous matter

tée 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 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 mixture with hydrogen using the pressure and temperature ranges in which we normally operate

pour réaliser la méthanation, il ne se forme pas de méthane. to carry out methanation, methane is not formed.

Il ne faut pas perdre de vue qu'il est difficile de distinguer  We must not lose sight of the fact that it is difficult to distinguish

entre le composant du type métal ferreux actif dans la matière car-  between the component of the active ferrous metal type in the material

bonée et le métal ferreux en masse quand on utilise de petites par-  good and the ferrous metal in mass when small parts are used

ticules de métal ferreux en masse. Lors de la caractérisation de la ferrous metal sheets in mass. When characterizing the

matière carbonée en question, on effectue une série d'essais en uti-  carbon material in question, a series of tests is carried out

lise des plaques de fer, de nickel, de cobalt et d'un alliage de fernickel comme initiateur de la réaction de disproportionation de reads plates of iron, nickel, cobalt and a fernickel alloy as initiator of the disproportionation reaction of

monoxyde de carbone et on dépose la matière carbonée sur ces pla-  carbon monoxide and the carbonaceous material is deposited on these plates

ques. La matière carbonée se forme en prenant l'aspect de monticu-  ques. The carbonaceous matter is formed by taking the appearance of monticu-

les onduleux de fibres sur la plaque, en permettant à la plaque d'ê- the wavy fibers on the plate, allowing the plate to be

tre simplement séparée physiquement de la matière carbonée. Ceci 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,  simply be physically separated from the carbonaceous material. This allows an analysis of the carbonaceous material separately from the mass metal. From an iron plate, the carbonaceous (separate) material formed in situ appears as containing, by weight, from approximately 1% to approximately 3.5% of component of the dispersed iron type,

les déterminations analytiques étant effectuées à la fois par spec-  the analytical determinations being carried out both by spec-

troscopie et par pesée des cendres. Le reste de la matière est principalement constitué par du carbone, accompagné par des traces d'hydrogène. Le carbone est partiellement graphitisé. Du carbone partiellement graphitisé a été décrit en détail par R. E. Franklin troscopy and weighing of ashes. The rest of the material is mainly made up of carbon, accompanied by traces of hydrogen. The carbon is partially graphitized. Partially graphitized carbon has been described in detail by R. E. Franklin

dans son article publié dans Acta Cryst., vol. 4, p. 253 (1951).  in his article published in Acta Cryst., vol. 4, p. 253 (1951).

On a examiné des fibres -carbonéesformées sur une plaque en fer, en utilisant un microscope électronique à balayage. La fig. 2 des dessins ciannexés est une micrographie montrant des fibres de Carbon fibers formed on an iron plate were examined using a scanning electron microscope. Fig. 2 of the attached drawings is a micrograph showing fibers of

la matière selon l'invention telles qu'on les voit dans un microsco-  the material according to the invention as seen in a microsco-

pe électronique à balayage en utilisant un grossissement relativement faible. La fig. 1 est une micrographie montrant,.plus en détail, quelquesunes des fibres vues sous un plus fort grossissement.en-se eg scanning electron using relatively low magnification. Fig. 1 is a micrograph showing, in more detail, some of the fibers seen under higher magnification.

servant également d'un microscope électronique à balayage. Les fi-  also serving as a scanning electron microscope. The fi-

bres que montrent les fig. 1. et 2 sont du type non activé, c'est-à-  bres as shown in fig. 1. and 2 are of the non-activated type, i.e.

dire non hydrogénées. Dans une fibre constituant un échantillon re- say not hydrogenated. In a fiber constituting a sample

présentatif, 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 A et est large d'environ 1000 A. On effectue cette analyse en recourant aux modes opératoires décrits par J. R. Ogren dans "Electron Mieroprobe", chapitre 6, dans "Systematic Materials Analysis", volume 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 du carbone complètement graphitisé,-on peut calculer que la limite de  presentative, designated in A, an area with a high concentration of iron has been positively identified. Using an electron microprobe type analyzer, a B nodule was positively identified as containing iron. This nodule is approximately 3000 A long and approximately 1000 A wide. This analysis is carried out using the procedures described by JR Ogren in "Electron Mieroprobe", chapter 6, in "Systematic Materials Analysis", volume 1, Academic Press, Inc., New York 1975. Assuming that the fiber is full and has an intermediate density between it, amorphous carbon and completely graphitized carbon, it can be calculated that the limit of

précision avec laquelle l'analyse par microsonde est capable de déce-  precision with which microprobe analysis is able to detect

ler la présence de fer est égale à environ 1,5 % en poids. The presence of iron is approximately 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, aussi X-ray analysis of samples of non-activated carbonaceous material (deposited on mass iron plates) proves that iron is present in the form of iron carbide and, possibly, also

sous la forme de fer alpha. On a recours à la méthode Debye-  in the form of alpha iron. We use the Debye method -

Scherrer (sur poudres) pour obtenir des spectres de diffraction par des poudres en se servant d'un spectromètre de rayons X General  Scherrer (on powders) to obtain powder diffraction spectra using an X-ray spectrometer General

Electric Modèle XRD-5. En ayant recours à la même méthode pour ana-.  Electric Model XRD-5. Using the same method for ana-.

lyser une matière activée par de l'hydrogène, on constate que le fer décelable par les rayons X dans la matière hydrogénée y est présente  lyse a material activated by hydrogen, it is found that the iron detectable by X-rays in the hydrogenated material is present there

uniquement sous la forme de fer alpha.  only in the form of alpha iron.

Ainsi que le montre la micrographie reproduite fig. 1, le compo- -  As shown in the micrograph reproduced in fig. 1, the compound -

sant fer est lié au carbone. On a tenté de rompre cette liaison et sant iron is linked to carbon. We tried to break this link and

de séparer le composant fer du carbone par des moyens physiques sim- to separate the iron component from carbon by simple physical means

ples tels qu'un tamisage au travers de toiles métalliques fines et ples such as sieving through fine metallic fabrics and

séparation du fer à partir du carbone à l'aide d'amiants. On consta- separation of iron from carbon using asbestos. We found

te toutefois que ces méthodes ne réalisent pas la séparation désirée.  However, these methods do not achieve the desired separation.

Etant donné que le composant fer dans la matière carbonée ne peut pas être séparé du carbone par mise en oeuvre de moyens physiques simples, ceci 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 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 itself

trouve liée au carbone, éventuellement à une échelle atomique ou mo- found bound to carbon, possibly on an atomic or mo-

léculaire. 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 inter- faces 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  school. 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 connection

établie entre le fer et le carbone, on a constaté que le fer lui-  established between iron and carbon, it has been found that iron itself

même, le charbon activé lui-même, la cémentite (Fe3C) du commerce,  even activated carbon itself, commercial cementite (Fe3C),

et un simple mélange physique de fer et de charbon activé ne possè-  and a simple physical mixture of iron and activated charcoal does not

dent 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  the advantageous properties of the carbonaceous material according to the invention. None of these substances or any of these mixtures, when it is brought into contact with hydrogen at high temperatures, is capable of forming methane at speeds approaching that which is reached when the carbonaceous material is used according to the invention. This fact is clearly highlighted in the Table

I suivant.I next.

Tableau ITable I

Matière première 1. Carbone déposé à partir d'un courant gazeux CO/H2 à 5500C et 1 atm. sur une mince feuille de  Raw material 1. Carbon deposited from a CO / H2 gas stream at 5500C and 1 atm. on a thin sheet of

fer de haute pureté.high purity iron.

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.

3. Matière carbonée déposée sur des sphères en acier au carbone de 3,175 mm à 5000C à partir d'un courant de gaz CO/H2 sous 3. Carbonaceous material deposited on 3.175 mm carbon steel spheres at 5000C from a stream of CO / H2 gas under

une pression de 1 atmosphère.a pressure of 1 atmosphere.

4. Matière carbonée ** initiale-4. Carbonaceous matter ** initial-

ment préparée par plusieurs cy-prepared by several cy-

cles de formation d'un dépôt de carbone et d'hydrogénation à 5500C et sous une pression de 7 à 17,5 bars sur des sphères en acier au carbone de 4,762 Keys to carbon deposition and hydrogenation at 5500C and under a pressure of 7 to 17.5 bars on carbon steel spheres of 4,762

mm. Echantillon séparé à par-mm. Separate sample from

tir des sphères et carbone dé-shot of the spheres and carbon

posé à partir d'un courant ga-posed from a current ga-

zeux CO/H2 sous 1 atm.zeux CO / H2 under 1 atm.

Matière carbonée séparéeSeparated carbonaceous material

de l'ini-from the ini-

tiateur (fer) non oui oui oui Allure de Rapport méthanation C/Fe (moles de (en a- CH4/heure/ tomes) mole de carbone) titrator (iron) no yes yes yes Rate of methanation ratio C / Fe (moles of (in a- CH4 / hour / tomes) mole of carbon)

27,3 * 0,1027.3 * 0.10

12,6 0,10 0,28 0,4912.6 0.10 0.28 0.49

Tableau ITable I

k Matière première 5. Minerai de fer du "Mesabi Range1' préréduit dans H2 puis k Raw material 5. Iron ore from the "Mesabi Range1 'pre-reduced in H2 then

utilisé pour catalyser la for-used to catalyze the

mation d'un dépôt de carbone à partir d'un mélange gazeux  carbon deposition from a gas mixture

C0/H2 à 5000C et sous 1 atm.C0 / H2 at 5000C and under 1 atm.

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

été exposé à l'air ambiant pen-been exposed to ambient air for

dant 96 heures à 250C avant hydrogénation. for 96 hours at 250C before hydrogenation.

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

8. Charbon activé "Norit A".8. Activated carbon "Norit A".

9. Charbon provenant de la9. Coal from

gazéification de houille.coal gasification.

10. Charbon activé "Norit A" mélangé avec de la poudre de fer électrolytique selon un  10. Activated carbon "Norit A" mixed with electrolytic iron powder according to a

rapport en poids 50:50.weight ratio 50:50.

11. Poudre de graphite de pureté11. Purity graphite powder

spectroscopique.spectroscopic.

suite) Matière carbonée séparéecontinued) Separated carbonaceous material

de l'ini-from the ini-

tiateur (fer) non non Allure de Rapport méthanation 0/Fe (moles de (en a0H4/heure/ tomes) mole de carbone)  titrator (iron) no no Methanation Ratio 0 / Fe (moles of (in a0H4 / hour / tomes) mole of carbon)

7 * 0,247 * 0.24

7 * 0,337 * 0.33

- > 1000-> 1000

- > 1000-> 1000

0,20 <0,05 (CH4 non décelé)0.20 <0.05 (CH4 not detected)

< 0,0004<0.0004

<0,0004<0.0004

4,7 * <0,00044.7 * <0.0004

>10.000> 10,000

env. 10-7approx. 10-7

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

** Matière activée en utilisant de  ** Material activated using

l'hydrogène comme promoteur.hydrogen as a promoter.

