FR2589848A1 - HYDROCARBON CONVERSION PROCESS - Google Patents
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Abstract
DANS UNE ENCEINTE 1 ON FAIT PASSER, PAR UNE TUBULURE 3, UN COMBUSTIBLE GAZEUX OU UN GAZ CONTENANT DE L'OXYGENE A TRAVERS UN CONE 2 FORAMINE AFIN DE LE MELANGER AVEC DU GAZ CONTENANT DE L'OXYGENE OU UN COMBUSTIBLE GAZEUX SORTANT D'UNE BUSE 6 SITUE A LA BASE DU CONE 2. LE MELANGE DES GAZ CONTENANT DE L'OXYGENE EST RICHE EN OXYGENE. ON ENFLAMME EN 8 ET ON FAIT REAGIR LE MELANGE PUIS ON RETIRE LES PRODUITS FORMES.IN A CONTAINER 1, A GASEOUS FUEL OR A GAS CONTAINING OXYGEN IS PASSED THROUGH A TUBING 3 THROUGH A FORAMINE CONE 2 IN ORDER TO MIX IT WITH GAS CONTAINING OXYGEN OR A GASEOUS FUEL COMING OUT OF A NOZZLE 6 LOCATED AT THE BASE OF THE CONE 2. THE GAS MIXTURE CONTAINING OXYGEN IS RICH IN OXYGEN. LIT IN 8 AND REACT THE MIXTURE THEN REMOVE THE FORMED PRODUCTS.
Description
I La-présente invention concerne un procédé pour la combustion partielleI The present invention relates to a process for partial combustion
d'hydrocarbures afin d'obtenirof hydrocarbons in order to obtain
des produits utilisables.usable products.
Il est souhaitable de convertir des charges de départ facilement disponibles, telles que des gaz natu- rels, en produits présentant une utilité commerciale plus importante, tels que des hydrocarbures élevés, des hydrocarbures non saturés, des gaz de synthèse et du méthanol. La présente invention concerne un procédé de conversion pour cet objet et qui est de fonctionnement simple. It is desirable to convert readily available feedstocks, such as natural gases, into products of greater commercial utility, such as high hydrocarbons, unsaturated hydrocarbons, synthesis gases and methanol. The present invention relates to a conversion method for this object and which is simple to operate.
Ainsi, le procédé conforme à la présente inven- Thus, the process according to the present invention
tion pour la conversion d'hydrocarbures comprend les tion for the conversion of hydrocarbons includes
opérations consistant à faire passer un combustible ga- operations consisting in passing a combustible fuel
zeux ou un gaz contenant de l'oxygène à travers un cône foraminé afin de le mélanger avec un gaz contenant de l'oxygène ou un combustible gazeux sortant d'une buse située à la base du cône, le mélange combustible/ gaz contenant de l'oxygène étant riche en combustible, enflammer et faire réagir le mélange résultant et retirer zeux or an oxygen-containing gas through a foraminated cone in order to mix it with an oxygen-containing gas or a gaseous fuel leaving a nozzle located at the base of the cone, the fuel / gas mixture containing l being rich in fuel, ignite and react the resulting mixture and remove
les produits formés par le procédé. the products formed by the process.
Le combustible est, de manière appropriée, du gaz naturel, du gaz de pétrole liquide, des combustibles résiduels, des combustibles solides dispersés contenant du liquide, etc..., et le gaz contenant de l'oxygène peut être de l'oxygène pur, de l'air enrichi en oxygène, ou The fuel is suitably natural gas, liquid petroleum gas, residual fuels, dispersed solid fuels containing liquid, etc., and the oxygen-containing gas can be pure oxygen , oxygen-enriched air, or
encore de l'air pur. Les composés devant entrer un réac- still fresh air. Compounds to enter a reaction
tion sont, de préférence,préchauffés avant d'être intro- tion are preferably preheated before being introduced.
duits dans le réacteur.duits in the reactor.
