FR2679217A1 - Procede et dispositif pour la fabrication de gaz de synthese et application. - Google Patents
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Abstract
- La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la fabrication de gaz de synthèse. - Le réacteur selon l'invention comporte à l'intérieur d'une même enveloppe: - Une chambre de combustion (1) non catalytique comportant au moins un organe (2) d'injection de combustible et au moins un organe (3) d'injection de comburant afin de réaliser une combustion partielle dans ladite chambre, et - au moins un lit catalytique (4) dans lequel débouchent les gaz issus de la chambre de combustion (1), et comportant en outre au moins un organe (6) d'injection de comburant complémentaire. - Le réacteur et le procédé selon l'invention peuvent être appliqués à toute fabrication chimique mettant en uvre du gaz de synthèse, comme la fabrication de l'ammoniac, l'urée, le méthanol, les hydrocarbures supérieurs etc.
Description
La présente invention concerne un procédé et un dispositif destiné à la
fabrication de gaz de synthèse, utilisable pour produire par exemple: de l'ammoniac, du méthanol, de l'urée, des hydrocarbures, etc Les gaz obtenus selon l'invention peuvent être convertis puis éventuellement purifiés ou encore être employés comme gaz réducteurs. De façon connue, le gaz de synthèse est obtenu par
réaction d'un mélange d'hydrocarbures ou combustible avec un oxydant.
Une première façon de produire du gaz de synthèse consiste à associer un réformage primaire avec un réformage secondaire Le réacteur de réformage primaire est constitué, de façon classique, de tubes remplis de catalyseur et chauffés soit par une combustion externe soit par échange de chaleur avec des effluents chauds, par exemple avec ceux du réacteur de réformage secondaire On introduit généralement, dans le réacteur de réformage primaire, l'hydrocarbure
avec un fort excès de vapeur.
Les effluents du primaire sont introduits ensuite dans le
réformeur secondaire lequel reçoit également un apport d'oxydant.
Le brevet US 3278452 décrit un réformeur secondaire dont l'amélioration consiste en une introduction supplémentaire d'oxydant
entre des lits catalytiques disposés successivement dans ce réacteur.
L'amélioration apportée par l'étagement de l'oxydant ne résoud cependant pas le principal inconvénient de ce type de réacteurs qui nécessite une importante quantité de vapeur dont la production est coûteuse L'excés de vapeur a de plus l'inconvénient de modifier la répartition entre l'hydrogène, le gaz carbonique et l'oxyde de carbone
présents dans le gaz de synthèse.
Une autre façon de fabriquer du gaz de synthèse, avec une faible consommation de vapeur, consiste à réaliser une oxydation
partielle des hydrocarbures.
Le Brevet US 4699631 montre un tel exemple de réacteur qui opère sans catalyseur, par voie de flamme Cependant ce type de réacteur produit toujours une certaine proportion de suie due à la combustion en défaut d'oxygène, ce qui nécessite ensuite une épuration coûteuse D'autre part si l'on souhaite diminuer la quantité de suie on est obligé d'augmenter la consommation d'oxygène ce qui réduit le rendement du réacteur Ainsi, bien qu'opérant avec peu de vapeur, ce type de réacteur présente l'inconvénient de la formation de suies lorsqu'on réduit la consommation d'oxygène ou encore lorsqu'on opère à l'air. Un objet de la présente invention est de proposer un réacteur de gaz de synthèse et le procédé associé qui exigent peu de
vapeur et qui de plus produisent peu de suie.
L'invention vise ainsi un réacteur de fabrication de gaz de synthèse comportant à l'intérieur d'une même enveloppe: Une chambre de combustion non catalytique comportant au moins un organe d'injection de combustible et au moins un organe d'injection de comburant afin de réaliser une combustion partielle dans ladite chambre, et au moins un lit catalytique dans lequel débouchent les gaz issus de la chambre de combustion, et comportant en outre au moins un organe
d'injection de comburant complémentaire.
De façon particulière, la chambre de combustion est telle que <,4 D P V étant le volume intérieur de ladite chambre exprimé en m D étant le débit total massique entrant dans la chambre exprimé en kg/s, et P étant la pression régnant à l'intérieur de la chambre
exprimée en mégapascals.
