FR2949772A1 - Procede de fabrication d'un gaz de synthese ou d'hydrogene, a partir d'une charge hydrocarbonee - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de fabrication d'un gaz de synthèse ou d'hydrogène, à partir d'une charge hydrocarbonée (1), dans lequel on transforme la charge hydrocarbonée principalement en hydrogène dans un four (20) de type vaporéformage du méthane, dans lequel on traite le flux gazeux (11) ainsi produit pour en éliminer le dioxyde de carbone et en purifier la teneur en hydrogène, dans lequel une partie de l'hydrogène obtenu en sortie des étapes ci-avant mentionnées, est utilisée en amont du procédé pour alimenter la combustion dudit four. Avantageusement, au moins un flux gazeux, issu des moyens de purification dudit flux gazeux produit à la sortie du four, est recyclé en amont du procédé comme charge hydrocarbonée additionnelle.
Description
PROCEDE DE FABRICATION D'UN GAZ DE SYNTHESE OU D'HYDROGENE, A PARTIR D'UNE CHARGE HYDROCARBONEE
L'invention concerne un procédé de fabrication d'un gaz de synthèse ou d'hydrogène, à partir d'une charge hydrocarbonée ou analogue, dans lequel on transforme la charge hydrocarbonée principalement en gaz de synthèse ou hydrogène dans un four de type vaporéformage ou de type réformage autotherme ou analogue, dans lequel on traite le flux gazeux ainsi produit pour en éliminer le dioxyde de carbone et en purifier la teneur en hydrogène, dans lequel une partie de l'hydrogène obtenu en sortie des étapes ci-avant mentionnées, est utilisée en amont du procédé pour alimenter la combustion dudit four. De façon optionnelle et avantageuse, un flux gazeux riche en hydrocarbure ou en monoxyde de carbone issu des moyens de séparation et purification dudit flux gazeux produit dans le procédé en aval de la sortie du four, est recyclé en amont du procédé comme charge hydrocarbonée additionnelle.
L'invention se situe plus particulièrement dans le domaine de la fabrication de gaz de synthèse ou d'hydrogène à partir d'une charge hydrocarbonée, en utilisant par exemple un four de type vaporéformage (connu pour une charge hydrocarbure méthane sous le sigle SMR qui provient de l'anglais steam methane reforming qui signifie réformage du méthane à la vapeur ) ou réformage dit autotherme (connu sous le sigle ATR qui provient de l'anglais autothermal reformer qui signifie réformeur autotherme, ou auto- thermique), dont la chaleur de combustion est généralement produite par le brûlage d'un combustible de type hydrocarbure.
Le but principal de l'invention est de réduire le plus possible la teneur en dioxyde de carbone (CO2) dans les fumées du four en utilisant comme combustible de l'hydrogène produit dans le procédé. En effet, ces fumées qui ont une pression partielle en CO2 faible et qui contiennent aussi d'autres gaz tels que de l'oxygène, de la vapeur d'eau, et de l'azote, ne sont pas faciles à traiter. A ce sujet, on peut se référer à la publication intitulée Post-combustion capture of CO2 de Sulzer Chemtech parue dans la revue PTQ (Q2-2009).
Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif de séparation du dioxyde de carbone issu du procédé de fabrication du gaz de synthèse en vue d'une séquestration séparée ultérieure. Comme déjà évoqué plus haut, pour l'ingénieur du métier qui cherche à éliminer le CO2 produit dans un procédé, par exemple de fabrication d'un gaz de synthèse, la solution la plus évidente est d'essayer de capter le CO2 présent dans la partie du procédé qui fonctionne à plus haute pression, c'est-à-dire à l'endroit où circule le flux gazeux principal produit dans le procédé. Or, ce flux gazeux ne représente qu'une partie (typiquement de l'ordre de 55% poids dans une unité SMR avec charge méthane), même si elle est non négligeable, du CO2 généré dans le procédé. Le reste du CO2 (environ 45% poids) est émis par les fumées du four pour lesquelles les procédés de traitement existants sont difficiles à mettre en oeuvre compte tenu de la faible pression des fumées et des volumes importants de gaz à traiter. Cela oblige en particulier à augmenter notablement la pression de gros volumes de gaz, et en conséquence, l'homme du métier n'envisage que rarement de capter le CO2 généré au niveau des fumées du four car le coût de l'opération s'avère excessivement élevé.