La fig. 9 reproduit une micrographie obtenue à l'aide d'un mi-  Fig. 9 reproduces a micrograph obtained using a half

croscope électronique à balayage sur une autre des matières carbo-  scanning electron croscope on another carbon material

nées selon l'invention, préparée par disproportionation de monoxyde de carbone sur une plaque d'alliage métallique en masse contenant essentiellement environ 50 % de nickel et environ 50 % de fer. Apres 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 born according to the invention, prepared by disproportionation of carbon monoxide on a metal alloy plate in mass containing essentially about 50% of nickel and about 50% of iron. After separation of the fibrous carbon material from the alloy plate, it is found that this carbon material contains 98.42% carbon, 0.48% iron, 0.73% nickel and 0.94% hydrogen (he

s'agit ici de données non normalisées dont la somme n'est pas exac-  this is non-standard data, the sum of which is not exact

tement égale à 100 %). La zone repérée par un cercle sur la micro-  100%). The area marked with a circle on the micro-

graphie a été analysée à l'aide d'une microsonde électronique; on a  spelling was analyzed using an electron microprobe; we have

ainsi constaté qu'elle contient à la fois du fer et du nickel en pro- thus found that it contains both iron and nickel in pro-

portions approximativement égales. Une analyse aux rayons X effec- approximately equal portions. An X-ray analysis performed

tuée sur un échantillon représentatif des fibres révèle la présence d'alliage fer-nickel. Il apparalt aussi que le nodule visible à 1' intérieur du cercle sur la fig. 9, nodule désigné par la lettre C, est en réalité constitué par un alliage fer-nickel. Que le nocule C  killed on a representative sample of the fibers reveals the presence of 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. Let the noxious C

visible sur la fig. 9 soit ou ne soit pas un véritable alliage du ty- visible in fig. 9 either or is not a true alloy of ty-

pe solution solide de fer et de nickel, l'analyse effectuée prouve clairement que de très petits cristallites ou nodules contenant à la eg solid solution of iron and nickel, the analysis carried out clearly proves that very small crystallites or nodules containing at the

fois du fer et du nickel se trouvent transportés à partir de la pla- both iron and nickel are transported from the plate

que d'alliage métallique en masse jusqu'aux fibres de carbone et deviennent intimement associés à ces fibres, auxquelles ils sont of metallic alloy in mass up to carbon fibers and become intimately associated with these fibers, to which they are

probablement liés.probably related.

Une hypothèse en ce qui concerne la nature de la matière carbo-  A hypothesis regarding the nature of the carbon material

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 matriceavec d'  born in question consists in admitting that the active component which is the metal of the group of iron is a catalyst which is dispersed through a carbon matrix. This component (iron group metal) catalyzes the reaction of carbon, contained in the matrix with

autres réactifs. La matière s'appauvrit en carbone au fur et à mesu- other reagents. The material depletes in carbon as and when

re que la réaction progresse, mais on peut la régénérer et la réenri-  re that the reaction is progressing, but it can be regenerated and re-energized

chir en carbone en l'exposant à un gaz contenant du monoxyde de car-  chir en carbon by exposing it to a gas containing carbon monoxide

bone. Quand il est exposé à des températures élevées à du monoxyde bone. When exposed to high temperatures to monoxide

de carbone, le composant actif catalyse la disproportionation de mo- of carbon, the active component catalyzes the disproportionation of mo-

noxyde de carbone.carbon dioxide.

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  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

valeur d'allure de méthanation spécifique. On constate avec surpri- specific methanation appearance value. We note with surprise

se 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  that almost all of the carbon can be removed from the carbonaceous material and the latter still retain a relatively high value of the specific methanation rate. This property of the material in question is illustrated in FIG. 3 which represents the variation in the specific methanation pattern (in

moles de CH4/heure/mole de carbone), portée en ordonnées, en fonc-  moles of CH4 / hour / mole of carbon), plotted on the ordinate, according to

tion du pourcentage du carbone éliminé par hydrogénation de la matiè- tion of the percentage of carbon removed by hydrogenation of the material

re (porté en abscisses). Les allures de méthanation indiquées sur  re (plotted on the abscissa). The methanation paces indicated on

le graphique de la fig. 3 ont été déterminées en effectuant la métha-  the graph in fig. 3 were determined by performing the metha-

nation à une température de 570 à 6000C dans une atmosphère d'hydro-  nation at a temperature of 570 to 6000C in a hydro-

gène admis à un débit constant, de 110 cm3/minute, la pression étant  gene admitted at a constant flow rate of 110 cm3 / minute, the pressure being

de 1 atm. La matière riche en carbone (c'est-à-dire contenant envi-  from 1 atm. Carbon rich material (i.e. containing approxi-

ron 96 % de carbone) possède une réactivité initiale d'environ 0,30 96% carbon) has an initial reactivity of around 0.30

mole de CH4/heure/mole de carbone. Cette réactivité s'accroit pro-  mole of CH4 / hour / mole of carbon. This reactivity increases

gressivement jusqu'à environ 0,63 mole de CH4/heure/mole de carbone quand environ 88 % (en poids) de carbone ont été éliminés. Quand '  gressively up to about 0.63 mole of CH4 / hour / mole of carbon when about 88% (by weight) of carbon has been eliminated. When '

environ 90 5fi du carbone ont été éliminés, ou quand la matière con- about 90% of the carbon has been removed, or when the material con-

* tient (en poids) environ 25 % de composant fer, sa réactivité décroit 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* holds (by weight) about 25% of 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

% de fer.% of iron.

La nouvelle matière carbonée en question conserve ses importan-  The new carbon material in question retains its important

tes et avantageuses propriétés après de nombreux cycles d'enrichisse- your advantageous properties after numerous enrichment cycles

ment en carbone/appauvrissement en carbone. En utilisant du fer com- carbon / carbon depletion. Using iron

me composant métallique du groupe du fer, on a ainsi effectué 55 tels cycles et on a obtenu, chaque fois, la matière originale-en question, being a metallic component of the iron group, 55 cycles were thus carried out and each time we obtained the original material in question,

activée par l'hydrogène servant de promoteur-.  activated by hydrogen serving as promoter.

Les nouvelles matières carbonées en question conservent aussi leurs propriétés après des périodes de stockage d'une longue durée, The new carbonaceous materials in question also retain their properties after long periods of storage,

qu'elles soient stockées dans l'état enrichi en.carbone ou dans l'é- whether stored in the enriched carbon state or in the

tat appauvri en carbone. Toutefois, étant donné que l'exposition de carbon depleted state. However, since the exposure of

ces matières à de l'oxygène peut en oxyder les composants métalli-  these materials to oxygen can oxidize the metallic components

ques 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 heures iron group, and thus harm their catalytic activity, we avoid exposing them to air during storage. After keeping such carbonaceous iron material for 24 hours

à la température ambiante ordinaire, on ne constate aucune altéra- at ordinary room temperature, there is no change

tion en ce qui concerne son allure de méthanation.  tion regarding its appearance of methanation.

En se basant sur les expériences auxquelles il a été fait allu- Based on the experiences to which it has been referred

sion ci-dessus, on a constaté que la composition de la matière-carbo-  sion above, it was found that the composition of the matter-carbon-

née en question peut varier approximativement comme suit Teneur % en poids Intervalle Intervalle général préféré Carbone partiellement graphitisé 65-99,5 % 75-99 % Composant métallique (du groupe du fer) dispersé 0,5-35 % 1-25 % les pourcentages en poids ont été déterminés après que la matière  born in question may vary approximately as follows Content% by weight Interval General preferred interval Partially graphitized carbon 65-99.5% 75-99% Metallic component (of the iron group) dispersed 0.5-35% 1-25% percentages by weight were determined after the material

carbonée a été séparée à partir du métal du groupe du fer en masse.  carbon was separated from the iron group metal in bulk.

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 eo de composant métallique ferreux et entre environ 99 %  For iron-based materials, it is preferred that the carbonaceous material not activated by a promoter contains by weight between approximately 1% and approximately 3.5 eo of ferrous metallic component and between approximately 99%

et 96,5 % de carbone.and 96.5% carbon.

On décrit ci-après la matière activée par de l'hydrogène ser- The material activated by hydrogen is described below.

vant de promoteur.before promoter.

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, lorque le 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. In particular, when

composant métallique du groupe du fer est du fer, la matière carbo- metallic component of the iron group is iron, the carbon material

née activée par l'hydrogène possède une valeur de l'allure de forma- tion d'un dépôt de carbone excédant 10 grammes de carbone déposé à born activated by hydrogen has a value of the rate of formation of a carbon deposit exceeding 10 grams of carbon deposited at

l'heure et par gramme de fer dispersé présent, et une valeur de l'al-  the hour and per gram of dispersed iron present, and a value of al-

lure de méthanation excédant 0,3 mole de méthane formé à l'heure et par mole de carbone présent. L'allure de formation d'un dépôt de carbone est mesurée à 5000C, sous une pression d'une atmosphère, et à un débit d'amenée de 10 moles 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 5500C, sous une pression d'une atmosphère, et à un débit minimum d'amenée d'hydrogène de 2 moles d'hydrogène à  methanation lure exceeding 0.3 mole of methane formed per hour and per mole of carbon present. The rate of formation of a carbon deposit is measured at 5000 ° C., under a pressure of one atmosphere, and at a supply rate of 10 moles of carbon monoxide per hour and per gram of iron dispersed in using a feed gas containing by volume 80% carbon monoxide and 20% hydrogen. The methanation rate is measured at 5500C, under a pressure of one atmosphere, and at a minimum hydrogen supply rate of 2 moles of hydrogen at

l'heure et par mole de carbone présent. 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 nese trouve pas produite aussi longtemps que règnent des conditions s'accompagnant de la formation d'un dépôt de carbone 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

sur le métal en masse. Quand la matière carbonée formée initiale- on the mass metal. When the initial carbonaceous matter-

ment 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  ment 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

cette matière quand environ 15 % en poids du carbone ont été élimi-  this material when about 15% by weight of the carbon has been removed.

nés par hydrogénation de la matière carbonée initialement préparée. born by hydrogenation of the carbonaceous material initially prepared.

En outre, il convient que l'hydrogène utilisé ne contienne normale-  In addition, the hydrogen used should not contain normal-

ment pas plus d'environ 1 % d'eau, en volume.  not 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  We separated the material, activated by hydrogen, from the mass metal and we found that this material has the same

aspect physique général que celui de la matière initialement prépa-  general physical aspect than that of matter initially prepared

rée, mais l'identification par les rayons X prouve que, lorsque le composant métallique du fer est du fer, ledit fer est du fer alpha 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: However, X-ray identification proves that when the metal component of iron is iron, said iron is alpha iron rather than carbide 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:

- 24?3355- 24? 3355

en poids Carbone partiellement graphitisé 65 - 99,5 Composant du type métal ferreux o,5 - 35 Hydrogène 0,1 - 3,0 L'hydrogène, dans les nouvelles matières en question, se trouve by weight Partially graphitized carbon 65 - 99.5 Component of the ferrous metal type o, 5 - 35 Hydrogen 0.1 - 3.0 Hydrogen, in the new materials in question, is found

dans un état fortement associé. Quand on chauffe une matière carbo- in a strongly associated state. When heating a carbon material

nées du genre en question, à base de fer, dans un courant d'azote gazeux à partir d'une température égale à environ 2000C jusqu'à une température égale à environ 9500C, 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 born of the genus in question, based on iron, in a stream of nitrogen gas from a temperature equal to approximately 2000C up to a temperature equal to approximately 9500C, and when the carrier gas stream is analyzed to determine the desorbed gases, mainly hydrogen and carbon monoxide, it is found that the quantity of hydrogen present in the carbonaceous material according to the invention is more than fifty thousand times greater than the quantity which can be

dissoudre dans du fer alpha. En outre, plus des deux-tiers de l'hy-  dissolve in alpha iron. In addition, more than two-thirds of the hy-

drogène dégagé au cours de telles expériences se trouveitlibérésà des  drogen released during such experiments is released to

températures supérieures à 7000C.  temperatures above 7000C.