D'une façon inattendue, il a été observé que le dimensionnement résultant de cette limite permettait de réduire l'exigence en vapeur Le volume V ainsi défini est par ailleurs remarquablement faible, comparé au volume des chambres de combustion des réacteurs autothermes classiques et des réacteurs d'oxydation partielle Cette diminution sensible de volume permet une diminution
de coût du réacteur.
Préférentiellement, le combustible introduit dans la chambre de combustion et dans le lit catalytique est essentiellement constitué d'hydrocarbures pouvant être mélangés à des oxydes de
carbone et/ou à de l'hydrogène.
Le comburant peut être de l'oxygène pur, ou encore de l'oxygène mélangé à de l'azote, de la vapeur, du gaz carbonique Le comburant peut être aussi un mélange d'oxygène et d'un autre gaz
inerte.
Préférentiellement, l'apport de comburant, défini comme étant le nombre de moles d'oxygène contenu dans le comburant injecté dans le réacteur rapporté au nombre de moles de carbone contenues dans le combustible injecté est compris entre 0,3 et 0,65, et le même apport relatif à l'introduction de comburant dans ladite chambre de combustion est compris entre 0,15 et 0,5 Avantageusement, le rapport hydrogène/hydrocarbures, défini comme étant le rapport molaire exprimé en nombre de moles d'hydrogène par rapport au nombre de moles de carbone du combustible
introduit dans la chambre de combustion, est inférieur à l'unité.
En outre de la vapeur d'eau peut être introduite avec le
comburant et/ou le combustible.
L'apport de vapeur d'eau dans le réacteur, défini comme le nombre de moles d'eau rapporté au nombrede moles de carbone, est
inférieur à 1,5.
Le combustible peut être préchauffé, avant son entrée dans la chambre de combustion, entre 100 et 8500 C de préférence entre 600 et 7000 C L'oxydant peut être préchauffé à chaque entrée entre 100 et 9000 C, de préférence entre 135 et 7500 C La limite supérieure de cette fourchette ( 7500) peut être abaissée à 6000 C, notamment, dans le cas
o l'oxydant est de l'oxygène ou essentiellement de l'oxygène pur.
L'invention vise en outre le procédé destiné à fabriquer du gaz de synthèse et qui consiste à réaliser à l'intérieur d'un unique réacteur: la conversion partielle d'un combustible dans une chambre de combustion non catalytique opérant en défaut d'oxydant; le combustible étant introduit séparément de l'oxydant dans ladite chambre, et une introduction d'oxydant complémentaire au niveau d'un lit catalytique situé en aval de ladite chambre de combustion L'invention concerne également l'application du procédé
et/ou du dispositif à la production de méthanol, d'ammoniac, d'hydro-
carbures, d'urée, d'acide acétique, d'hydrogène ou d'un gaz réducteur.
D'autres avantages et particularités de l'invention
apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va
suivre, faite à titre indicatif et nullement limitatif en référence aux figures annexées selon lesquelles: La figure 1 est une coupe longitudinale simplifiée d'un
réacteur de type vertical selon l'invention.
La figure 2 est une coupe longitudinale simplifiée d'un réacteur de type transversal selon l'invention. Les mêmes références seront utilisés pour les éléments communs aux deux modes de réalisation de l'invention: Ainsi selon ces figures le réacteur est essentiellement constitué d'une chambre de combustion 1 pourvue d'au moins deux entrées distinctes l'une 2 permettant d'introduire le combustible,
l'autre 3 injectant le comburant qui est un oxydant.
Les éléments d'injection 2 et 3 permettent non seulement d'introduire le combustible et le comburant dans ladite chambre 1 mais
encore d'y stabiliser la combustion.
Une combustion partielle a lieu dans la chambre de combustion 1 et les effluents issus de cette combustion débouchent directement dans la seconde partie 4 du réacteur qui est remplie d'au
moins un lit catalytique.
La deuxième partie 4 du réacteur, encore appelée
catalyseur ou lit catalytique dans la suite de la description, fait
partie du réacteur puisqu'elle présente une surface commune 5 avec la chambre de combustion 1 Cette surface n'est pas nécessairement horizontale. Le volume de la chambre de combustion 1 étant assez
réduit, la combustion dans cette chambre est relativement confinée.