L'invention proposée par la Demanderesse permet une capture quasi totale du CO2 productible dans le procédé. Elle est principalement caractérisée par le fait que, de manière surprenante, on prélève une partie de l'hydrogène produit dans le procédé afin de l'utiliser comme combustible du four de production d'hydrogène ou de gaz de synthèse. Cette disposition peut paraître surprenante car l'hydrogène est coûteux, mais la Demanderesse a démontré sur des exemples que la production nette d'hydrogène ou de gaz de synthèse est peu affectée par cet usage d'hydrogène dans le four, car le combustible de type fuel- gaz qui est ainsi économisé au lieu d'être brûlé dans le four, peut être utilisé comme charge additionnelle du procédé et par conséquent être transformé en hydrogène. Ce fuel-gaz économisé devient ainsi lui-même source additionnelle d'hydrogène. Des procédés de production de gaz de synthèse et d'hydrogène sont déjà connus. Par exemple, le brevet US7.405.243 de CHEVRON décrit un procédé de synthèse d'hydrocarbures, par exemple du type Fischer-Tropsch, permettant d'obtenir avec d'autres coupes d'hydrocarbures, après traitement, un hydrogène de grande pureté. Cette invention envisage plusieurs utilisations possibles pour cet hydrogène, par exemple dans divers procédés d'hydrotraitement de produits hydrocarbures ou de réjuvénation de catalyseurs.
L'invention décrite par le brevet FR 2.890.655 de l'Air Liquide, concerne un procédé de conversion de gaz hydrocarbonés en liquides hydrocarbonés dans lequel on met en oeuvre : - dans une première étape, la conversion des gaz hydrocarbonés en gaz de synthèse, - dans une deuxième étape, le procédé Fischer-Tropsch produisant un gaz résiduaire contenant de l'hydrogène, - dans une troisième étape, un hydrocraquage au moyen d'un gaz hydrogéné, dans lequel le gaz hydrogéné est produit par un procédé de purification PSA du gaz résiduaire issu du procédé Fischer- Tropsch et d'un effluent gazeux riche en hydrogène issu d'une unité de réformage de méthane à la vapeur. Cependant, bien que relevant du domaine de la présente invention, aucune des deux références précitées ne décrit ni ne suggère les caractéristiques de l'invention, et en particulier l'utilisation de l'hydrogène pour alimenter une combustion de four de SMR ou analogue. La présente invention, consistant à utiliser de l'hydrogène pur comme combustible du four et, dans une variante avantageuse, à recycler certains flux de purge de séparation comme charge hydrocarbonée additionnelle en amont du procédé, permet ainsi d'éliminer la présence de CO2 dans les fumées du four et de ce fait limiter le problème de la captation du CO2 à un nombre restreint de flux de procédé, qui fonctionnent en pression relativement élevée. Un module de séparation approprié installé sur le flux principal du gaz de synthèse permettra d'extraire le CO2 en vue d'une captation séparée du CO2 qui pourra ensuite être récupéré d'une manière appropriée. Les options technologiques ainsi retenues pourront générer quelques inconvénients tels que le léger surdimensionnement de l'unité SMR et le surinvestissement en principe modéré correspondant, mais cela vaut le prix à payer pour la capture quasi-complète du CO2 dans le procédé. La maîtrise de la combustion d'hydrogène nécessite aussi certaines précautions, le pouvoir calorifique volumique de l'hydrogène étant plus faible que celui des hydrocarbures habituellement utilisés. En phase de démarrage du four, sauf à avoir stocké de l'hydrogène, il faudra brûler un autre combustible et émettre du CO2. Durant cette phase transitoire, ce combustible annexe sera utilisé jusqu'au moment où la production d'hydrogène sera bien établie, et autorisera ainsi de basculer l'alimentation des brûleurs du four sur l'hydrogène. Ce même combustible annexe pourra être utilisé dans certaines phases transitoires pendant lesquelles la production d'hydrogène deviendrait momentanément insuffisante, comme par exemple pendant un déclenchement inopiné d'une unité aval de séparation purification du flux hydrogène. Ainsi la présente invention décrit un procédé de fabrication d'un gaz de synthèse ou d'hydrogène, à partir d'une charge hydrocarbonée ou