Le réacteur pour la mise en oeuvre du procédé comprend une enveloppe externe qui entoure un cône foramine-. L'enveloppe peut présenter des The reactor for implementing the process comprises an external envelope which surrounds a foramine cone. The envelope may have
trous à l'aval du cône afin de permettre un refroidisse- holes downstream of the cone to allow cooling
ment brusque des produits, par exemple en utilisant de l'eau injectée de manière radiale, afin de conserver tout hydrocarbure élevé. Les produits peuvent, de même,. être refroidis brusquement à l'aide d'ydrocarbures gazeux abrupt products, for example using radially injected water, to keep any hydrocarbons high. Products can, likewise ,. be suddenly quenched with gaseous hydrocarbons
ou liquides afin d'augmenter la production en hydrocar- or liquids to increase hydrocarbon production
bure élevé. L'étape de refroidissement brusque peut ainsi être utilisée en vue d'un contrôle des produits high bure. The sudden cooling step can thus be used for product control
finalement obtenus par le procédé conforme à l'invention. finally obtained by the process according to the invention.
Les matières permettant de réaliser le réacteur comprennent des métaux, tels que de l'acier inoxydable, et des céramiques, et elles sont choisies pour supporter la température et les conditions de fonctionnement du réacteur. Le cône foraminé est de préférence The materials used to make the reactor include metals, such as stainless steel, and ceramics, and they are chosen to withstand the temperature and the operating conditions of the reactor. The foraminated cone is preferably
un cône présentant des rangées de trous s'éten- a cone with rows of holes extending
dant le long de lignes radiales à partir de la base du cône. Les rangées de trous peuvent être rectilignes ou présenter uneconfiguration courbe. La section droite des trous peut augmenter depuis la base du cône jusqu'à son embouchure. La taille des trous dépend du débit requis dant along radial lines from the base of the cone. The rows of holes can be straight or have a curved configuration. The cross section of the holes can increase from the base of the cone to its mouth. The size of the holes depends on the required flow
et de la chute de pression du réacteur (la chute de pres- and the pressure drop in the reactor (the pressure drop
sion étant en général de l'ordre de 2 à 3,5 % de la pression dans le dispositif). Les trous peuvent présenter des formes diverses et être, par exemple, circulaires, in general being of the order of 2 to 3.5% of the pressure in the device). The holes can have various shapes and be, for example, circular,
carrés, en forme de losange ou être ovales. square, diamond-shaped or be oval.
La buse présente, de préférence, plusieurs ori- The nozzle preferably has several ori
fices de sorties, chaque orifice étant également, de préférence,prévu pour diriger du combustible ou du gaz contenant de l'oxygène entre les rangées de trous; une série étant en général associée à une rangée particulière de trous. La buse peut être refroidie par exemple par l'intermédiaire d'une canalisation-de vapeur ou d'eau exits, each orifice also preferably being provided for directing oxygen-containing fuel or gas between the rows of holes; a series being generally associated with a particular row of holes. The nozzle can be cooled for example by means of a steam or water pipe
liquide.liquid.
Une disposition de réacteur qui peut être adap- A reactor layout that can be adapted
tée à une utilisation dans laprésente invention est ty for use in the present invention is
décrite dans la demande de brevet britannique N 1 575 641. described in British patent application No. 1,575,641.
A la pression atmosphérique, la composition riche en combustible préférablement utilisée est de 1,1 à 5 fois le rapport combustible/oxygène permettant une combustion complète en dioxyde de carbone et eau At atmospheric pressure, the fuel-rich composition preferably used is from 1.1 to 5 times the fuel / oxygen ratio allowing complete combustion of carbon dioxide and water.
(rapport stoechiométrique), mais ces limites sont modi- (stoichiometric ratio), but these limits are modified
fiables si l'on envisage des fonctionnements à des pres- reliable when considering operation at low
sions du dispositif supérieures à la pression atmosphé- sions of the device above atmospheric pressure
rique. La composition varie selon le combustible utilisé. risk. The composition varies depending on the fuel used.
Des dispositifs à réacteur du commerce seront suscepti- Commercial reactor devices will be susceptible to
bles de fonctionner à des pressions élevées allant to operate at high pressures ranging
jusqu'à 100 bars.up to 100 bars.