Aussi, pour éviter tout effet néfaste sur la surface du catalyseur 5 en contact avec la chambre de combustion et en particulier pour protéger cette partie de l'impact des jets de comburant et de combustible plusieurs solutions peuvent être proposées: dépôt d'une couche protectrice en un matériau réfractaire ou en un matériau catalytique résistant à l'érosion, à l'entrée du lit catalytique 4; axes des jets issus des entrées 2 et 3 non perpendiculaires au plan d'entrée du catalyseur Par ailleurs, le lit catalytique 4
une entrée 6 pour l'oxydant complémentaire.
exemple trois injecteurs 6 sont représentés, ce
de réalisation particulier de l'invention.
est Sur qui pourvu d'au moins la figure 1 par constitue un mode L'oxydant supplémentaire est donc introduit, selon l'invention, dans une zone 4 o la concentration en hydrocarbures est faible Facultativement et comme le montre la figure 1 une ou plusieurs entrées de combustibles 7 peuvent en outre être prévues dans
le lit catalytique 4.
Une ou plusieurs sorties 8, placées à l'extrémité du lit catalytique 4 relativement au sens d'écoulement des gaz dans le
réacteur, sont bien entendu prévues.
Des injecteurs de tout type connu en soi peuvent être utilisés pour introduire les différents composants qui viennent d'être énoncés. Les grandes lignes du réacteur selon l'invention étant données, il est nécessaire de préciser certaines conditions de fonctionnement. La chambre de combustion 4 doit permettre d'opérer à court
temps de séjour et en défaut d'oxydant.
Une manière de définir le court temps de séjour peut être d'imposer l'inéquation suivante:
V < 0,4 D
P
V étant le volume de la chambre 1, exprimé en m D étant le débit total massique entrant dans la chambre kg/s, et P étant la pression opératoire prédéterminée régnant dans
exprimée en mégapascals.
1 exprimé en la chambre 1 Ainsi qu'il est connu de l'homme de métier et sans que la
description qui fait suite, puisse être considérée de manière
limitative, les catalyseurs utilisés selon la présente invention sont constitués d'un support à base d'oxydes, à propriétés réfractaires et dont l'acidité a été neutralisée, d'une phase active comprenant 2 à 40 %, préférentiellement 3 à 30 % en masse d'au moins un métal M réductible choisi parmi le nickel, le cobalt, le chrome, les métaux de la mine du platine Prise séparément, la proportion des métaux de la mine du platine s'ils sont présents varie entre 0,01 et 1 % masse du total ci-avant. Le support à base d'oxydes comprend au moins un oxyde simple ou mixte de la liste suivante: alumine alpha; aluminate à structure spinelle N Al 204 x Al 203 avec x = 0, 1, 2; d'au moins un métal N choisi dans la liste: magnésium, calcium, strontium, baryum, potassium; aluminate à structure magnétoplombite (ou encore
hexaaluminate) N Al 1209; N étant un métal de la liste précitée.
Ces supports peuvent en outre être éventuellement promus par au moins un métal P choisi parmi le silicium, le potassium, l'uranium. Dans les conditions thermiques les plus sévères, par exemple pour des températures moyennes supérieures à 1000 'C, préférentiellement supérieures à 11000 C et très préférentiellement supérieures à 12001 C il peut se révèler avantageux de disposer en tête une couche d'attaque constituée par exemple d'oxyde de chrome ou encore d'une faible proportion de nickel déposée sur l'un des supports précités Ce catalyseur protègera l'autre catalyseur situé dans la
couche inférieure comme décrit ci-après.
Les catalyseurs utilisés dans le procédé selon l'invention sont préparés soit par imprégnation du support préformé par une solution contenant au moins un métal M et éventuellement au moins un métal P, séchage puis activation thermique; soit encore par malaxage des précurseurs oxydes des métaux aluminium, M et N éventuellement P, mise en forme, séchage et activation Le métal P s'il est présent peut
indifféremment être ajouté avant ou après la mise en forme.
Il est enfin possible de les préparer par coprécipitation
ou encore par le procédé sol-gel.
Les catalyseurs utilisés dans le procédé selon l'invention peuvent présenter les géométries les plus variées: pastilles, billes, extrudés, pastilles annulaires, anneaux cannelés, roues de charrette de dimension de 3 à 30 mm Ils peuvent même être mis en oeuvres sous forme de monolithes, constitués soit par les oxydes et/ou les métaux correspondant aux éléments métalliques précités, soit de monolithes en acier réfractaire revètus desdits éléments Un ou plusieurs monolithes
peuvent être présents.