analogue, dans lequel on transforme la charge hydrocarbonée en gaz de synthèse contenant de l'hydrogène dans un four de type vaporéformage ou de type réformage autotherme ou analogue, dans lequel on traite le gaz de synthèse par des moyens de traitement pour la séparation et/ ou purification de l'hydrogène contenu dans le gaz de synthèse, caractérisé en ce qu'une partie au moins de l'hydrogène ainsi produit est prélevée et renvoyée en amont du procédé pour alimenter la combustion dudit four. De façon optionnelle et avantageuse, au moins une partie du flux gazeux hydrocarboné issu des moyens de traitement et/ou de la transformation de la charge en gaz de synthèse, ce flux étant notamment un flux gazeux riche en hydrocarbure ou en monoxyde de carbone, est prélevée et recyclée en amont du procédé comme charge hydrocarbonée additionnelle du procédé. Les moyens de traitement du gaz de synthèse formant le flux gazeux principal comprennent un réacteur de conversion du CO à la vapeur (ou water gas shift en anglais, expression la plus souvent utilisée), une unité de séparation du dioxyde de carbone et une unité de séparation et de purification d'hydrogène. Un water gas shift est une unité connue de l'homme de l'art, qui permet de réduire la teneur en CO du gaz traité et d'augmenter sa teneur en hydrogène (en réalisant la réaction CO + H2O = CO2 + H2) jusqu'à obtenir un rapport H2/CO dans le gaz traité-qui est adapté à une transformation ultérieure de ce gaz de synthèse en hydrocarbures liquides par synthèse chimique selon divers procédés connus (par exemple le procédé Fischer-Tropsch pour lequel un rapport H2/CO voisin de 2 est nécessaire). L'unité de séparation du dioxyde de carbone permet la séparation du CO2 en vue d'une captation ultérieure. Avantageusement, le dioxyde de carbone formé peut être partiellement utilisé comme agent oxydant du procédé dans le four de réformage, c'est-à-dire qu'une partie de ce dioxyde de carbone formé est renvoyée en tant qu'oxydant, ou en d'autres termes que le CO2 est renvoyé au four comme agent oxydant en complément d'un autre agent oxydant, qui est soit de la vapeur d'eau pour le SMR ou de l'oxygène pour le four autotherme. Cette unité de séparation du dioxyde de carbone peut être du type mettant en oeuvre des solvants chimiques, type amines ou équivalents. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'unité de séparation du dioxyde de carbone est du type mettant en oeuvre le procédé dit Benfield , bien connu de l'homme du métier. L'unité de séparation du dioxyde de carbone peut également être du type mettant en oeuvre des solvants physiques, de type Rectisol ou analogue. L'unité de séparation du dioxyde de carbone peut encore être du type mettant en oeuvre des séparations par moyens physiques du type tamis moléculaires ou du type membrane.
D'autres procédés peuvent être mis en oeuvre comme par exemple le procédé Econamine FG commercialisé par la société américaine d'ingénierie Fluor Daniel, ou des unités à fonctionnement cryogénique. L'unité de séparation du dioxyde de carbone installée sur le flux procédé principal peut être située en amont ou en aval de l'unité PSA précédemment citée selon les procédés mis en oeuvre et suivant des considérations d'optimisation techniques et économiques retenues. Selon une particularité avantageuse de l'invention, tout ou partie d'un gaz de purge issu de l'unité de séparation et de purification d'hydrogène est recyclée en amont du procédé comme charge hydrocarbonée additionnelle. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, dans le cas d'une unité visant à produire essentiellement de l'hydrogène (telle que le décrira plus loin dans la description la figure 1), l'unité de séparation et de purification d'hydrogène est de type PSA ( Pressure swing adsorption ). Le gaz de purge issu d'une telle unité PSA contient alors du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone, ainsi que de l'hydrogène et du méthane résiduels. En recyclant ainsi dans la charge des molécules de type CH4 notamment qui ne sont pas directement valorisables en l'état en aval du procédé, on compense partiellement la perte d'hydrogène qui est utilisée dans la combustion du four.