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 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 material not activated after it has been separate from

du métal en masse.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  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 feed gases.

de monoxyde de carbone et d'hydrogène, après quoi la matière carbo-  carbon monoxide and hydrogen, after which the carbonaceous material

née 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 born begins to accumulate on iron en masse. Consequently, the duration of the contact time between the bulk iron and the gas containing carbon monoxide is important. If, for example, we use

Fe304 et si le gaz contenant du monoxyde de carbone est à une tempé-  Fe304 and if the gas containing carbon monoxide is at a temperature

rature de 6000C et sous une pression d'une atmosphère, initialement l'oxyde de fer est au moins partiellement réduit en fer. Ceci est rature of 6000C and under an atmosphere pressure, initially the iron oxide is at least partially reduced to iron. this is

indiqué par une perte de poids de l'oxyde de fer due à la perte d'o-  indicated by weight loss of iron oxide due to loss of o-

xygène. Par exemple, après que l'oxyde de fer a été mis en contact  xygene. For example, after the iron oxide has been contacted

avec du monoxyde de carbone gazeux pur pendant 15 minutes, l'échan-  with pure carbon monoxide gas for 15 minutes, the sample

tillon accuse une perte de poids d'environ 22 % (l'oxygène représen-  tillon shows a weight loss of around 22% (oxygen represents

te, 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 la forme de e 3C. Après trente minutes de te, by weight, about 27.6% of the weight of the ferrous catalyst) and there is little carbon deposited on the iron in mass. The carbon thus deposited is in the form of e 3C. After thirty minutes of

contact, l'échantillon accuse une perte de poids de 15 % et le car-  contact, the sample shows a weight loss of 15% and the

bone qui s'y trouve déposé est sous la forme de carbure, principale- bone deposited there is in the form of carbide, main-

ment sous la forme de Fe C. Même après 60 minutes de contact de 1' even in the form of Fe C. Even after 60 minutes of 1 'contact

oxyde de fer avec le monoxyde de carbone, l'échantillon accuse enco- iron oxide with carbon monoxide, the sample still shows

re une perte de poids de 10 %, et pratiquement tout le carbone dépo-  re a 10% weight loss, and practically all the carbon deposited

sé sur l'oxyde de fer est sous la forme de carbure, et ici encore  dried on iron oxide is in the form of carbide, and here again

principalement sous la forme de Fe 3C. Après quatre heures, toute- mainly in the form of Fe 3C. After four hours, all-

fois, l'échantillon accuse un gain de poids d'environ 75 %, et le  times, the sample shows a weight gain of about 75%, and the

carbone déposé est partiellement graphitisé. Les échantillons obte-  carbon deposited is partially graphitized. The samples obtained

nus après les susdits laps de temps de 15 minutes, 30 minutes et 60 naked after the above time periods of 15 minutes, 30 minutes and 60

minutes ne possèdent pas la valeur requise de l'allure de méthanati-  minutes do not have the required value of the methane rate

on. Contrairement à ces échantillons, le quatrième échantillon (ce- we. Unlike these samples, the fourth sample (this-

lui obtenu après quatre heures) forme du méthane à raison d'au moins 0,1 mole de méthane à l'heure et par mole de carbone quand il est mis en contact avec de l'hydrogène à 5500C, sous une pression d'une  obtained after four hours) forms methane at a rate of at least 0.1 mole of methane per hour and per mole of carbon when it is brought into contact with hydrogen at 5500C, under a pressure of one

atmosphère, et à un débit d'amenée d'hydrogène égal à 2 moles d'hy- atmosphere, and at a hydrogen supply rate equal to 2 moles of hy-

drogène à l'heure et par mole de carbone présent.  drogen per hour and per mole of carbon present.

La portée de l'invention englobe aussi un procédé pour la pro- The scope of the invention also encompasses a method for the pro-

duction d'un gaz de haut pouvoir calorifique,à partir de houille ou  duction of a gas with high calorific value, from coal or

d'autres combustibles carbonés,à l'aide de la nouvelle matière car- other carbonaceous fuels, using the new carbon material

bonée selon l'invention. Lors de la mise en oeuvre du procédé en question, 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 partir du courant gazeux de charge. Lors de la mise en oeuvre 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  bonée according to the invention. When carrying out the process in question, methane can be produced without the need for oxygen or the removal of nitrogen, carbon dioxide or other inert gases from the charging gas current. During the implementation of the process according to the invention, carbon monoxide and hydrogen are extracted from the feed stream as a result of the formation of the new carbonaceous material.

question sur le métal ferreux en masse. Un gaz contenant de l'hydro- question on mass ferrous metal. A gas containing hydro-

gène est ensuite mis en contact avec la matière carbonée à une tem- gene is then brought into contact with the carbonaceous material at a time

pérature, 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 %f de méthane. En raison du fait que 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% f of methane. On the grounds that

la réactivité de la matière carbonée est si élevée à l'égard de l'hy- the reactivity of carbonaceous matter is so high with respect to hy-

drogène, la durée du temps de séjour de l'hydrogène en contact avec cette matière carbonée peut être très brève. On a constaté que la drogenic, the duration of the residence time of hydrogen in contact with this carbonaceous material can be very short. It was found that the

matière carbonée ne nécessite qu'un bref temps de séjour avec l'hy- carbonaceous matter requires only a short residence time with the hy-

drogène pour produire un gaz contenant une proportion en volume  drogen to produce a gas containing a proportion by volume

aussi élevée que 75 % de méthane, voire même davantage. Par exem-  as high as 75% or more methane. For example-

ple, la durée du temps de séjour peut varier depuis 1 seconde jusqu' à 50 secondes pour produire un tel gaz riche en méthane. La durée Full, the duration of the residence time can vary from 1 second to 50 seconds to produce such a gas rich in methane. The duration

préférée du temps de séjour de l'hydrogène est comprise entre 5 se- preferred hydrogen residence time is between 5 sec-

condes et 30 secondes. La valeur désirable de la température mini-  30 seconds. The desired minimum temperature

mum à laquelle il convient de conduire la méthanation est de 3500C. mum to which methanation should be conducted is 3500C.

Cette température est de préférence comprise entre environ 4000C et environ 7000C. La pression peut être comprise entre entre environ 1 et environ 100 atmosphères, et de préférence entre 1 et 25 atmosphè- res. Lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on peut  This temperature is preferably between approximately 4000C and approximately 7000C. The pressure can be between about 1 and about 100 atmospheres, and preferably between 1 and 25 atmospheres. During the implementation of the method according to the invention, it is possible to

utiliser à peu près n'importe quel gaz contenant du monoxyde de car-  use just about any gas containing carbon monoxide

bone pour produire un gaz de haut pouvoir calorifique contenant du méthane. Des exemples particuliers de gaz utilisables lors de la mise en oeuvre 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  bone 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

kilocalories par mètre cube. Par exemple, on peut brûler de la- kilocalories per cubic meter. For example, you can burn

houille in situ (c'est-à-dire sans l'extraire des filons du gise-  hard coal in situ (i.e. without extracting it from the veins of the

ment) afin de produire un gaz ayant un pouvoir calorifique égal à  ment) in order to produce a gas with a calorific value equal to

environ 89 kcal/m3. Un gaz de gazogène tel que celui que l'on uti-  about 89 kcal / m3. A gasifier gas such as that used

lise-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  read here is a gas mixture containing carbon monoxide, hydrogen, nitrogen, and carbon dioxide. Preferably, we burn coal in a mixture of air and steam to

d'obtenir un gaz de gazogène riche en monoxyde de carbone et en hy- to obtain a gasifier gas rich in carbon monoxide and hy-

drogène. Par exemple, des gaz de gazogène peuvent normalement con-  drogenic. For example, gasifier gases can normally

tenir, en calculant à l'état sec, entre environ 15 % et environ 30 %  when calculating in the dry state, between about 15% and about 30%

de monoxyde de carbone, entre environ 5 % et environ 30 % d'hydrogè-  carbon monoxide, between about 5% and about 30% hydrogen

ne, entre environ 40 % et environ 60 % d'azote, et entre environ 2 % et environ 10 e% de bioxyde de carbone. Tous ces gaz contenant du  ne, between about 40% and about 60% nitrogen, and between about 2% and about 10 e% carbon dioxide. All of these gases containing

monoxyde de carbone sont convertibles en un gaz riche en méthane ana- carbon monoxide are convertible into a gas rich in methane ana-

logue 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. En général, de tels gaz de gazogène contiennent aussi de l'eau  logue to a natural gas and having a calorific power whose value is at least 4450 kcal / m3 and can reach up to 8900 kcal / m3. In general, such gasifier gases also contain water

et de petites proportions d'autres gaz tels que du méthane, du sulfu-  and small proportions of other gases such as methane, sulfur

re 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, tandis que la teneur en soufre est inférieure à environ 10 parties par million. Si le gaz de charge contenant du monoxyde de carbone  re of hydrogen, carbonyl sulfide, etc. To operate under atmospheric pressure, the water vapor content should be lowered to less than about 6% by volume, while the sulfur content is less than about 10 parts per million. If the feed gas containing carbon monoxide

contient de l'hydrogène, il convient que le rapport molaire du mono- contains hydrogen, the molar ratio of mono-

xyde de carbone à l'hydrogène soit supérieur à environ 1:2, et soit  carbon monoxide with hydrogen is greater than about 1: 2, and either

de préférence supérieur à 1:1. Le rapport molaire préféré du monoxy-  preferably greater than 1: 1. The preferred molar ratio of monoxy-

de 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  from carbon to hydrogen is preferably between about 1: 1 and about 100: 1. When the feed gas contains carbon dioxide

carbone, il est préférable que le rapport molaire du monoxyde de car-  carbon, it is preferable that the molar ratio of carbon monoxide

bone au bioxyde de carbone soit élevé. Il convient en général que le rapport molaire du monoxyde de carbone au bioxyde de carbone ait  carbon dioxide bone is high. In general, the molar ratio of carbon monoxide to carbon dioxide should be

une valeur supérieure ou au moins égale à 1:1, et de préférence supé- a value greater than or at least equal to 1: 1, and preferably greater than

rieure à 2:1 - 3:1. Toutefois, la formation des dépôts de carbone less than 2: 1 - 3: 1. However, the formation of carbon deposits

s'effectue à des allures acceptables même quand le rapport du bioxy-  takes place at an acceptable pace even when the ratio of bioxy-

de de carbone au monoxyde de carbone est aussi élevé que 3. from carbon to carbon monoxide is as high as 3.

On a découvert qu'il convient que le gaz de charge initial con- It has been found that the initial charge gas should

tenant du monoxyde de carbone ne contienne pas de proportions appré-  containing carbon monoxide does not contain appreciable proportions

ciables de soufre. Plus particulièrement, il convient que-le gaz de sulfur targets. More particularly, it is advisable that

charge contenant du monoxyde de carbone ne contienne pas plus d'en-  filler containing carbon monoxide does not contain more than

viron 20, et de préférence pas plus de 10, parties de soufre par mil- about 20, and preferably not more than 10, parts of sulfur per mil-

lion, ce soufre étant calculé en sulfure d'hydrogène. Quand cela apparait 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  lion, this sulfur being calculated as hydrogen sulfide. When it appears necessary, elimination of the sulfur is achievable by resorting to well-known methods, consisting for example of using systems based on amines, or of bringing the feed gas into contact with an aqueous solution of a carbonate. of alkali metal

ou de métal alcalino-terreux telle qu'une solution chaude de carbona- or alkaline earth metal such as a hot solution of carbona-

te de potassium. Outre le recours à des méthodes classiques d'élimi-  te of potassium. In addition to the use of conventional methods of elimination,

nation du sulfure d'hydrogène à partir de gaz de charge, on a aussi  nation of hydrogen sulfide from feed gas we also have

trouvé qu'il est possible d'éliminer du sulfure d'hydrogène en fai-  found that it is possible to remove hydrogen sulfide by doing

sant passer le gaz de charge sur la matière carbonée ou sur un mé- being able to pass the feed gas over the carbonaceous material or over a

lange de cette matière carbonée et du métal du groupe du fer en mas-  lange of this carbonaceous material and the iron group metal in mas-

se. Quand ceci 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 se. When this is done, the ferrous metal reacts with the sulfur, forming 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

pour produire du méthane.to produce methane.