Il va de soi que selon les conditions opératoires, la charge utilisée, la composition locale, la présence ou non de vapeur d'eau, le niveau du risque de dép 8 t de carbone, telle ou telle formule sera utilisée Ainsi, les catalyseurs promus par le potassium ou encore strontium, ou encore potassium plus calcium, ou encore calcium seront préférentiellement utilisés lorsque le risque de dépôt de
carbone est le plus improtant.
La présente invention est réalisée préférentiellement en présence d'au moins un catalyseur permettant l'activation sélective des processus réactionnels recherchés, soit: 1) convertir sélectivement le méthane et s'ils sont également présents, les hydrocarbures supérieurs, par réaction directe ou indirecte avec l'oxygène et/ou la vapeur d'eau présente, en oxydes
de carbone et en hydrogène.
2) activer les autres processus réactionnels recherchés et notamment la transformation des précursseurs de coke, selon la réaction CHX + H 20 CO + H( 2 +x) x > O
3) permettre de limiter des réactions de dispro-
portionnation du CO
2 CO = C 02 + C
par élimination du carbone formé, comme ci-avant.
4) si du C 02 est, au moins pour partie recyclé, activer sélectivement la réaction
CH 4 + C 02 = 2 C O + 2 H 2
Les catalyseurs connus de l'homme de métier et utilisés indifféremment dans les procédé de vaporéformage, de reformage secondaire, d'oxydation partielle catalytique, conviennent à des titres divers à la réalisation de l'invention Il est cependant préférable que les catalyseurs utilisés présentent une bonne stabilité thermique (par exemple, jusqu'à au moins 9001 C et préférentiellement
au moins 1000 l C).
En outre, ces catalyseurs peuvent être agencés selon un ou plusieurs lits, disposés comme décrit ci-avant et éventuellement séparés par un ou plusieurs dispositifs d'injections ( 6,7) d'un ou
plusieurs composés gazeux tels que décrits ci-dessus.
La vitesse volumétrique horaire (VVH) rapportée à l'hydrocarbure et exprimée en volumes TPN d'hydrocarbure par heure et par volume de catalyseur peut être exprimée en VVH corrigée Si m est le nombre moyen d'atomes de carbone de la charge, la VVH corrigée (qui sera celle employée dans le procédé de l'invention) s'écrit VVH corrigée = VVH x m On opère avec une VVH corrigée comprise entre 200 et 10.000 heures 1, préférentiellement entre 400 et 8000, et très -1 préférentiellement 500 et 7000 heures Il est évident pour l'homme de métier que le lit de catalyseur peut être séparé en N lits de volumes Vi, V 2 Vi V, tels que V 1 +V 2 + +Vi+ +Vn= v, la VVH restant exprimée par rapport
au volume total de catalyseur, v.
Le combustible introduit par la ou les entrées 2 de la chambre de combustion ou éventuellement par les entrées 7, sera de préférence constitué d'hydrocarbures (gaz naturel ou méthane par exemple) mélangé à des oxydes de carbone (CO, CO 2) et/ou à de
l'hydrogène et/ou à des gaz inertes.
De la vapeur d'eau peut en outre être mélangée aux hydrocarbures, de préférence dans la proportion définie en tête de la
description.
La proportion d'hydrogène dans les hydrocarbures est telle
que le rapport H 2/ hydrocarbures est inférieur à l'unité.
La composition des gaz injectés aux différentes entrées
n'est pas forcément identique.
L'oxydant introduit au niveau de l'entrée 3 peut être de l'oxygène pur, un mélange d'oxygène et d'azote, de l'air, un mélange d'oxygène et de vapeur d'eau, un mélange d'oxygène et de gaz
carbonique, un mélange d'oxygène et d'un autre gaz inerte.
L'apport total de vapeur d'eau et de gaz carbonique reste faible vis-àvis de certaines autres technologie de l'art antérieur, citées plus haut En effet, on utilisera préférentiellement un rapport molaire
K = H 20 + C 2 < 1,5;
Ec. o EC représente tout le carbone compris dans les hydrocarbures, et o (H 20 + CO 2) représente la somme des débits d'eau et de C 02 injectés A titre de comparaison le même rapport molaire pris sur un
réacteur autotherme classique serait supérieur à deux.