Selon un autre mode préféré de réalisation de l'invention, dans le cas d'une unité visant à produire essentiellement un gaz de synthèse pour alimenter une unité Fischer Tropsch telle que décrite ci-après en détails à la figure 2, ou pour une unité de synthèse de méthanol ou d'autres applications analogues; l'unité de séparation et de purification d'hydrogène est de type à membrane permettant de prélever la quantité d'hydrogène (en flux basse pression en sortie membrane) nécessaire pour alimenter le four. L'unité de séparation et de purification de l'hydrogène est par exemple du type à membrane du genre Medal . Les boucles de régulation de pression, permettant d'assurer le prélèvement de la quantité d'hydrogène nécessaire et l'obtention du bon ratio H2/CO dans le flux principal, seront mises en place à cet effet sans difficulté particulière selon les règles de l'homme de l'art.
Dans le cas d'une unité de production de gaz de synthèse, le flux recyclé dans la charge de l'unité de réformage sera constitué préférentiellement par les molécules résiduelles de monoxyde et dioxyde de carbone, d'hydrogène et de méthane sortant de l'étape de synthèse après séparation des produits recherchés (hydrocarbure C5+, ou méthanol, ou alcools lourds). Cependant, l'unité de séparation et de purification de l'hydrogène peut également être du type PSA. Par ailleurs, l'utilisation d'hydrogène comme combustible du four procure une opportunité d'améliorer le rendement utile du four.
Ainsi, selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, on peut récupérer la chaleur des fumées à base de vapeur d'eau produites par la combustion de l'hydrogène dans le four, par exemple par condensation de la vapeur d'eau présente dans les fumées du four, pour le préchauffage d'eau de chaudière du procédé et/ ou préférentiellement pour le préchauffage de la charge hydrocarbonée d'alimentation du four. On augmente ainsi le rendement de fonctionnement du four et plus marginalement (de quelques pourcents) le rendement de fabrication du gaz produit final. Notamment, la chaleur peut être récupérée jusqu'à condensation partielle ou totale de la vapeur d'eau contenue dans les fumées. La charge hydrocarbonée du procédé selon l'invention peut être du méthane et le four être un four à vaporéformage, le méthane subissant un réformage à la vapeur. En variante, la charge hydrocarbonée du procédé selon l'invention peut être du méthane ou du naphta, et le four peut être un four autotherme, la charge hydrocarbonée subissant un réformage autotherme. Dans le cas d'une mise en oeuvre en amont d'une turbine à gaz ou TAG , un SMR fonctionnant au gaz naturel produisant de l'hydrogène selon l'invention proposée, permettrait d'alimenter la TAG avec de l'hydrogène pour combustion, le rejet de CO2 étant canalisé en regard du SMR, en amont de la TAG. C'est vraisemblablement une des rares solutions imaginables pour disposer d'une TAG intégrant une capture complète du CO2 associé et applicables à d'autres combustibles fossiles gazeux ou rendus gazeux. On peut aussi avantageusement citer l'exemple d'une raffinerie qui s'attaquerait à la capture du CO2 en vue d'une séquestration ultérieure, et qui suivant la solution inventive décrite pourrait à cet effet installer un SMR dédié pour transformer, de façon centralisée et en vue de maximiser les quantités captées, les combustibles des fours (fuel-gaz produit par les unités de la raffinerie, gaz naturel additionnel, voire un combustible hydrocarbure liquide, par exemple une coupe essence ou gazole), en hydrogène au lieu de les envoyer directement pour combustion dans les fours et/ou chaudières de la raffinerie. Le principal bénéfice est de réaliser de la sorte une séparation de CO2 en un point unique déterminé au lieu de multiplier les points de séparation correspondant à plusieurs dizaines de fours ou de chaudières pour une raffinerie classique, permettant de résoudre la difficulté antérieurement décrite de réaliser un captage sur les fumées.