Il est également envisagé que de l'hydrogène ou It is also contemplated that hydrogen or
de la vapeur d'eau soit amené en même temps que le com- steam is supplied at the same time as the
bustible hydrocarboné ou le gaz contenant l'oxygène, ou bustible hydrocarbon or oxygen-containing gas, or
simultanément à ces deux produits. simultaneously with these two products.
Les produits de la réaction varient selon les composés amenés à réagir, les conditions de réaction, le refroidissement brusque, etc..., et peuvent comprendre du mono oxyde de carbone, de l'hydrogène, de l'eau, du dioxyde de carbone, du méthane et des hydrocarbures élevés. Il est envisagé qu'en vue de la conversion de grandes quantités de combustible, on puisse utiliser un The reaction products vary according to the compounds brought to react, the reaction conditions, the sudden cooling, etc., and can comprise carbon monoxide, hydrogen, water, carbon dioxide. , methane and high hydrocarbons. It is envisaged that for the conversion of large amounts of fuel, a
réseau de réacteurs du type ci-dessus. network of reactors of the above type.
Diverses autres caractéristiques de l'invention Various other features of the invention
ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui moreover emerge from the detailed description which
suit.follows.
Une forme de réalisation de l'objet de l'inven- An embodiment of the object of the invention
tion est représentée, à titre d'exemple non limitatif, tion is shown, by way of nonlimiting example,
au dessin annexé.in the attached drawing.
La fig. 1 est une élévation partiellement en Fig. 1 is an elevation partially in
coupe d'un réacteur mettant en oeuvre l'invention. section of a reactor implementing the invention.
La fig. 2(a) est une vue de dessus du cône de la Fig. 2 (a) is a top view of the cone of the
fig. 1.fig. 1.
La fig. 2(b) est une vue en coupe latérale du cône. Fig. 2 (b) is a side sectional view of the cone.
Le réacteur a la forme d'une enveloppe cylindri- The reactor has the form of a cylindrical envelope
que 1 qui entoure un cône 2 foramdni Une buse est située à la base du cône 2 pour amener soit that 1 which surrounds a cone 2 foramdni A nozzle is located at the base of cone 2 to bring either
de l'oxygène soit du combustible à l'intérieur du cône. oxygen is fuel inside the cone.
La buse est alimentée par l'intermédiaire d'un tube 3 dont l'axe longitudinal est coaxial à l'axe de l'enve- loppe. Dans le présent exemple, de l'oxygène est amené par des canalisations non représentées, dans l'espace annulaire 5 compris entre l'enveloppe 4 et le tube 3, et The nozzle is supplied via a tube 3 whose longitudinal axis is coaxial with the axis of the casing. In the present example, oxygen is supplied by pipes, not shown, into the annular space 5 between the casing 4 and the tube 3, and
traverse des trous 9. Un tube intermédiaire, non représen- crosses holes 9. An intermediate tube, not shown
té, est relié à une source d'eau ou de vapeur d'eau qui tee, is connected to a source of water or water vapor which
agit en tant que fluide de refroidissement de la buse. acts as coolant for the nozzle.
Le tube 3 est relié à une source de combustible, non représentée, et le combustible sort par des orifices de The tube 3 is connected to a fuel source, not shown, and the fuel exits through orifices of
sortie 6 de la buse.nozzle outlet 6.
Le cône 2 qui peut être réalisé, par exemple, en The cone 2 which can be made, for example, by
acier inoxydable, en matière céramique ou en quartz pré- stainless steel, ceramic or quartz pre-
sente des rangées de trous 9 s'étendant le long de lignes radiales à partir de la base du cône. Les rangées de trous ont une configuration légèrement courbe et la section droite des feel rows of holes 9 extending along radial lines from the base of the cone. The rows of holes have a slightly curved configuration and the cross section of the
trous augmente depuis la base du cône jusqu'à son embou- holes increases from the base of the cone to its mouth
chure. Dans l'exemple représenté, le diamètre des trous chure. In the example shown, the diameter of the holes
est compris entre 2 et 3 mm (voir fig. 2(a)). is between 2 and 3 mm (see fig. 2 (a)).