Le fait d'étager, selon l'invention, l'introduction d'oxydant permet de limiter les pics de température inhérents à la réaction entre le combustible et l'oxydant En effet, une entrée unique d'oxydant conduirait inévitablement à une forte exothermicité et à une diminution subséquente des performances et ou de la durée de
vie du catalyseur.
Cette exothermicité conduit donc dans les réacteurs autothermes classiques, ayant une seule entrée d'oxygène, à diluer
l'oxydant avec un fort taux de vapeur d'eau.
Le fait d'opérer, selon l'invention, avec plusieurs entrées d'oxydant permet de moduler la composition de l'oxydant aux différents étages et donc de mieux maîtriser la réaction Par exemple, pour la synthèse de l'ammoniac, si l'on souhaite opérer avec la stoechiométrie N 2 + 3 H 2 ' on introduira préférentiellement de l'air dans la chambre de combustion 1 (entrée 3) et on introduira au niveau du lit catalytique de l'oxygène pur éventuellement mélangé à de la vapeur
par la ou les autres entrées 6.
Un préchauffage est conseillé, à la fois pour le combustible et pour l'oxydant avant leur introduction dans le réacteur De préférence, le combustible peut-être préchauffé entre 1000 C et 8500 C, tandis que l'oxydant peut subir un préchauffage compris entre 100 et 9001 C Plus précisément des températures
comprises entre 2000 C et 7500 C sont à préférer.
La pression dans la chambre de combustion 1 est comprise
entre 1 et 150 bars, de préférence entre 30 et 100 bars.
L'intérêt de la présente invention sera mieux compris par la comparaison des exemples qui vont suivre Les exemples 1 et 2 présentent des résultats de l'art antérieur tandis que les exemples 3 à 5 illustrent des modes de réalisation de l'invention Dans tous les exemples qui suivent le réacteur reçoit du gaz naturel contenant
98,7 % de méthane, 0,9 % d'éthane et 0,4 % d'azote.
EXEMPLE 1
L'oxydant est de l'air, l'application visée est la synthèse de l'ammoniac Le gaz naturel est préchauffé à 5451 C L'air est préchauffé à 7060 C Le réacteur ne comporte pas d'étagement Tout l'air, le gaz naturel et la vapeur débouchent dans la chambre de
combustion La pression y est de 3,95 mégapascals.
Pour cet exemple est égal à 0,09 V, P et D représentant respectivement les volumes, pression et débit définis plus haut Les débits respectifs de gaz, d'air et de vapeur sont tels
que le rapport 02/C est égal à 0,55 et le rapport H 20/C égal à 1,20.
Dans la chambre de combustion les gaz sont portés à une température de 12600 C Cette chambre assure 60 % de la conversion des hydrocarbures. -1 La VVH du lit catalytique est de 6400 h En tête de lit, 25 % du volume est constitué par un catalyseur en anneaux
contenant 4 % de chrome déposés sur alumine alpha.
Les 75 % du volume restant sont constitués par un catalyseur en anneau contenant 10 % de nickel déposés sur alumine alpha. Les effluents sortent du réacteur à 9600 C avec 0,8 % de
méthane résiduel et moins de 2 mg/Nm de suies.
Dans une réalisation industrielle selon cet exemple,
l'azote en excès serait séparé avant la boucle d'ammoniac.
Au cours de cet essai pilote, tout en conservant les préchauffages et les débits d'air et de gaz, il à été possible d'abaisser le rapport H 2 O/C à la valeur 1,00 Au-dessous de cette
valeur il y a obstruction du lit catalytique par de la suie.
EXEMPLE 2
On utilise la même répartition de catalyseur que dans l'exemple 1, mais le catalyseur au nickel sur alumine réfractaire est remplacé par un catalyseur en anneaux contenant 10 % de nickel déposés
sur aluminate de magnésium Mg A 1204 x A 1203 (x=l).
Il est alors possible d'opérer avec un rapport H 0/C de 0,95 La température dans la chambre de combustion est de 12750 C En
sortie de réacteur il y a moins de 2 mg/Nm de suie.
EXEMPLE 3
Il est apparu que pour maintenir la proportion de suies à moins de 2 mg/Nm 3 il était nécessaire d'augmenter progressivement le
rapport H 2 O/C.
C'est pourquoi nous avons conçu le réacteur à étagement
selon la présente invention.