Etant donné que l'invention permet d'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  Since the invention makes it possible to use gases containing nitrogen in relatively large proportions (for example, nitrogen can be present therein up to proportions in volumes as high as 70%, or even more important still) , he is not

nécessaire de former le gaz contenant du monoxyde de carbone en opé- necessary to form the gas containing carbon monoxide in operation

rant dans une atmosphère d'oxygène exempte d'azote. Autrement dit,  rant in a nitrogen-free oxygen atmosphere. In other words,

il est possible d'utiliser de l'air,pour brûler de la houille, plu- it is possible to use air, to burn coal, more

tôt que de l'oxygène pur. Ce qui rend le procédé selon l'invention :6_ économiquement attrayant, c'est que la portion combustible du courant de charge, principalement le monoxyde de carbone, est extraite ou  earlier than pure oxygen. What makes the process according to the invention: 6_ economically attractive, is that the combustible portion of the charging current, mainly carbon monoxide, is extracted or

séparée à peu de frais à partir de la portion inerte ou non combusti-  Separated inexpensively from the inert or non-combustible portion

ble dudit courant de charge par suite de la formation de la matière carbonée solide comme produit intermédiaire. Un gaz riche en méthane  ble of said charge current as a result of the formation of solid carbonaceous material as an intermediate product. A gas rich in methane

est ultérieurement produit simplement en mettant ladite matière car-  is subsequently produced simply by putting said material

bonée en contact avec de l'hydrogène. Il n'est pas nécessaire que -  good in contact with hydrogen. It is not necessary that -

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 cinq jours, 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. Ceci permet de  this solid carbonaceous material is immediately allowed to react with hydrogen, because it retains its reactivity for a time of considerable duration. For example, a sample was kept for five days and then reacted with hydrogen to form methane at the same high rates as when using a freshly prepared carbonaceous material. This allows

stocker de l'énergie jusqu'à ce que l'on en ait besois. store energy until needed.

Une particularité de l'invention réside dans le fait qu'un gaz de gazogène partiellement appauvri est utilisable pour produire la  A feature of the invention lies in the fact that a partially depleted gasifier gas can be used to produce the

matière carbonée en question, ultérieurement convertible en méthane.  carbon material in question, later convertible into methane.

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 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 one more

basse teneur en oxygène, et afin de produire le gaz de gazogène par-  low oxygen content, and in order to produce the gasifier gas by-

tiellement appauvri. Par exemple, le gaz de gazogène partiellement  partially impoverished. For example, partially gasifier gas

appauvri peut contenir à peu près moitié autant de monoxyde de carbo- depleted can contain about half as much carbon monoxide

ne et à peu près moitié autant d'hydrogène que le gaz de gazogène does and about half as much hydrogen as the gasifier gas

initialement mis en contact avec les oxydes de fer. Le gaz de gazo-  initially brought into contact with iron oxides. Gaso-

gène partiellement appauvri est utilisé pour préparer la matière car-  partially depleted gene is used to prepare the car-

bonée en le mettant en contact avec l'initiateur de disproportionati-  good by putting him in contact with the initiator of disproportionati-

on que constitue le métal du groupe du fer en masse dans des condi-  that the iron group metal constitutes in mass under conditions

tions 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 to form the carbonaceous matter. Hydrogen can be produced by contacting the reduced iron oxides with water vapor. This hydrogen is then brought into contact with the

matière carbonée afin de produire du méthane.  carbonaceous material to produce methane.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la matière carbo-  According to one embodiment of the invention, the carbon material

née (ordinairement mélangée avec le métal ferreux en masse) est admi-  born (usually mixed with ferrous metal en masse) is allowed

se à parcourir un cycle entre deux zones de réaction, dans la premiè-  to go through a cycle between two reaction zones, in the first

re 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 protion (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 o elle est de nouveau enrichie en carbone par mise en re of which the carbonaceous material is brought into contact with the partially depleted gasifier gas while, in the other, the material is brought into contact with the hydrogen-rich gas in order 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 protion (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 setting

contact avec le gaz de gazogène. La matière pauvre en carbone (c'est- contact with the gasifier gas. Low carbon material (i.e.

à-dire la matière carbonée activée par de l'hydrogène) pourra conte-  ie the carbonaceous matter activated by hydrogen) may contain

nir, au cours di premier cycle, entre environ 5 et 35 % en poids de métal ferreux dispersé, entre environ 95 et 65 % en poids de carbone, during the first cycle, between about 5 and 35% by weight of dispersed ferrous metal, between about 95 and 65% by weight of carbon,

et entre environ 0,1 et 3 %d en poids d'hydrogène. La matière carbo-  and between about 0.1 and 3% by weight of hydrogen. The carbon material

née peut toutefois demeurer dans une zone et les courants gazeux ad-  born can however remain in an area and the gas streams ad-

mis à passer dans les deux zones sont alors commutés afin de livrer alternativement passage au courant de gaz de gazogène et au courant set to pass in the two zones are then switched in order to alternately deliver passage to the gasifier gas stream and to the current

de gaz riche en hydrogène.hydrogen rich gas.

Une autre particularité de l'invention réside dans le fait que 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 Another feature of the invention resides in the fact that 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, in

rendant ainsi magnétique ladite matière.  thus making said material magnetic.

Le procédé selon l'invention permet aussi la production de The process according to the invention also allows the production of

quantités substantielles d'énergie à partir du gaz de gazogène appau- substantial amounts of energy from the depleted gasifier gas

vri ou d'un autre gaz utilisé comme source de monoxyde de carbone.  vri or another gas used as a source of carbon monoxide.

Par conséquent, après que le gaz de gazogène a été utilisé pour fa- Therefore, after the gasifier gas has been used to fa-

briquer la nouvelle matière carbonée en question, et pour produire de l'hydrogène par mise en oeuvre 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 briquering the new carbonaceous material in question, and to produce hydrogen by implementing the steam-iron process, the depleted gases are preferably then burned 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

sous forme d'électricité.in the form of electricity.

On décrit ci-après en détail les modes de mise en oeuvre préfé- The preferred embodiments are described below in detail.

rés des procédés en question.res of the processes in question.

Le meilleur mode de mise en oeuvre présentement envisagé d'un The best mode of implementation currently envisaged for a

procédé selon l'invention est schématiquement représenté fig. 8.  process according to the invention is schematically represented in 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  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 may contain, for example, in a state

supposé sec, 50 % d'azote, 25 % de monoxyde de carbone, 18 % d'hy-  assumed to be dry, 50% nitrogen, 25% carbon monoxide, 18% hy-

drogène, 6 % de bioxyde de carbone et l % de méthane. Sa teneur en drogen, 6% carbon dioxide and l% methane. Its content

soufre doit être inférieure à environ 20 parties par million. sulfur 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 ou-s'effectue la formation d'un dépat 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 6500C et sous une pression  The gasifier gas is transferred via a pipe 101 to a fluidized bed reactor 102 or the formation of a carbon deposit takes place, this reactor containing solids low in carbon which are based on a ferrous metal such as of 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 about 6500C and under a pressure

comprise entre environ 10,5 et 17,5 bars.  between approximately 10.5 and 17.5 bars.

0 La matière carbonée selon l'invention, formée dans le réacteur  0 The carbonaceous material according to the invention, formed in the reactor

102, est transférée par une canalisation 103 à un générateur de mé- 102, is transferred by a pipe 103 to a metering generator

thane 104. Dans ce générateur de méthane, à une température comprise  thane 104. In this methane generator, at a temperature between

entre environ 5250C et environ 7000C, le carbone contenu dans la ma- between about 5250C and about 7000C, the carbon contained in the ma-

tière carbonée réagit avec de l'hydrogène sec admis-à pénétrer dans le générateur de méthane 104 par une canalisation 106 afin de former  carbonaceous reacts with dry hydrogen allowed to enter the methane generator 104 through a line 106 to form

un mélange de méthane et d'hydrogène. Parce que la formation de me-  a mixture of methane and hydrogen. Because the training of me-

thane est hautement exothermique et parce que des températures moins  thane is highly exothermic and because temperatures are less

élevées favorisent la formation de mélanges à plus haute concentra- high levels favor the formation of mixtures with higher concentra-

tion de méthane, on réalise la formation du méthane en plusieurs stades, en refroidissant les solides et les gaz entre les stades, methane, the methane is formed in several stages, by cooling the solids and the gases between the stages,

Selon la composition du produit désiré, il peut être nécessaire de- Depending on the composition of the desired product, it may be necessary to-

prévoir un ou plusieurs refroidisseurs entre stades. Dans le présent cas, le refroidissement est réalisé en faisant pénétrer de l'eau provide one or more coolers between stages. In the present case, the cooling is carried out by introducing water

dans le générateur de méthane 104 par une conduite 107 et en-permet- in the methane generator 104 through a pipe 107 and enables it

tant la sortie-de vapeur d'eau par une conduite 108.  both the steam outlet through a pipe 108.

Le mélange gazeux méthane/hydrogène sort du générateur de mé- The methane / hydrogen gas mixture leaves the methane generator

thane 104 par une canalisation 109, est admis à passer dans un re-  thane 104 via a pipe 109, is allowed to pass in a re-

froidisseur 110, et il en sort par une conduite 111, prêt en vue d' cooler 110, and comes out of it through line 111, ready for

opérations ultérieures de traitement.  subsequent 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 chaleur 113 à l'intérieur duquel la température dudit gaz est élevée, par exemple, depuis 6700C jusqu' à environ 9200C, 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 The partially depleted gasifier gas from the reactor 102 for the formation of a carbon deposit is transferred from it by a pipe 112 to a heat exchanger 113 inside which the temperature of said gas is high, for example, from 6700C up to 'at about 9200C, 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 which leaves the heat exchanger 113 has a lower value for the ratio of carbon monoxide to carbon dioxide, and it mainly contains nitrogen, carbon monoxide, hydrogen, water and carbon dioxide. Although the value is more

basse, le rapport C0/C02 est suffisamment élevé pour permettre l'uti-  low, the C0 / C02 ratio is high enough to allow

lisation de ce gaz pour effectuer la réduction d'oxydes de fer. lisation of this gas to effect the reduction of iron oxides.

Le gaz de gazogène partiellement appauvri sort de l'échangeur d1e 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 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

en bioxyde de carbone et l'hydrogène en eau. Les oxydes de fer ré- into carbon dioxide and hydrogen into water. Iron oxides

duits sont transférés du réducteur 115 par une conduite 116 à un ré-  lines are transferred from the reducer 115 through a line 116 to a

acteur 117 producteur d'hydrogène. De la vapeur d'eau pénètre dans le réacteur 117 par une conduite 118 et réagit avec l'oxyde ferreux actor 117 producer of hydrogen. Water vapor enters reactor 117 through line 118 and reacts with ferrous oxide

pour produire de l'oxyde ferrique et de l'hydrogène. L'oxyde ferri-  to produce ferric oxide and hydrogen. Ferric oxide

que est transféré au réducteur 115 par une canalisation 119. L'hydro- that is transferred to the reducer 115 by a pipe 119. The hydro-

gène 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 wet gene produced leaves the reactor 117 via a line 120, is cooled in a heat exchanger 121, then is transferred via a line 123 to a condenser 122. In the condenser 122, the water content of the hydrogen stream is lowered up to '' less than about 1% by weight. Dry hydrogen leaves the condenser 122 through a line 124, and is transferred to the methane generator 104 through a

conduite 106.driving 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 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

et 17,5 bars. La chaleur produite dans le four 126 est parti-  and 17.5 bars. The heat produced in the oven 126 is partial

ellement 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, o 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 ely 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 heat exchanger 113 by 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

admis à s'échapper dans l'atmosphère par une conduite 134.  allowed to escape into the atmosphere through a pipe 134.