Le réformage à la vapeur étant lui même producteur net de vapeur dans certaines configurations de procédé, une telle solution pourra avantageusement remplacer partiellement une capacité de chaudière à construire, ce qui peut contribuer à justifier plus aisément la mise en oeuvre économique du schéma ainsi retenu. Suivant le même principe, toute industrie utilisatrice de gaz (autoproduits ou gaz naturels importés dans son enceinte) dans des fours ou chaudières, à l'exemple de la sidérurgie, pourra décliner le même type de solution. Dans les exemples précédents, il sera opportun comme décrit antérieurement, de profiter si possible de la condensation des vapeurs d'eau dans les fumées du four pour accroître les rendements thermiques des unités utilisatrices de chaleur. Avantageusement, les produits non recherchés, après l'étape finale de transformation du gaz de synthèse en produits commercialisables, seront séparés et recyclés dans le procédé de réformage amont. L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma synoptique d'un procédé selon l'invention, illustrant l'application à la production d'hydrogène par vaporéformage du méthane ; - la figure 2 est un schéma synoptique d'une variante de procédé selon l'invention, illustrant l'application à la production d'hydrogène par réformage autotherme et synthèse de type Fischer-Tropsch.
Dans l'installation de la figure 1, la charge hydrocarbonée 1 (du méthane ou gaz naturel en l'occurrence) est préchauffée par échange thermique dans la partie haute 20b du vaporéformeur de méthane 20, appelée généralement section de convection. Ce type de vaporéformeur est bien connu de l'homme du métier. Par exemple, le brevet FR 2.904.830 de l'IFP, cité ici à titre de référence, en donne une description détaillée. Un fabricant bien connu également de ce type d'équipement est Foster Wheeler qui le commercialise notamment sous la marque déposée Terrace-WallTM .
La charge hydrocarbonée 1, après ajout d'hydrogène et préchauffage dans divers échangeurs de chaleur, est ensuite prétraitée dans un réacteur d'hydrogénation 2, puis dans un réacteur de désulfuration 5, avant d'être envoyée dans la partie catalytique 20a du vaporéformeur 20 où elle réagit en présence de vapeur d'eau pour obtenir un gaz de synthèse 11 qui contient principalement, hors vapeur d'eau, un mélange d'oxydes de carbone et d'hydrogène.
Le gaz de synthèse 11 est ensuite envoyé dans un réacteur de conversion 3 du CO à la vapeur d'eau (ou water gas shift en anglais, expression la plus souvent utilisée) qui permet de réduire la teneur en CO du gaz traité et d'augmenter sa teneur en hydrogène (en réalisant la réaction CO + H2O = CO2 + H2). La vapeur d'eau nécessaire est produite essentiellement dans la convection du four à partir d'une eau déminéralisée 40 et est introduite généralement dans le flux procédé en amont du four. Le gaz de synthèse 21 ainsi traité est ensuite envoyé dans une unité de séparation du dioxyde de carbone 6 au moyen de laquelle le CO2 séparé 7 pourra ensuite être dirigé vers des moyens de captation ou de stockage appropriés. Ces moyens, qui ne font pas partie de l'invention à proprement parler, sont connus de l'homme du métier et font l'objet actuellement de développements et d'expérimentations nombreux et variés. On citera à titre d'exemple la séquestration géologique dans d'anciens réservoirs de gaz ou de pétrole. L'unité de séparation 6 du dioxyde de carbone est par exemple du type bien connu mettant en oeuvre le procédé dit Benfield , couramment licenciée par la société américaine UOP (Groupe Honeywell). D'autres procédés de même finalité sont décrits dans la littérature et on pourra se référer en particulier à la publication intitulée Recovery of CO2 from Flue Gases : Commercial Trends , initialement présentée à la réunion annuelle de la Canadian Society of Chemical Engineers , 4-6 Octobre 1999, Saskaton, Saskatchewan, Canada, par Dan G. Chapel et Cari L. Mariz de la société américaine Fluor Daniel. Le gaz de synthèse 31 quittant l'unité de séparation de CO2, 6, traverse ensuite une unité de séparation et de purification d'hydrogène 4, qui se présente avantageusement sous la forme d'un dispositif de type PSA ( Pressure swing adsorption ) également largement décrit dans la littérature et notamment par le brevet FR 2.890.655 de l'Air Liquide.