Les conditions de préchauffage des gaz ont été conservés, mais l'air est porté à 7300 C. L'arrivée d'air est partagée en deux: la chambre de combustion 1 ne reçoit qu'un rapport 02/C égal à 0,35 bien que le rapport total soit toujours de 0,55 Le taux de vapeur n'est plus que
de 0,60.
Ces conditions ont permis de réaliser la combustion partielle du méthane dans la chambre 1 à 11650 C, mais la conversion
des hydrocarbures n'y est plus que de 38 %.
Le premier lit catalytique, qui représente 40 % du volume total, est constitué par un catalyseur commercial en anneaux contenant 16 % de nickel déposés sur un support industriels constitué
d'aluminates de calcium.
Après avoir traversé cette première partie catalytique les
effluents atteignent 8701 C avec 8 % de méthane résiduel.
Leur composition volumique est la suivante
H 2: 33 % N 2: 31 %, CO: 12 %, C 02: 4 %, H 20 12 %.
Ils entrent ensuite dans une couche de catalyseur au chrome ( 4 % de Cr) sur support d'alumine réfractaire, couche traversée par des tubes réfractaires percés d'orifices de 1 mm Le complément
d'air, préchauffé à 6531 C est introduit par ces tubes (O 2/C = 0,2).
La température remonte à une valeur comprise entre 1190 et
12100 C.
Ce lit au chrome représentant 10 % du volume total est suivi d'un lit de catalyseur au Nickel sur support d'alumine
réfractaire ( 10 % de Nickel).
En sortie de réacteur il ne reste que 1 % de méthane résiduel dans les effluents à 9950 C. La composition de sortie est de 33,8 % d'H 2, 37,3 % de N 2, 14,2 % de CO, de la vapeur et du
gaz carbonique.
La proportion de suie reste inférieure à 2 mg/Nm
EXEMPLE 4
Les conditions sont les mêmes que pour l'exemple 3 La différence résidant en ce que l'on a remplacé le catalyseur commercial à 16 % de Nickel sur aluminate de calcium par un catalyseur contenant 12 % de Nickel déposés sur aluminate de baryum et strontium de formule Ba 5 Sr O,5 A 112 O 1, et de surface spécifique 10 m g (mesurée par
la méthode BET) La suie n'est pas mesurable.
EXEMPLE 5
Dans cet exemple, la conversion autotherme est faite à l'oxygène pur, ce qui permet de produire un gaz de synthèse ne contenant pas de quantité significative d'azote, destiné à la synthèse
FISCHER et TROPSCH.
Dans cet exemple du CO 2 est recyclé au réacteur de gaz de synthèse Celui-ci comporte un étage La chambre de combustion 1, en
tête de réacteur, reçoit du gaz naturel, le l'oxygène et de la vapeur.
Gaz et oxydant sont préchauffés à 5500 C. Les rapports molaires 02/C et H 0/C introduits dans la chambre de combustion sont respectivement 0,30 et 0,50 La pression
dans la chambre est de 4 mégapascals.
Débit massique total dans la chambre et volume de celle-ci
sont tels que = 0,15 pour cet exemple.
D
Les produits de combustion sont à 11601 C dans la chambre.
Ils débouchent dans une première couche de catalyseur en anneau, contenant 1 % de calcium et 3 % de chrome déposés sur alumine
alpha, qui représente 10 % du volume v total du catalyseur.
Ce catalyseur est suivi d'un catalyseur commercial contenant 9 % de nickel déposé sur support réfractaire d'alumine qui
représente 40 % de volume v total de catalyseur.
En sortie du lit de catalyseur au nickel les effluents ne sont plus qu'à 8801 C et contiennent encore 18 % de méthane Ils entrent alors dans une troisième couche de catalyseur dans laquelle débouchent des tubes céramisés percés d'orifice de 1,2 mm de diamètre Ce
catalyseur est identique, en nature et en volume, au premier lit.
Par ces tubes est introduit un mélange préchauffé à 5800 C d'oxygène, de vapeur et de gaz carbonique dans le rapport
0,357-0,357-0,286 Le débit permet de porter le rapport 02/C à 0,55.
L'oxydation produite peut alors faire monter localement la température à 12501 C Le mélange gazeux rencontre un quatrième catalyseur commercial contenant 14 % de nickel, 2 % d'oxyde de potassium K 20 déposés sur alumine alpha Le volume chargé correspond à 40 % du volume
v total de catalyseur.