Ce mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention 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 This embodiment of the method according to the invention 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

grande valeur; gaz "naturel" synthétique et électricité. En deu-  great value; synthetic "natural" gas and electricity. In two

xième lieu, la mise en oeuvre de ce procédé ne nécessite pas l'utili-  xth place, the implementation of this process does not require the use of

sation d'oxygène coateux. En troisième lieu, la chaleur libérée au coating oxygenation. Third, the heat released to the

cours de l'opération de méthanation et la chaleur sensible qui sub-  during the methanation operation and the sensible heat which

siste dans le gaz de gazogène appauvri sont disponibles en vue de leur utilisation à des températures élevées. Ceci conduit à de hauts rendements dans l'utilisation et la conversion de cette chaleur en  is available in depleted gasifier gas are available for use at elevated temperatures. This leads to high yields in the use and conversion of this heat into

énergie électrique, en minimisant les gaspillages.  electrical energy, minimizing waste.

Une installation utilisable pour mettre en oeuvre un autre mode An installation usable to implement another mode

de réalisation de procédé selon l'invention est schématiquement re- for carrying out the process according to the invention is schematically represented

présentée fig. 4. Du gaz de gazogène désulfuré provenant d'une sour-  presented fig. 4. Desulfurized gasifier gas from a sour-

ce 1 constitue le courant de charge amené en vue du traitement. Ce gaz, qui peut contenir, par exemple, 50 % de N2, 25 % de C0, 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 this 1 constitutes the charge current brought in for treatment. This gas, which may contain, for example, 50% N2, 25% C0, 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

une teneur en H2S inférieure à environ 10 ppm.  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, Fe 3 04et 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 8500C -et sous des pressions comprises entre 1 et atm., de préférence entre environ 1 et 20 atm. Le choix de la température 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  Desulfurized gasifier gas and, for example, oxidized iron solids such as a mixture of Fe203, Fe 304 and FeO are contacted in a fast fluidized bed or in a reactor of the entrained tube lift type 2 at temperatures between about 550 and 8500C - and under pressures between 1 and atm., Preferably between about 1 and 20 atm. The choice of temperature and pressure depends on the overall thermal balance and the desired methane concentration in the product gas. Contact between gas and solids is maintained for a period of time

suffisante pour provoquer une réduction partielle, par H2 et CO con- sufficient to cause a partial reduction, by H2 and CO con-

tenus 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 held in the gasifier gas, iron oxides into 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. We think that

l'hydrogène sera plus complètement utilisé que le monoxyde de carbo-  hydrogen will be used more completely than carbon monoxide

ne au cours de ce stade du procédé en question.  do during this stage of the process in question.

Les solides à base de fer réduits entraînés et le gaz de gazo- Reduced entrained iron solids and gas from gas

gène qui a partiellement réagi sont ensuite amenés à un cyclone ou dispositif similaire 3, o 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 o ils sont mis en contact avec de la vapeur d'eau provenant d'une source 6 à des températures comprises entre environ 500 et 8000C et gene that has partially reacted are then brought to a cyclone or similar device 3, where the reduced iron-based solids are separated from the gas. 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 8000C and

sous des pressions de 1 à 100 atmosphères. Un gaz riche en hydrogè- at pressures from 1 to 100 atmospheres. A gas rich in hydrogen-

ne 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  ne 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

méthane, de monoxyde de carbone et de bioxyde de carbone. 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 pre-mier réacteur 2 du 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 through a line 9 to the first reactor 2 of the

type tube élévateur pour compléter la boucle de circulation des soli- riser type to complete the circulation loop of solids

des entre les réacteurs 2 et 5.between reactors 2 and 5.

Après la séparation des solides, le gaz de gazogène ayant par-  After separation of the solids, the gasifier gas having

tiellement réagi, et qui peut alors contenir, par exemple, 15 % de CO, 6 % de H12, 16 % de C02, 1 % de CH4 et 62 % de N2 (à l'état sec),  partially reacted, and which can then contain, for example, 15% CO, 6% H12, 16% C02, 1% CH4 and 62% N2 (in the dry state),

est refroidi dans un échangeur de chaleur 10 qui engendre de la va- is cooled in a heat exchanger 10 which generates

peur d'eau utilisable pour les traitements. Ce gaz refroidi est transféré par une conduite il à la partie inférieure d'un réacteur fear of usable water for treatments. This cooled gas is transferred by a pipe il to the lower part of a reactor

12 du type tube élévateur servant à la formation de dépôts de carbo- 12 of the lifting tube type used for the formation of carbon deposits

ne, oh il est mis en contact avec des solides pauvres, contenant du carbone, qu'il entraîne. Le gaz et les solides sont mutuellement maintenusen contact pendant un temps d'une durée suffisante à des températures comprises entre 300 et 6000C et sous des pressions de 1 à 100 atm. pour provoquer la formation d'un dépôt de carbone sur les ne, oh it is brought into contact with poor solids, containing carbon, which it entails. The gas and the solids are kept in contact with each other for a time of sufficient duration at temperatures between 300 and 6000C and under pressures of 1 to 100 atm. to cause the formation of a carbon deposit on the

solides pauvres en carbone et les enrichir en accroissant leur te- low carbon solids and enrich them by increasing their

* neur 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* carbon neur. 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.

réducteurs présents.reducers present.

Les solides riches en carbone entraînés sortant du réacteur 12  Solids rich in entrained carbon leaving reactor 12

de formation de dépôt de carbone sont séparés du gaz de gazogène, dé-  of carbon deposition are separated from the gasifier gas, de-

sormais appauvri, dans un cyclone ou autre dispositif similaire 13 et sont amenés à la partie inférieure d'un réacteur de méthanation now depleted, in a cyclone or other similar device 13 and are brought to the lower part of a methanation reactor

14 du type tube élévateur o ils sont entraînés par le courant ga- 14 of the riser type where they are driven by the current

zeux riche en hydrogène provenant du réacteur 5 de production d'hy-  zeux rich in hydrogen coming from the reactor 5 of production of hy-

drogène en passant par un échangeur de chaleur 8a et un refroidis- drogen through a heat exchanger 8a and a cooler

seur 8b. Les solides riches en carbone entraînés réagissent avec de  sister 8b. Entrained carbon-rich solids react with

l'hydrogène dans le premier étage 15 de méthanation de façon prédomi-  the hydrogen in the first stage of methanation predominantly

22 -22 -

nante par réaction directe de carbone et d'hydrogène. Il s'agit d'u- nante by direct reaction of carbon and hydrogen. It's about-

ne réaction exothermique, et les solides et/ou les gaz doivent 4tre refroidis entre étages si on désire obtenir de hautes concentrations de méthane. Les solides entratnés et les gaz sont refroidis dans un refroidisseur 16 agencé entre étages, puis ils sont de nouveau admis  exothermic reaction, and the solids and / or 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 admitted again

à réagir dans un second étage 17 de réacteur pour produire du métha- to react in a second reactor stage 17 to produce metha-

ne 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  no additional. Depending on the desired CH4 / H2 ratio in the gas produced, the operating pressures in the methanation reactors can vary from approximately 1 to approximately 100 atm., But are

de préférence comprises entre environ 1 et environ 20 atm. Ici en-  preferably between about 1 and about 20 atm. Here in-

core, selon le produit désiré, on peut utiliser un ou plusieurs éta-  core, depending on the desired product, one or more steps can be used

ges d'inter-refroidissement. Les températures de fonctionnement dans les étages initiaux du réacteur de mêthanation-peuvent s'élever jusqu'à des valeurs aussi hautes que 700-7500C, mais des températures inter-cooling systems. Operating temperatures in the initial stages of the methanation reactor can be as high as 700-7500C, but temperatures

inférieures doivent être maintenues dans les étages finals de métha-  must be maintained in the final stages of metha-

nation si on désire un haut rapport CH4/H2.- nation if a high CH4 / H2 ratio is desired

Le gaz produit et les solides pauvres en carbone entrainés qui  The gas produced and the low carbon solids entrained which

sortent du réacteur de méthanation 14 subissent une séparation pri-  leave the methanation reactor 14 undergo a primary separation

maire dans un cyclone 18. Les solides pauvres en carbone sont ensui-  mayor in a cyclone 18. Low carbon solids are then

te recyclés par une conduite 19 qui les ramène au réacteur 12 de  recycled through a line 19 which brings them back to reactor 12 of

formation de dépôts de carbone. Le gaz produit brut contenant enco- formation of carbon deposits. The raw product gas containing still

re une notable quantité de poussière entraînée subit une séparation de poussière plus poussée dans un séparateur 20 qui peut être un re a significant amount of entrained dust undergoes further dust separation in a separator 20 which can be a

dépoussiéreur magnétique étant donné que la majeure partie des pous- magnetic dust collector since most of the dust

sières 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  sieres is ferromagnetic in nature. However, other types of dust collectors can be used such as sand filters, filter bags, etc. The dust-free produced gas 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

à la sortie duquel on obtient le gaz constituant le produit final. at the outlet from which the gas constituting the final product is obtained.

Le gaz de gazogène appauvri chaud sortant du cyclone 13 est a-  The hot depleted gasifier gas leaving cyclone 13 is a-

mené à un séparateur de poussière 23 qui en élimine la poussière  led to a dust separator 23 which removes dust therefrom

entrainée, non séparée par le cyclone 13. le séparateur de poussiè-  driven, not separated by cyclone 13. the dust separator

re 23 peut être un dispositif magnétique, car les solides sont fer-  re 23 can be a magnetic device because solids are closed

romagnétiques, ou bien il peut être constitué par un système plus romagnetic, or it can be made up of a more

classique tel qu'un filtre à sable ou une batterie de sacs filtrants. classic such as a sand filter or a battery of filter bags.