Finalement, comme le montre la figure 1, et conformément aux dispositions avantageuses de l'invention, on obtient en sortie du PSA 4 un gaz hydrogène 8 quasiment pur, dont une partie 9 est prélevée et envoyée comme combustible vers le four du vaporéformeur 20. Ainsi, les effluents de cheminée 14 du vaporéformeur 20 sont exempts de CO2 en marche continue du vaporéformeur 20. L'hydrogène ajouté en amont dans la charge 1 pour son hydrodésulfuration 2 et/ou 5 est également prélevé de façon classique sur le flux 8. Au démarrage cependant, de manière transitoire comme déjà explicité, les brûleurs du four seront alimentés par un combustible annexe autre que l'hydrogène, par exemple par du gaz naturel. Egalement, de manière préférée, on recycle la purge 10 (issue de l'unité de séparation et de purification 4 de l'hydrogène) riche en méthane, hydrogène, CO et CO2 résiduels, après relevage en pression 12 approprié, en tant que charge additionnelle à la charge initiale 1.
On va maintenant décrire en référence à la Figure 2, une variante de réalisation de l'invention, c'est-à-dire un procédé de production d'hydrogène par réformage autotherme et synthèse de type Fischer-Tropsch, à partir de gaz naturel.
A la figure 2, un flux de gaz naturel 1', après prétraitement usuel de type hydrodésulfuration 3' et pré-réformage 4', puis passage dans un train d'échange de chaleur 2'a, alimente un four de type autotherme 2'. Ce type de four est par exemple décrit dans le brevet FR 2.904.830 de l'IFP, déjà cité plus haut en référence à la figure 1. Dans un tel four on réalise une oxydation partielle de la charge de gaz naturel 1' (voir flux d'oxygène 5' à la figure 2), immédiatement suivie par un vaporéformage catalytique en régime adiabatique à haute température, par exemple dans la plage de températures de sortie : 900°C-1000°C. Ce train d'échange de chaleur 2'a correspond à la zone de combustion du four autotherme 2', représentée artificiellement de manière séparée du four 2' sur la figure 2. Cette zone de combustion est alimentée en air de combustion 19' et en gaz naturel 1' au démarrage puis en hydrogène 10'b. Les fumées sont évacuées par la cheminée 14'.
D'autres éléments techniques relatifs au procédé de réformage autotherme peuvent être trouvés dans l'ouvrage de référence Conversion processes (procédés de conversion), P. Leprince, Editions Technip, 2001, Paris 15ème, pages 455-495.
Le gaz de synthèse 6' produit par le four autotherme 2' est refroidi par utilisation d'un système complexe 20' mais standard alliant récupération de chaleur, production de vapeur et train de refroidissement. Le flux gazeux 7' traité en 20', traverse ensuite un dispositif de water gas shift 8' (déjà décrit plus haut en préambule et en référence à la figure 1) permettant d'en ajuster le rapport H2/CO en vue de son traitement ultérieur. La fraction gazeuse issue du water gas shift 8' est, comme dans l'exemple de réalisation de la figure 1, envoyée dans une unité de séparation du dioxyde de carbone 9' au moyen de laquelle le CO2 éliminé pourra ensuite être dirigé vers des moyens de captation ou de stockage appropriés 9'a, par exemple un système de séquestration géologique. Ces moyens, qui ne font pas partie de l'invention à proprement parler, sont connus de l'homme du métier et ne sont donc pas détaillés dans la présente description.