En sortie de réacteur les effluents sont à 10100 C avec 1,6 % de méthane résiduel Le rapport H 2/CO y est égal à 2,00 On ne
détecte pas de suies dans le gaz de synthèse ainsi produit.
D'autres modifications et/ou adjonctions pourront être faites par l'homme du métier à l'installation et à sa mise en oeuvre
qui vient d'être décrit sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (12)
1 Réacteur de gaz de synthèse caractérisé en ce qu'il comporte à l'intérieur d'une même enveloppe: Une chambre de combustion ( 1) non catalytique comportant au moins un organe ( 2) d'injection de combustible et au moins un organe ( 3) d'injection de comburant afin de réaliser une combustion partielle dans ladite chambre, et au moins un lit catalytique ( 4) dans lequel débouchent les gaz issus de la chambre de combustion ( 1), et comportant en outre au moins un
organe ( 6) d'injection de comburant complémentaire.
2 Réacteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la chambre de combustion ( 1) est telle que
V 4 0,4 D
P
V étant le volume intérieur de ladite chambre, exprimé en m D étant le débit total massique entrant dans la chambre exprimé en kg/s, et P étant la pression exprimée en megapascals régnant à l'intérieur de
la chambre.
3 Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2
caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un injecteur ( 7) situés au niveau du lit catalytique ( 4) et destinés à introduire du
combustible.
4 Réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes
caractérisé en ce que le combustible introduit dans la chambre de combustion ( 1) et dans le lit catalytique ( 4) est essentiellement constitué d'hydrocarbures pouvant être mélangés à des oxydes de carbone et/ou à de l'hydrogène. Réacteur selon la revendication 4 caractérisé en ce que le rapport hydrogène/ hydrocarbures, défini comme étant le rapport molaire exprimé en nombre de moles d'hydrogène par rapport au nombre de moles de carbone du combustible introduit dans la chambre de combustion, est
inférieur à l'unité.
6 Réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes
caractérisé en ce que le comburant est choisi parmi l'oxygène pur, un mélange d'oxygène et d'azote, un mélange d'oxygène et de gaz
carbonique, ou un mélange d'oxygène et d'un autre gaz inerte.
7 Réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes
caractérisé en ce que les injecteurs ( 2, 3, 6, 8) destinés au comburant et/ou au combustible introduisent en outre de la vapeur d'eau.
8 Réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes
caractérisé en ce que le combustible est préchauffé, avant son entrée dans la chambre de combustion, entre 100 et 8500 C et en ce que l'oxydant est préchauffé à chaque entrée entre 100 et 9000 C.
9 Réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes
caractérisé en ce que l'apport de comburant, défini comme étant le nombre de moles d'oxygène contenu dans le comburant injecté dans le réacteur rapporté au nombre de moles de carbone contenues dans le combustible injecté est compris entre 0,3 et 0,65, et en ce que le même apport relatif à l'introduction de comburant dans ladite chambre
de combustion est compris entre 0,15 et 0,5.
Réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes
caractérisé en ce que l'apport de vapeur d'eau dans le réacteur, défini comme le nombre de moles d'eau rapporté au nombre de moles de
carbone, est inférieur à 1,5.
11 Procédé de conversion de gaz de synthèse caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser, à l'intérieur d'un unique réacteur une combustion partielle d'un combustible dans une chambre de combustion non catalytique opérant en défaut d'oxydant; le combustible étant introduit séparément de l'oxydant dans ladite chambre, et une introduction d'oxydant complémentaire au niveau d'un lit catalytique situé en aval de ladite chambre de combustion. 12 Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce qu'il est
réalisé par un réacteur selon l'une des revendications 1 à 10.
13 Application du réacteur selon l'une des revendications 1 à 10 ou
du procédé selon l'une des revendications 11 ou 12 à toute fabrication
chimique, mettant en oeuvre du gaz de synthèse, comme la fabrication
de l'ammoniac, l'urée, le méthanol, les hydrocarbures supérieurs.
14 Application selon la revendication 13 pour la fabrication de l'ammoniac. Application selon la revendication 13 pour la fabrication d'au
moins un hydrocarbure supérieur.
16 Application selon la revendication 13 pour la fabrication du méthanol.
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