Le gaz de gazogène appauvri chaud, exempt de poussières, contenant Hot depleted gasifier gas, dust-free, containing

encore de notables proportions de H2 et de CO, est brûlé par addi- still notable proportions of H2 and CO, is burned by addi-

tion d'un excès d'air pour aboutir à l'obtention d'un gaz de combus-  tion of an excess of air to result in the production of a combustion gas

tion à haute température, contenant N2, C02 et H20. Ce gaz chaud est  tion at high temperature, containing N2, C02 and H20. This hot gas is

expansé dans une turbine à gaz 24 permettant d'obtenir, comme sous- expanded in a gas turbine 24 making it possible to obtain, as a

produit, un travail mécanique à l'arbre et/ou de l'énergie électri-  product, mechanical work on the tree and / or electrical energy

que. Finalement, le gaz de gazogène appauvri peut être de nouveau refroidi afin de produire de nouvelles quantités de vapeur d'eau uti- than. Finally, the depleted gasifier gas can be cooled again to produce new amounts of steam used

sable pour les traitements.sand for 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  Two of the main advantages of the method described above with reference to FIG. 4 are as follows: (a) the separation of N2 and

C02 indésirables à partir du mélange CH4/H2 constituant le gaz pro- Unwanted CO2 from the CH4 / H2 mixture constituting the pro gas

duit s'effectue à la suite d'une séparation relativement facile de duit occurs after a relatively easy separation of

solides et de gaz plutôt que par la séparation beaucoup plus diffici-  solids and gases rather than by the much more difficult separation

le de N2 à partir de 02 comme cela est nécessaire en technologie classique, et (b) le gaz de gazogène, lors de la mise en oeuvre de  the N2 from 02 as is necessary in conventional technology, and (b) the gasifier gas, during the implementation of

ce procédé, est plus complètement utilisé par conversion en un pro-  this process is more fully used by conversion to a pro-

duit CH4/H2 que lors de la mise en oeuvre d'un procédé classique basé sur la réaction vapeur d'eau/fer car le gaz de gazogène est duit CH4 / H2 as during the implementation of a conventional process based on the steam / iron reaction because the gasifier gas is

d'abord pertiellement utilisé pour réduire des oxydes de fer (procé- first reliably used to reduce iron oxides (process

dé vapeur d'eau/fer), puis est plus complètement utilisé pour dépo- steam / iron), then is more completely used for deposition

ser du carbone destiné à servir de réactif.  serve as carbon to serve as a reagent.

Une troisième manière pour mettre en oeuvre l'invention est  A third way to implement the invention is

décrite ci-après en se référant à la fig. 5. Ici, du gaz de gazo-  described below with reference to fig. 5. Here, gas from gaso-

gène est initialement comprimé jusqu'à environ 3 à 4 atmosphères gene is initially compressed to approximately 3 to 4 atmospheres

dans un compresseur 1 et est amené jusque dans un réacteur 2 de ré-  in a compressor 1 and is brought to a reactor 2 for re-

dustion d'un oxyde de métal ferreux, par exemple d'oxyde de fer, avec formation de dépôts de carbone, o 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 350-5000C et sous une pression d'environ 3 à 4 atmosphères. Dans le 0 réacteur 2, environ 70 e% du monoxyde 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 dustion of a ferrous metal oxide, for example iron oxide, with formation of carbon deposits, where it is initially brought into contact with iron oxides and reduces these oxides while at the same time carbonaceous matter deposits on reduced oxides. Reactor 2 is maintained at a temperature of about 350-5000C and under a pressure of about 3 to 4 atmospheres. In reactor 0 2, approximately 70% of the carbon monoxide and hydrogen contained in the gasifier gas react with the iron oxides to form reduced iron compounds and the carbonaceous material according to

l'invention. Le gaz de gazogène appauvri, à une température d'envi-  the invention. Depleted gasifier gas at a temperature of approx.

ron 350-5000C, est mélangé avec de l'air et est bru1é 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  ron 350-5000C, is mixed with air and is burned in a combustion zone 3. This gas can then be directly transferred to a compressor or to an electricity generator to undergo a

expansion sans qu'il soit admis à passer dans un générateur de va-  expansion without being allowed to pass through a generator of

peur d'eau du type chaudière utilisant les chaleurs perdues. Toute- fear of boiler-type water using waste heat. Any-

fois, le gaz est de préférence admis à passer dans un séparateur  times, the gas is preferably allowed to pass through a separator

magnétique afin d'en séparer toutes poussières entraînées. magnetic to separate all entrained dust.

La matière carbonée, comprenant le fer en masse, est transférée Carbonaceous matter, including mass iron, is transferred

par des tubes ascendants de fluidisation à un réacteur de méthana-  by ascending fluidization tubes to a methane reactor

tion 5 en lit fluide o elle est mise en contact avec un gaz conte- tion 5 in a fluid bed where it is brought into contact with a contained gas

nant essentiellement de l'hydrogène à une température d'environ 480-  essentially producing hydrogen at a temperature of about 480-

5350C et sous une pression d'environ 3 à 4 atmosphères pour former un gaz riche en méthane. Ce gaz riche en méthane est refroidi dans  5350C and under a pressure of approximately 3 to 4 atmospheres to form a gas rich in methane. This methane-rich gas is cooled in

des chaudières 6 de récupération des chaleurs perdues afin de produi-  boilers 6 for recovering waste heat in order to produce

re 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 535-650ÈC et sous une  re water vapor usable for treatments. The carbon-depleted material, coming 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 535-650ÈC and under a

pression de 3 à 4 atmosphères pour produire de l'hydrogène humide.  pressure of 3 to 4 atmospheres to produce wet hydrogen.

Les oxydes de fer résultants sont ramenés au réacteur 2 de formation The resulting iron oxides are brought back to the formation reactor 2

de dépôts de carbone. L'hydrogène humide est refroidi dans un re-  carbon deposits. The wet hydrogen is cooled in a re-

froidisseur 7 pour condenser la vapeur d'eau, et l'hydrogène sec est  cooler 7 to condense water vapor, and dry hydrogen is

transféré au réacteur de méthanation.5.  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 Sulfur compounds such as H2S, CS2, COS and S02, if present in the gasifier gas, can be removed by

mise en contact du gaz avec une portion de la matière carbonée for-  bringing the gas into contact with a portion of the carbonaceous material

mée 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 carried out in reactor 2 for the formation of 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

avec le gaz de gazogène afin d'en éliminer les composés du soufre.  with the gasifier gas in order to remove the sulfur compounds therefrom.

la fig. 6 représente une autre installation utilisable pour mettre en oeuvre un procédé selon l'invention, procédé selon lequel les solides demeurent dans les réacteurs individuels soit sous la forme de lits fixes, soit sous la 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  fig. 6 shows another installation which can be used to implement a process according to the invention, a process 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-water mixture. The reactors

peuvent être admis à fonctionner selon un de deux modes, les par- may be allowed to operate in one of two modes, the

cours selon le premier mode étant représentés en traits pleins et courses according to the first mode being represented in solid lines and

les parcours selon le second mode étant représentés en traits inter- the routes according to the second mode being represented in inter-

rompus. Selon le premier mode, du gaz de gazogène est amené jusque dans un réacteur de réduction 6 o il est mis en contact avec des broken. According to the first mode, gasifier gas is brought into a reduction reactor 6 where it is brought into contact with

oxydes de fer. Le gaz de gazogène partiellement appauvri est ensui-  iron oxides. The partially depleted gasifier gas is then

te transféré, en passant par une chaudière servant de générateur de vapeur d'eau de traitement, à un réacteur 2 o 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 o elle est mise en contact avec du fer réduit afin de  transferred to you, 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

former de l'hydrogène gazeux. Cet hydrogène gazeux est ensuite ad-  form hydrogen gas. This hydrogen gas is then ad-

mis à passer dans un réacteur de méthanation 3 o il est mis en con-  placed in a methanation reactor 3 o it is placed in con-

tact avec de la matière carbonée, antérieurement formée, afin de for- tact with carbon material, previously formed, in order to form

mer du méthane. A des intervalles de temps choisis, les courants ga- methane sea. At selected time intervals, the currents ga-

zeux de charge amenés aux réacteurs 2, 3, 4 et 6 sont commutés. Com- charge zeux brought to reactors 2, 3, 4 and 6 are switched. Com-

me le montre la ligne en trait interrompu, de l'hydrogène qui se for-  shows me the broken line, hydrogen that forms

me dans le réacteur 6 est admis à passer dans le réacteur 2 o 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  me 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 matter. Depleted gasifier gas is

transféré du réacteur 4 au réacteur 3 pour former la matière carbo- transferred from reactor 4 to reactor 3 to form the carbonaceous material

née. La fig. 7 représente une installation permettant de mettre en oeuvre un procédé selon un autre mode de réalisation de l'invention selon lequel un gaz de gazogène partiellement appauvri est utilisé born. Fig. 7 shows an installation making it possible to implement a method according to another embodiment of the invention according to which a partially depleted gasifier gas is used

pour produire un gaz riche en méthane dans un seul et unique réac- to produce a methane-rich gas in a single reaction

teur schématiquement représenté en coupe verticale. Dans cet appa- schematically shown in vertical section. In this appa-

reil, 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 selon  reil, reaction cylinders with porous walls are used whose pores allow the passage of gases but are too small to allow the particles of solid carbonaceous material to pass,

l'invention ou du fer en masse transportant cette matière carbonée.  the invention or mass iron transporting this carbonaceous material.

Les initiateurs de disproportionation en masse affectent de préféren-  The initiators of mass disproportionation preferentially affect

ce la forme de sphères en fer.this the shape of iron spheres.

Les sphères en fer sont initialement situées à l'intérieur d' une trémie l ayant à sa partie inférieure un orifice de sortie 2 au travers duquel les sphères descendent sous l'effet de la pesanteur  The iron spheres are initially located inside a hopper l having at its lower part an outlet orifice 2 through which the spheres descend under the effect of gravity

jusque dans un passage 3 puis dans un réacteur 4 de formation de dé-  to a passage 3 then to a reactor 4 for the formation of

pdts 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 carbon pdts, with porous walls, inside which is formed a cavity 5. At the upper part of the cavity 5 is arranged a

entrée 6 de gaz servant à admettre, dans la cavité 5, un gaz de gazo-  gas inlet 6 used to admit gas into the cavity 5

gène partiellement appauvri. Ce gaz de gazogène partiellement ap- partially depleted gene. This partially gasifier gas

pauvri passe au travers de parois poreuses intérieures 7 et pénètre Pauri passes through internal porous walls 7 and penetrates

ainsi dans le réacteur 4 o le gaz entre en contact avec le cataly-  thus in reactor 4 o the gas comes into contact with the cataly-

seur ferreux pendant un temps d'une durée suffisante, et sous une ferrous sor for a time of sufficient duration, and under a

pression et à une température permettant de former la matière carbo- pressure and at a temperature to form the carbonaceous material

née selon l'invention sur les sphères. Ensuite, le gaz de gazogène complètement appauvri est admis à passer au travers des ouvertures  born according to the invention on the spheres. Then, the completely depleted gasifier gas is allowed to pass through the openings

ou pores de la paroi poreuse extérieure 8. or pores of the outer 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  At the lower part 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

gaz et par une paroi intérieure poreuse 12 laissant passer les gaz.  gas and by a porous inner wall 12 allowing the gases to pass.

Entourant coaxialement la paroi poreuse extérieure 1i est agencée une paroi imperméable 13 qui, avec la paroi 11, définit une chambre  Coaxially surrounding the outer porous wall 1i is arranged an impermeable wall 13 which, with the wall 11, defines a chamber

annulaire 14. De l'hydrogène gazeux s'écoule au travers d'une en- annular 14. Hydrogen gas flows through a

trée 16'*de gaz et jusque dans la cavité 15 o 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  trée 16 '* of gas and into the cavity 15 o this hydrogen passes through the 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 gas rich in

méthane sort ensuite du réacteur 10 au travers des ouvertures ou. methane then leaves the reactor 10 through the openings or.

pores établies dans la paroi poreuse extérieure 11, parvient ainsi dtns 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  pores established in the outer porous wall 11, thus reaches the cavity 14, then passes through the gas outlet 16 giving access to a gas transfer tube 17 which brings it up to

dans une cavité 18 agencée à l'intérieur d'un second réacteur de mné- in a cavity 18 arranged inside a second power reactor

thanation 19. La cavité 18 et le réacteur 19 sont séparés par une thanation 19. The cavity 18 and the reactor 19 are separated by a

paroi intérieure poreuse 20 laissant passer les gaz.--  porous inner wall 20 allowing gases to pass through .--

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  The solid carbonaceous material, partially depleted in carbon, coming from the first methanation reactor 10, leaves said reactor 10 by a solids outlet 21 and is cooled by water in a solids cooler 22 by passing water through this cooler 22 from a water inlet 23 to produce

vapeur d'eau qui sort du refroidisseur par une sortie de vapeur 24.  steam leaving the cooler through a steam outlet 24.