Le gaz de synthèse quittant l'unité de séparation de CO2, 9', traverse ensuite une unité de séparation et de purification d'hydrogène 10', qui se présente avantageusement sous la forme d'un dispositif de type PSA ( Pressure swing adsorption ) également largement décrit dans la littérature et notamment par le brevet FR 2.890.655 de l'Air Liquide. Dans une variante de réalisation, l'unité de purification d'hydrogène peut se présenter sous forme d'un système membranaire, par exemple de type MedalTM ( Membrane Systems DuPont Air Liquide ) fabriqué et commercialisé par la société Air Liquide. La mise en oeuvre d'un tel système est aussi bien connue de l'homme du métier, et toutes les informations nécessaires peuvent être obtenues auprès de l'Air Liquide et sur son site Internet. Finalement, comme le montre la figure 2, et conformément aux dispositions avantageuses de l'invention, on obtient en sortie du module de purification 10', un gaz de synthèse très riche en hydrogène l0a', voire quasiment pur, dont une partie 10 ID est envoyée pour combustion vers les brûleurs du four 2'a en 13'. Ainsi les effluents de cheminée 14' du four 2'a sont exempts de CO2 en marche continue de ce four. Egalement, de manière préférée selon la présente invention, on recycle la purge 10'c riche en méthane et autres hydrocarbures du module de purification 10', après relevage en pression 12' approprié, en tant que charge additionnelle à la charge initiale de gaz naturel 1'. Accessoirement, selon une variante de réalisation, une partie 9b du CO2 séparé en 9', après relevage en pression approprié en 15', peut être recyclée en amont du procédé en complément de la charge de gaz naturel 1', pour contribuer à l'oxydation de celle-ci qui est nécessaire au bon fonctionnement du four autotherme 2'. Dans l'exemple de réalisation décrit à la figure 2, l'invention prévoit ensuite la transformation ultérieure en 16' du gaz de synthèse 10'd, après ajustement adéquat de son rapport H2/CO au moyen de la ligne de bypass 17', en hydrocarbures liquides par synthèse chimique selon divers procédés connus, par exemple usuellement le procédé dit Fischer-Tropsch , développé en particulier par la compagnie sud-africaine Sasol, mais aujourd'hui dans le domaine public, et pour lequel un rapport H2/CO d'environ 2 en entrée est nécessaire. Les produits non intéressants 18', typiquement les coupes hydrocarbures très légères et monoxyde ou dioxyde de carbone résiduels, issus de l'étape FT 16' sont, après séparation, recyclés en amont dans le procédé. L'invention qui vient d'être décrite par la Demanderesse, en proposant de manière surprenante d'alimenter la combustion d'un four de type SMR ou autotherme au moyen d'hydrogène auto-produit, résout avantageusement les difficultés techniques et économiques rencontrées couramment pour l'élimination du CO2 présent dans les fumées de ce type de four.
Dans un schéma particulier de raffinerie visant à réduire très fortement les émissions de gaz à effet de serre, elle pourrait constituer un moyen original de centraliser en un point unique la transformation en hydrogène des combustibles habituellement utilisées, cet hydrogène étant alors utilisé comme nouveau combustible dans les fours et chaudières, et la séparation de flux de CO2 produits par la raffinerie, en construisant un SMR fonctionnant conformément à l'invention et dédié à ladite séparation. Ce concept peut être étendu à d'autres industries utilisatrices de combustibles dans des fours ou chaudières.
Claims (6)
- REVENDICATIONS1- Procédé de fabrication d'un gaz de synthèse contenant de l'hydrogène, à partir d'une charge hydrocarbonée (1, 1'), comprenant : - la transformation de la charge hydrocarbonée (1, 1') en gaz de synthèse contenant de l'hydrogène dans un four de type vaporéformage (20) ou de type réformage autotherme (2') ou analogue, - le traitement du gaz de synthèse par des moyens de traitement pour la séparation et/ou purification de l'hydrogène contenu dans le gaz de synthèse, caractérisé en ce qu'une partie au moins de l'hydrogène (9, 10'b) ainsi produit est prélevée et renvoyée en amont du procédé pour alimenter la combustion dudit four (20, 2').