La buse présente plusieurs orifices de sortie pouvant diriger du combustible le long de la surface interne du cône. Les orifices de sortie de la buse sont prévus pour diriger le combustible entre les rangées de trous, chaque orifice de sortie étant associé à une The nozzle has several outlet ports that can direct fuel along the inner surface of the cone. The outlet ports of the nozzle are provided for directing the fuel between the rows of holes, each outlet port being associated with a
rangée de trous déterminés.row of determined holes.
Le réacteur peut être utilisé avec du combusti- The reactor can be used with combustible
ble gazeux sortant des orifices de sortie de la buse pour être mélangé à l'oxygène ou au gaz contenant de l'oxygène passant par les trous du cône; il peut également être ble gas leaving the outlet ports of the nozzle to be mixed with oxygen or oxygen-containing gas passing through the holes in the cone; it can also be
employé avec de l'oxygène ou un gaz contenant de l'oxygè- used with oxygen or an oxygen-containing gas
ne sortant des orifices de sortie de la buse pour être mélangé avec du combustible traversant des trous 4u cône. L'exemple représenté est dirigévers la première possibilité. Au cours de l'utilisation du réacteur, du combustible gazeux sous la forme de méthane est amené au tube 3 et sort en une série de jets provenant des orifices de sortie de la buse. De l'oxygène ou de l'air enrichi d'oxygène est fourni à partir d'une chambre de tranquilisation, non représentée, et sort depuis les orifices de sortie dans l'espace annulaire 5 et, de là, not leaving the outlet openings of the nozzle to be mixed with fuel passing through 4u cone holes. The example shown is for the first possibility. During the use of the reactor, gaseous fuel in the form of methane is supplied to the tube 3 and leaves in a series of jets coming from the outlet orifices of the nozzle. Oxygen or oxygen-enriched air is supplied from a tranquilization chamber, not shown, and exits from the outlet orifices in the annular space 5 and, from there,
traverse les trous pour aller à l'intérieur du cône. cross the holes to go inside the cone.
L'angle des jets de méthane et d'oxygène assure un mélan- The angle of the methane and oxygen jets ensures a
ge intime de ces deux gaz. Le mélange méthane/oxygène est enflammé à l'intérieur du cône au moyen d'une bougie d'allumage 8. Les produits de la réaction sont retires intimate age of these two gases. The methane / oxygen mixture is ignited inside the cone by means of a spark plug 8. The products of the reaction are removed
en aval du cône.downstream of the cone.
Des trous supplémentaires 7 prévus dans l'en- Additional holes 7 provided in the
veloppe peuvent être utilisés pour faire passer de la vapeur d'eau ou de l'eau liquide de refroidissement can be used to pass water vapor or coolant water
brusque dans la zone de réaction.abrupt in the reaction zone.
Les fig. 2a et 2b montrent, plus en détail, le Figs. 2a and 2b show, in more detail, the
cône 2. Les dix lignes de niveau 20 sont écartées régu- cone 2. The ten level 20 lines are evenly spread
lièrement de 36 degrés. Par exemple, si on considère que chaque ligne de niveau comprend une rangée de quatre trous 21, il y a en tout quarante trous dans le cône. La section droite des trous augmente depuis la base du cône approximately 36 degrees. For example, if we consider that each level line comprises a row of four holes 21, there are altogether forty holes in the cone. The cross section of the holes increases from the base of the cone
jusqu'à l'embouchure. La fig. 2a est une vue de l'inté- to the mouth. Fig. 2a is a view of the interior
rieur du cône et la fig. 2b est une vue latérale. of the cone and fig. 2b is a side view.
Le tableau annexé montre des résultats obtenus par le procédé de conversion en utilisant du gaz naturel The attached table shows results obtained by the conversion process using natural gas
en tant que combustible et de l'oxygène ou de l'air enri- as fuel and oxygen or air
chi d'oxygène en tant que gaz contenant de l'oxygène. Les gaz réactifs n'ont pas été préchauffés et il n'y a que chi of oxygen as an oxygen-containing gas. The reactive gases have not been preheated and there is only
peu ou pas de formation de suie.little or no soot formation.