Les solides refroidis sont ensuite admis à pénétrer dans le second réacteur de méthanation 19 o 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'unesortie 26 de gaz. Des solides carbonés à base de fer appauvris en carbone sont ensuite transférés à la trémie  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 further react 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 a gas outlet 26. Carbonaceous iron-based solids depleted in carbon are then transferred to the hopper

1 à solides-par un tube de retour élévateur 27 afin d'être de nou- 1 to solids-by a riser return tube 27 in order to be

veau utilisés pour mettre en oeuvre le procédé.  calf used to implement the process.

Ci-après sont donnés différents exemples, bien entendu non li- Below are given various examples, of course not li-

mitatifs, destinés à illustrer les modalités de mise en oeuvre de mitatives, intended to illustrate the methods of implementing

l'invention en ce qui concerne la préparation des matières carbo-  the invention with regard to the preparation of carbonaceous materials

nées en question.- L'exemple 4 indique les allures de méthanation pour plusieurs catalyseurs différents à base de métaux du groupe du  - Example 4 shows the methanation rates for several different catalysts based on metals from the group of

fer selon l'invention. L'exemple 5 prouve la remarquable et inat- iron according to the invention. Example 5 proves the remarkable and unexpected

tendue stabilité thermique des substances catalytiques en question. tense thermal stability of the catalytic substances in question.

Exemple 1.- On dépose du carbone sur 5 grammes de billes en acier doux de 3,175 mm par décomposition de monoxyde de carbone à Example 1.- Carbon is deposited on 5 grams of 3.175 mm mild steel balls by decomposition of carbon monoxide at

5500C à partir d'un mélange gazeux de monoxyde de carbone et d'hy- 5500C from a gaseous mixture of carbon monoxide and hy-

drogène dans un four tubulaire. Le débit de passage du monoxyde de carbone est de 100 cm3 à la minute et le débit de passage de l'hy- drogène est de 20 cm3 à la minute. Après environ 4 heures, 2,7 grammes d'une matière carbonée contenant en poids 3,7 % de fer sont séparés des billes d'acier, et 0,27 gramme de la matière carbonée drogen in a tube furnace. The flow rate of carbon monoxide is 100 cm3 per minute and the flow rate of hydrogen is 20 cm3 per minute. After approximately 4 hours, 2.7 grams of a carbonaceous material containing by weight 3.7% of iron are separated from the steel balls, and 0.27 grams of the carbonaceous material

ainsi séparée est exposé au même mélange gazeux de monoxyde de car- thus separated is exposed to the same gaseous mixture of carbon monoxide

bone et d'hydrogène à 5000C et sous une pression de 1 atmosphère. bone and hydrogen at 5000C and under a pressure of 1 atmosphere.

On constate que l'allure de formation d'un dépôt de carbone est  It can be seen that the rate of formation of a carbon deposit is

égale à 8,8 grammes de carbone à l'heure et par gramme de fer dis-  equal to 8.8 grams of carbon per hour and per gram of iron dis-

persé dans la matière carbonée présente. Cette matière carbonée possède une allure de méthanation égale à 0,52 mole 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 5000C et sous une atmosphère. L'allure de formation d'un dépôt de carbone est égale à 39,4 grammes de carbone à l'heure et par dO gramme de fer dispersé. On établit une succession cyclique comme ci-dessus entre la réaction de disproportionation de monoxyde de persed in the carbonaceous matter present. This carbonaceous material has a methanation rate equal to 0.52 mole 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 5000C and under an atmosphere. The rate of formation of a carbon deposit is equal to 39.4 grams of carbon per hour and per dO gram of dispersed iron. A cyclic succession is established as above between the disproportionation reaction of monoxide

carbone pour déposer du carbone, puis une hydrogénation de la matiè- carbon to deposit carbon, then a hydrogenation of the material

re carbonée résultante afin d'en consommer la majeure partie du  resulting carbonaceous in order to consume most of the

carbone, et l'on poursuit cette succession pendant plusieurs cycles.  carbon, and this succession is continued for several cycles.

Le résultat de tous les cycles est résumé dans le Tableau II ci-  The result of all the cycles is summarized in Table II below.

après.after.

Tableau IITable II

Allure de formation de dépôt de Allure de méthanation Cycle n0 carbone (en grammes à l'heure (en moles à l'heure et par gramme de fer dispersé) et par mole de carbone) Methanation deposit deposition rate Carbon n0 cycle (in grams per hour (in moles per hour and per gram of dispersed iron) and per mole of carbon)

1-C* 8,81-C * 8.8

1-H ** 0,521-H ** 0.52

2-C 39,42-C 39.4

2-H 0,532-H 0.53

3-C 47,83-C 47.8

3-H p1,123-H p1.12

4-C 41,54-C 41.5

4-H 1,334-H 1.33

* Se rapporte à la formation de dépôt de carbone  * Refers to carbon deposition formation

** Se rapporte à l'hydrogénation.** Refers to hydrogenation.

-28-28

:W 2473355 -: W 2473355 -

La matière activée par l'hydrogène possède une allure de forma-  The material activated by hydrogen has a form of forma-

tion de carbone bien supérieure à 10 grammes de carbone déposé à much more than 10 grams of carbon deposited at

l'heure et par gramme de fer dispersé présent. Après que cette ma- per hour and per gram of dispersed iron present. After this ma-

tière a été soumise à plusieurs cycles de formation de dépôt de car- tière has been subjected to several training courses

bone et de méthanation, on constate que son allure de méthanation  bone and methanation, we see that its methanation appearance

s'accroit jusqu'à atteindre une valeur supérieure à 1 mole de métha-  increases until reaching a value greater than 1 mole of metha-

ne formé à l'heure et par mole de carbone présent.  only formed per hour and per mole of carbon present.

Exemple 2.- Six cents grammes 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 mètres. 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 carb-one/méthanation. On réalise la formation de dépôt de carbone en utilisant des mélanges  Example 2.- Six hundred grams of an iron ore of the Mesabi Range (iron ore of the hematite type containing 55.3% of iron, 8.1% of silica, 0.8% of alumina), of which the particle size corresponds to extreme sieves with square openings measuring respectively 0.250 mm and 0.100 mm side and whose apparent density is equal to 1.91 g / cm3, are placed in a vertical pressure-resistant tubular reactor, constructed of alloy of the so-called stainless steel type, with an internal diameter of 38.1 mm and a height of around 2.45 meters. 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 carb-one deposition / methanation formation cycles. Carbon deposition is carried out using mixtures

gazeux azote/monoxyde de carbone/hydrogène de différentes composi - gaseous nitrogen / carbon monoxide / hydrogen of different compounds -

tions, et on réalise la méthanation en utilisant de l'hydrogène pur. tions, and methanation is carried out using pure hydrogen.

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 The volumes of gases entering and leaving the reactor, after the reactor has cooled to normal room temperature, are measured using flow indicators and

mesure aussi le taux d'humidité; on détermine également la compo-  also measures the humidity level; the composition is also determined

sition des gaz par chromatographie en phase gazeuse. Les conditions et les résultats de plusieurs cycles sont indiqués dans le Tableau III ci- après. '  sition of gases by gas chromatography. The conditions and the results of several cycles are indicated in Table III below. ''

- 2473355- 2473355

Tableau IIITable III

Formation de dépôts de carbone Composition dee N2 46,6 42,5 44,2 44,2 H2 8,1 6,9 6,9 7,4 s gaz CO ,3 ,6 48,9 48,4 Tempé- Pres- Durée rature sion de Formation of carbon deposits Composition of N2 46.6 42.5 44.2 44.2 H2 8.1 6.9 6.9 7.4 s CO gas, 3, 6 48.9 48.4 Temp- Pres- Duration erasure of

mo- abso- sé-mo- abso- se-

yenne lue jour (OC) (atm.) (sec.)yenne read day (OC) (atm.) (sec.)

456 6,1 1,9456 6.1 1.9

440 3,4 1,7440 3.4 1.7

435 3,5 1,6435 3.5 1.6

416 4,7 1,8416 4.7 1.8

Durée to- tale (min.)Total duration (min.)

Rapport ato-Ato- report

mique C:Fe après carburation 1,29 0,88 0,80 1,12 Température Cycle (OC) * A B C D mique C: Fe after carburetion 1.29 0.88 0.80 1.12 Cycle temperature (OC) * A B C D

540-673540-673

500-700500-700

500-672500-672

500-635500-635

Pres- sion abso- lue (atm) 6,8 11,6 11,6 13,6 Méthanation Durée moyenne du temps de séjour des gaz (secondes) 4,9 9,1 il,0 ,0 Durée CH4 % dans toles gaz tale produits (maximum (min) atteint) 53,5 63,0 62,0 ,0 * La réaction est hautement exothermique et on ne peut maîtriser Absolute pressure (atm) 6.8 11.6 11.6 13.6 Methanation Average duration of gas residence time (seconds) 4.9 9.1 il, 0, 0 CH4% duration in gas sheets tale products (maximum (min) reached) 53.5 63.0 62.0, 0 * The reaction is highly exothermic and cannot be controlled

la température qu'en ajustant le débit d'hydrogène.  temperature only by adjusting the hydrogen flow rate.

Exemple 3.- Un échantillon de 2,88 grammes d'un alliage fer-  Example 3. A 2.88 gram sample of an iron alloy

nickel contenant en poids environ 50 % de chacun des deux métaux est oxydé à 982 C pendant 10 minutes dans un four à moufle. L'alliage ainsi oxydé est ensuite carburé à 5000C en utilisant un mélange de nickel containing by weight approximately 50% of each of the two metals is oxidized at 982 C for 10 minutes in a muffle furnace. The alloy thus oxidized is then fueled at 5000C using a mixture of

gaz comprenant en volumes 85 % de monoxyde de carbone et 15 % d'hy-  gas comprising by volume 85% carbon monoxide and 15% hy-

drogbne, à un débit de 200 millitres à la minute pendant 9 heures et drogbne, at a rate of 200 milliliters per minute for 9 hours and

minutes. Après séparation de la matière carbonée à partir de l'al- minutes. After separation of the carbonaceous material from al-

liage en masse, on constate que la composition de la matière carbo-  mass bonding, it can be seen that the composition of the carbon material

née résultante correspond à l'analyse élémentaire suivante: carbone resulting result corresponds to the following elementary analysis: carbon

98,06 %; fer 0,54 %; nickel 0,53 %, et hydrogène 0,16 %. La matiè- 98.06%; iron 0.54%; nickel 0.53%, and hydrogen 0.16%. The material

re carbonée séparée est ensuite soumise à une série de trois cycles de méthanation/carburation. LesÀconditions et les résultats de ces The separate carbonaceous material is then subjected to a series of three methanation / carburetion cycles. The conditions and the results of these

cycles sont indiqués dans le Tableau IV suivant. Les données ras- cycles are indicated in the following Table IV. The ras data

semblées dans ce Tableau IV prouvent que les allures de formation de appear in this Table IV prove that the formation paces of

dépÈts de carbone aussi bien que les allures de méthanation sont amé-  carbon deposits as well as methanation paces are improved

liorées en faisant parcourir à cette matière des cycles successifs Cycle A B  improved by making this material go through successive cycles Cycle A B

10. C10. C

D RapportD Report

atomi-atomi-

que CFe aprèsthat CFe after

métha-metha-

nation 0,08 0,04 0,01 0,15nation 0.08 0.04 0.01 0.15

1.., '. -1 .., '. -

...DTD: de formation de dépôts de carbone et de méthanation.  ... DTD: formation of carbon deposits and methanation.