- 2- Procédé selon la revendication 1, dans lequel au moins une partie du flux gazeux hydrocarboné issu des moyens de traitement et/ ou de la transformation de la charge en gaz de synthèse, est prélevée et recyclée en amont du procédé comme charge hydrocarbonée additionnelle du four (10, 10'c).
- 3- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel le traitement du gaz de synthèse contenant de l'hydrogène comprend l'élimination du CO2 au moyen d'une unité de séparation du dioxyde de carbone (6, 9').
- 4- Procédé selon la revendication 3, dans lequel le dioxyde de carbone formé est partiellement utilisé comme agent oxydant du procédé dans le four de réformage.
- 5- Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'unité de séparation du dioxyde de carbone est du type mettant en oeuvre des solvants chimiques, type amines ou équivalents. 30 35
- 6- 57- 8- 10 15 9- 20 10- 11- 25 12- 13-35Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'unité de séparation du dioxyde de carbone est du type mettant en oeuvre le procédé dit Benfield . Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'unité de séparation du dioxyde de carbone est du type mettant en oeuvre des solvants physiques. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'unité de séparation du dioxyde de carbone est du type mettant en oeuvre des séparations par moyens physiques du type tamis moléculaires ou du type à membrane. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent une unité de séparation et de purification d'hydrogène (4, 10'). Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'unité de séparation et de purification d'hydrogène est un dispositif de type PSA ( Pressure swing adsorption ). Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'unité de séparation et de purification d'hydrogène est un dispositif de type à membrane. Procédé selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que tout ou partie d'un gaz de purge (10, 10'c) de l'unité de séparation et de purification d'hydrogène est recyclée en amont du procédé comme charge hydrocarbonée additionnelle. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on récupère la chaleur des fumées à base de vapeur d'eau produites par la combustion de l'hydrogène dans le four, pour le préchauffage de la charge hydrocarbonée d'alimentation du four et/ ou pour le préchauffage de l'eau de chaudière de l'étape de transformation de la charge hydrocarbonée en gaz de synthèse. 14- Procédé selon la revendication 13, dans lequel la chaleur est récupérée jusqu'à condensation partielle ou totale de la vapeur d'eau contenue dans les fumées. 10 15- Procédé selon l'une des revendications 1 à 14 dans lequel la charge hydrocarbonée est du méthane et le four est un four à vaporéformage, le méthane subissant un réformage à la vapeur. 15 16- Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel la charge hydrocarbonée est du méthane ou du naphta, et le four est un four autotherme, la charge hydrocarbonée subissant un réformage autotherme. 20 17- Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel la charge hydrocarbonée est du gaz naturel, le four est un four de vaporéformage, et dans lequel une autre partie de l'hydrogène ainsi produit est prélevée et renvoyée à l'alimentation d'une turbine à gaz. 25 18- Procédé selon l'une des revendications 1 à 14 dans lequel la charge hydrocarbonée est un hydrocarbure gazeux ou liquide, et dans lequel une autre partie de l'hydrogène ainsi produit est prélevée et renvoyée comme combustible pour un ou plusieurs fours et/ou chaudières de l'industrie utilisatrice de combustibles pour satisfaire ses besoins énergétiques. 19- Procédé selon la revendication 18 dans lequel la charge hydrocarbonée est un fuel gaz ou hydrocarbure liquide provenant d'une unité d'une raffinerie ou du gaz naturel, et dans lequel une autre partie de l'hydrogène ainsi produit est 30 35 5prélevée et renvoyée comme combustible pour un ou plusieurs fours et/ou chaudières de la raffinerie. 20- Procédé selon l'une des revendications 1 à 19 dans lequel les produits non recherchés, après l'étape de finale de transformation du gaz de synthèse en produits commercialisables, sont séparés et recyclés dans le procédé de réformage amont. 10
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