Les numéros d'essais 1 à 4 montrent l'effet de l'augmentation Be la teneur en oxygène des gaz réactifs, et les numéros d'essais 5 à 10 moptrent la production de C2+ dans les produits formes. En faisant varier la teneur Test numbers 1 to 4 show the effect of increasing the oxygen content of the reactive gases, and test numbers 5 to 10 boost the production of C2 + in the formed products. By varying the content
en oxygène des gaz réactifs, on peut contr81er les quan- in oxygen of the reactive gases, we can control the quan-
tités relatives de C2+, mono oxyde de carbone et hydro- gène dans les gaz des produits formés. Une souplesse relative tities of C2 +, mono carbon monoxide and hydrogen in the gases of the products formed. Flexibility
supplémentaire de contrôle peut être obtenue par l'utili- additional control can be obtained by the user
sation appropriée d'une opération de refroidissement brusque (les numéros d'essai 5 à 12 sont l'objet d'un refroidissement brusque) afin d'augmenter les rendements appropriate cooling operation (test numbers 5 to 12 are subject to sudden cooling) in order to increase yields
en C2+.in C2 +.
TableauBoard
No de 0 02.Gaz dz produits formés(% mole sec) No de 2f X 02/f % 02 l'essai Z v/v dans Sélectivit Z Conversion No of 0 02. Gas in formed products (% dry mole) No of 2f X 02 / f% 02 the test Z v / v in Selectivity Z Conversion
l'oxy- -oxy- -
dant. Co CO2 H2 C2+ CH4 N2 CO C2+dant. Co CO2 H2 C2 + CH4 N2 CO C2 +
1 1,2 27,5 13,5 5,0 11,6 0,36 0,31 68,6 70,2 3,7 98,2 1 1.2 27.5 13.5 5.0 11.6 0.36 0.31 68.6 70.2 3.7 98.2
2 0,82 25,0 14,8 3,9 16,7 1,54 2,48 60,1 67,8 13,9 88,6 2 0.82 25.0 14.8 3.9 16.7 1.54 2.48 60.1 67.8 13.9 88.6
3 1,13 49,0 26,5 5,7 30,2 0,0 0,0 37,7 82,4 0,0 100,0 3 1.13 49.0 26.5 5.7 30.2 0.0 0.0 37.7 82.4 0.0 100.0
4 0,89 49,5 24,0 3,4 38,4 0,71 0,87 31,8 83,2 4,9 96,7 4 0.89 49.5 24.0 3.4 38.4 0.71 0.87 31.8 83.2 4.9 96.7
0,55 100,0 26,2 4,1 49,2 6,1 12,3 2,0 59,7 30,9 75,7 0.55 100.0 26.2 4.1 49.2 6.1 12.3 2.0 59.7 30.9 75.7
6 0,55 100,0 25,7 5,3 50,1 5,3 9,5 2,0 60,8 29,9 77,8 6 0.55 100.0 25.7 5.3 50.1 5.3 9.5 2.0 60.8 29.9 77.8
7 0,52 100,0 24,6 5,7 47,7 5,6 12,4 2,0 58,1 32,9 72,1 7 0.52 100.0 24.6 5.7 47.7 5.6 12.4 2.0 58.1 32.9 72.1
8 0,54 100,0 25,3 4,7 49,6 5,1 11,4 2,0 63,6 27,5 75,5 8 0.54 100.0 25.3 4.7 49.6 5.1 11.4 2.0 63.6 27.5 75.5
9 0,54 100,0 24,4 5,7 48,8 5,3 11,9 2,0 63,4 29,6 74,0 9 0.54 100.0 24.4 5.7 48.8 5.3 11.9 2.0 63.4 29.6 74.0
0,57 100,0 25,5 4,9 50,9 5,5 9,2 4,0 61,6 28,5 80,0 0.57 100.0 25.5 4.9 50.9 5.5 9.2 4.0 61.6 28.5 80.0
il11 0,65 100,0 30,8 4,9 51,3 2,0 6,8 4,0 76,0 11,9 82,8 il11 0.65 100.0 30.8 4.9 51.3 2.0 6.8 4.0 76.0 11.9 82.8
12 0,68 100,0 32,7 4,2 51,7 1,8 5,5 4,0 74,6 12,1 87,2 12 0.68 100.0 32.7 4.2 51.7 1.8 5.5 4.0 74.6 12.1 87.2
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