Tableau IVTable IV

Allure de formation de dépôt de.Appearance of deposit formation.

Cycle no carbone (en grammes à-l'heure -5,-et par gramme de fer dispersé)  No carbon cycle (in grams per hour -5, -and per gram of dispersed iron)

1-H **1-H **

1-C * 35,21-C * 35.2

2-H2-H

2-C 38,82-C 38.8

3-H3-H

3-C 45,33-C 45.3

Allure de méthanation (en moles à l'heure et par mole de carbone) 0,10 0, 12 0,20 * Se rapporte à la formation de dépôt-de carbone Methanation rate (in moles per hour and per mole of carbon) 0.10 0.12 0.20 * Refers to carbon deposition

** Se rapporte à l'hydrogénation. -- - ** Refers to hydrogenation. - -

Exemple 4.- En mettant en-oeuvre un procédé selon l'invention,  Example 4. By implementing a method according to the invention,

on prépare des échantillons de matières carbonées, contenant du car- -  we prepare samples of carbonaceous materials, containing carbon -

bone libre, en réalisant la disproportionation de monoxyde de-carbone free bone, by realizing the disproportionation of carbon monoxide

sur des plaques ou sur des boutons ou grains de fer, de nickel,, de - on plates or on buttons or grains of iron, nickel, of -

cobalt et d'un alliage de fer et de nickel contenant environ;50 % de --  cobalt and an alloy of iron and nickel containing approximately; 50% of -

fer et 50 % de nickel. Dans chaque échantillon, la matière car0bonée  iron and 50% nickel. In each sample, the carbonaceous material

fibreuse est séparée du métal en masse et est exposée,.à 550 Ce -et - -- fibrous is separated from the mass metal and is exposed to 550 Ce -and - -

sous une pression d'une atmosphère, à un-.courant d'hydrogène sec s'écoulant à un débit d'environ 2 moles d'hydrogène à l'heure et- par:  under a pressure of one atmosphere, at a current of dry hydrogen flowing at a flow rate of about 2 moles of hydrogen per hour and- by:

mole du carbone présent. Les allures spécifiques de formation 'de. - mole of the carbon present. The specific training gaits' of. -

méthane pour chacun des échantillons sont indiquées dans'le.Tableau=.. methane for each of the samples are indicated in the table = ..

V ci-dessous: - -:- -.V below: - -: - -.

Tableau V --.Table V -.

Allure spécifique de formation Initiateur de disproportionation de méthane pour des fibres. o'" Specific training pace Initiator of disproportionation of methane for fibers. o '"

de monoxyde de carbone séparées à partir de.métal. - - carbon monoxide separated from metal. - -

en masse.: -: - (moles/heure/mole de carbone) -: À.; Fer 0,10  by mass .: -: - (moles / hour / mole of carbon) -: À .; Iron 0.10

Nickel - 0,19,-Nickel - 0.19, -

Cobalt, 0,34Cobalt, 0.34

Alliage fer-nickel 0,10- -Iron-nickel alloy 0.10- -

Exemple 5.- On place dix grammes de sphères en acier au carbo-a.. Example 5.- Ten grams of steel spheres are placed in the carbo-a.

ne, mesurant 3,175 mm de diamètre, dans une nacelle en alumine sus- -  ne, measuring 3.175 mm in diameter, in an alumina basket above -

pendue ensuite au centre d'un réacteur tubulaire en substance céra-  then hung in the center of a substantially ceramic tubular reactor

* mique. On fait passer un mélange de 100 ml/minute de monoxyde de carbone et 20 ml/minute d'hydrogène sur les sphères à 5100C et sous* mique. A mixture of 100 ml / minute of carbon monoxide and 20 ml / minute of hydrogen is passed over the spheres at 5100C and under

la pression atmosphérique pendant cinq heures. Il s'y dépose au to-  atmospheric pressure for five hours. It is deposited there to-

tal 1,94 g de carbone. La matière carbonée déposée est soigneuse- tal 1.94 g of carbon. The carbonaceous matter deposited is careful-

ment 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 sépa- rée, dans une nacelle que l'on remet en place dans le réacteur. On fait passer un mélange de 100 ml/minute de monoxyde de carbone et 20 ml/minute d'hydrogène sur l'échantillon de 0,992 g à 40800 pendant 2 heures. Une quantité additionnelle de carbone estimée à 0,2 gramme de carbone, déterminée en mesurant la concentration de bioxyde de ment separated from the carbon steel spheres, and we find that it contains 2.08% 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 / minute of carbon monoxide and 20 ml / minute of hydrogen is passed over the 0.992 g sample to 40800 for 2 hours. An additional amount of carbon estimated at 0.2 grams of carbon, determined by measuring the concentration of carbon dioxide

carbone dans le courant gazeux effluent, est déposée. On fait en-  carbon in the effluent gas stream, is deposited. We do in-

suite passer, sur cet échantillon modifié, un courant gazeux d'hydro-  thereafter pass, over this modified sample, a gaseous stream of hydro-

gène pur (110 ml/min) à une température de 5600C. Du méthane com-  pure gene (110 ml / min) at a temperature of 5600C. Methane

mence à se former et on poursuit l'hydrogénation jusqu'à ce qu'envi-  begins to form and the hydrogenation is continued until about

ron 0,2 g de carbone ait été gazéifié, ce que l'on détermine en me- 0.2 g of carbon has been gasified, which is determined by

surant la concentration de méthane et le débit d'écoulement des gaz effluents. L'allure moyenne de méthanation est égale à 0,20 mole de CH4/heure/mole 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 8650C. On l'y maintient pendant environ une heure, puis on le refroidit jusqu'à 5600C dans le courant d'azote. A 5600C, 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 mole de CH4/heure/atome- gramme de carbone. Le cycle d'exposition à haute température (8650C) à un courant d'azote suivie d'une hydrogénation monitoring the methane concentration and the flow rate of the effluent gases. The average methanation rate is equal to 0.20 mole of CH4 / hour / mole of carbon. Then replacing the gaseous stream of hydrogen allowed to pass over the carbonaceous sample with a stream of pure nitrogen (40 ml / min) and slowly heating the carbonaceous material to 8650C. It is kept there for about an hour, then cooled to 5600C in the nitrogen stream. At 5600C, the gas is again replaced by hydrogen at a 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 mole of CH4 / hour / atom of carbon. The cycle of exposure to high temperature (8650C) to a stream of nitrogen followed by hydrogenation

à 5600C est répété. On détermine de nouveau l'allure moyenne de mé-  at 5600C is repeated. The average pace of me-

thanation: elle est égale à 0,26 mole de CH4/heure/atome-gramme de carbone. Apparemment, cette brève exposition de la matière carbonée  thanation: it is equal to 0.26 mole of CH4 / hour / gram atom of carbon. Apparently this brief exposure of carbonaceous matter

selon l'invention à une haute température ne diminue pas sa réacti-  according to the invention at a high temperature does not decrease its reactivity

vité à l'égard de l'hydrogène, ni son activité catalytique pour réa-  vity towards hydrogen, nor its catalytic activity for reacting

liser la conversion directe de CO et H2 en méthane. Après les m8mes  read the direct conversion of CO and H2 to methane. After the same

cycles thermiques, la matière carbonée restante est exposée à un mé-  thermal cycles, the remaining carbonaceous material is exposed to a

lange de 110 ml/minute d'hydrogène et 50 ml/minute de monoxyde de carbone à 4500C. On constate que du méthane se trouve formé dans le  lange of 110 ml / minute of hydrogen and 50 ml / minute of carbon monoxide at 4500C. It is found that methane is formed in the

gaz effluent à une.allure moyenne de 0,24 mole/heure/mole de cataly-  effluent gases at an average rate of 0.24 mole / hour / mole of catalyst

seur.sister.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1. Procédé pour catalyser des réactions chimiques, 1. Process for catalyzing chemical reactions, caractérisé en ce qu'on effectue ces réactions-en pré-  characterized in that these reactions are carried out sence de compositions comprenant un composant du type métal du groupe du fer dispersé dans toute la masse d'une matrice de carbone, ledit composant du type métal du groupe du fer étant: (a) intimement associé avec le  sence of compositions comprising a component of the iron group metal type dispersed throughout the mass of a carbon matrix, said component of the iron group metal type being: (a) intimately associated with the carbone contenu dans la matrice et au moins partielle-  carbon contained in the matrix and at least partial- ment lié avec ce carbone; (b) présent en une proportion représentant au moins environ 0,5 %'en poids du mélange  ment linked with this carbon; (b) present in a proportion representing at least about 0.5% by weight of the mixture de carbone et de métal du groupe-du fer; et (c) trans- carbon and iron group metal; and (c) trans- porté jusque dans la matrice par disproportionation de  carried to the matrix by disproportionation of monoxyde de carbone en présence d'un initiateur-com-  carbon monoxide in the presence of an initiator-com- portant un métal du groupe du fer.carrying an iron group metal. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composition est obtenue par les opérations consistant à (a) choisir.une-substance métallique qui comporte un métal du groupe du fer', ladite substance 2. Method according to claim 1, characterized in that the composition is obtained by the operations consisting in (a) choosing a metal substance which comprises an iron group metal ', said substance étant inactive et d'une faible activité, comme cataly-  being inactive and of low activity, such as cataly- seur pour la réaction entre l'hydrogène et le mo-  sor for the reaction between hydrogen and mo- noxyde de carbone; (b) mettre un gaz contenant du. mono-  carbon dioxide; (b) put a gas containing. mono- xyde de carbone en contact avec ladite substance dans des conditions telles que le monoxyde de carbone subisse une disproportionation aboutissant à la formation d'une matière carbonée comprenant du carbone et un-composant = du type métal du groupe du fer -transporté à partir de ladite substance, ledit composant étant dispersé dans carbon xene in contact with said substance under conditions such that carbon monoxide undergoes a disproportionation resulting in the formation of a carbonaceous material comprising carbon and a component = of the iron group metal type -transported from said substance, said component being dispersed in toute la masse du carbone et intimement associé au car- the whole mass of carbon and intimately associated with carbon bone, et au moins partiellement lié au carbone; et (c) bone, and at least partially bound to carbon; and (c) mettre la matière carbonée-en contact avec de l'hydro-  put the carbonaceous material in contact with hydro- gène dans des conditions telles que l'hydrogène réagisse rapidement avec le carbone contenu dans la substance pour former du méthane, ladite mise en contact étant gene under conditions such that hydrogen reacts quickly with the carbon contained in the substance to form methane, said contacting being poursuivie jusqu'à ce que. la matière carbonée soit enri- continued until. the carbonaceous matter is enri- chie en composant du type métal du groupe du fer à con-  shit by compounding metal type from the iron group to currence d'une proportion égale à ladite proportion prédéterminée. occurrence of a proportion equal to said predetermined proportion. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on sépare la matière carbonée à partir de la substance métallique avant de la mettre en contact avec3. Method according to claim 2, characterized in that the carbonaceous material is separated from the metallic substance before bringing it into contact with de l'hydrogène au cours de la mise en oeuvre de l'opéra-  hydrogen during the implementation of the opera- tion élémentaire (c).elementary tion (c). 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caracté-  4. Method according to claim 2 or 3, character- risé en ce que l'on utilise, comme substance métallique, un alliage comportant au moins deux métaux du groupe du fer.  risé in that one uses, as metallic substance, an alloy comprising at least two metals of the group of iron.
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