FR2953151A1 - Reacteur catalytique comprenant une structure alveolaire catalytique et des elements optimisant le contact de cette structure alveolaire avec la paroi interne du reacteur - Google Patents

Reacteur catalytique comprenant une structure alveolaire catalytique et des elements optimisant le contact de cette structure alveolaire avec la paroi interne du reacteur Download PDF

Info

Publication number
FR2953151A1
FR2953151A1 FR0958552A FR0958552A FR2953151A1 FR 2953151 A1 FR2953151 A1 FR 2953151A1 FR 0958552 A FR0958552 A FR 0958552A FR 0958552 A FR0958552 A FR 0958552A FR 2953151 A1 FR2953151 A1 FR 2953151A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
catalytic
reaction chamber
ceramic
catalytic reactor
sio2
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR0958552A
Other languages
English (en)
Other versions
FR2953151B1 (fr
Inventor
Pascal Del-Gallo
Daniel Gary
Aude Cuni
Mathieu Cornillac
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Priority to FR0958552A priority Critical patent/FR2953151B1/fr
Priority to US13/513,346 priority patent/US8747769B2/en
Priority to EP10805451A priority patent/EP2506964A1/fr
Priority to BR112012013146A priority patent/BR112012013146A2/pt
Priority to PCT/FR2010/052497 priority patent/WO2011067503A1/fr
Priority to CN2010800540762A priority patent/CN102639226A/zh
Publication of FR2953151A1 publication Critical patent/FR2953151A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR2953151B1 publication Critical patent/FR2953151B1/fr
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/2485—Monolithic reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J12/00—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor
    • B01J12/007—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor in the presence of catalytically active bodies, e.g. porous plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J15/00—Chemical processes in general for reacting gaseous media with non-particulate solids, e.g. sheet material; Apparatus specially adapted therefor
    • B01J15/005—Chemical processes in general for reacting gaseous media with non-particulate solids, e.g. sheet material; Apparatus specially adapted therefor in the presence of catalytically active bodies, e.g. porous plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/2495—Net-type reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/56—Foraminous structures having flow-through passages or channels, e.g. grids or three-dimensional monoliths
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
    • C01B3/12—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents by reaction of water vapour with carbon monoxide
    • C01B3/16—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents by reaction of water vapour with carbon monoxide using catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/40—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts characterised by the catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0238—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a carbon dioxide reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0244—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being an autothermal reforming step, e.g. secondary reforming processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/025—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step
    • C01B2203/0261—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step containing a catalytic partial oxidation step [CPO]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C01B2203/1011—Packed bed of catalytic structures, e.g. particles, packing elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C01B2203/1029—Catalysts in the form of a foam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1052—Nickel or cobalt catalysts
    • C01B2203/1058—Nickel catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Réacteur catalytique comprenant : - une enceinte réactionnelle ; - au moins une structure catalytique constituée d'au moins une architecture alvéolaire catalytique de dimensions externes inférieures d'au plus 10% aux dimensions internes de l'enceinte réactionnelle ; - un espace annulaire entre la paroi interne de l'enceinte réactionnelle et les architectures alvéolaires ; - au moins une seconde structure positionnée dans l'espace annulaire, choisie parmi : a) une structure fibreuse, ou b) une structure comprenant au moins un collier métallique enserrant au moins une partie des architectures alvéolaires et supportant des ailettes métalliques ou c) une poudre ou un mélange de poudres métallique et/ou céramique.

Description

La présente invention a pour objet un réacteur catalytique comprenant une structure alvéolaire catalytique, en particulier une mousse céramique ou métallique catalytique, et des éléments optimisant le contact avec la paroi interne du réacteur. Les mousses en céramique voire en alliage métallique sont connues pour être utilisées comme support de catalyseur pour les réactions chimiques, en particulier les réactions de catalyse hétérogène. Ces mousses sont particulièrement intéressantes pour des réactions fortement exo- ou endo- thermiques (ex : réaction exothermique de Fischer-Tropsch, réaction du gaz à l'eau (réaction de water-gas-shift), réaction d'oxydation partielle, réaction de méthanation...), et/ou pour des réacteurs catalytiques où l'on cherche à obtenir des vitesses spatiales élevées (réaction de vaporeformage du gaz naturel, du naphta, GPL ...).
La méthode de réalisation de mousses céramique à macro porosité ouverte la plus rependue consiste en l'imprégnation d'une mousse polymérique (le plus souvent polyuréthane ou polyester), découpée selon la géométrie souhaitée, par une suspension de particules céramiques dans un solvant aqueux ou organique. L'excès de suspension est évacué de la mousse de polymère par l'application répétée d'une compression ou par centrifugation, afin de ne conserver qu'une fine couche de suspension sur les brins du polymère. Après une ou plusieurs imprégnations de la mousse polymérique par ce procédé, celle-ci est séchée de façon à évacuer le solvant tout en conservant l'intégrité mécanique de la couche de poudre céramique déposée. La mousse est ensuite chauffée à haute température en deux étapes. La première étape appelée déliantage consiste à dégrader le polymère et autres organiques éventuellement présents dans la suspension, par une élévation de température lente et contrôlée jusqu'à élimination complète des substances volatiles organiques (typiquement 500-900°C). La seconde étape appelée frittage consiste à consolider la structure minérale résiduelle par un traitement thermique haute température. Cette méthode de fabrication permet ainsi d'obtenir une mousse inorganique qui est la réplique de la mousse de polymère initiale, au retrait de frittage près. La porosité finale permise par cette méthode couvre une gamme de 30% à 95% pour une taille de pore allant de 0,2mm à 5mm. La taille de pore(s) finale (ou macroporosité ouverte) est issue de la macrostructure du «template» organique initial (mousse de polymère, polyuréthane généralement). Celui varie généralement de 60 à 5 ppi (ppi : pore per inch, de 50 gm à 5 mm).
La mousse peut également être de nature métallique avec une formulation chimique permettant d'assurer une stabilité chimique de l'architecture sous conditions opératoires (température, pression, composition gazeuse, ...). Dans le cadre d'une application pour la réaction de vaporeformage de gaz naturel l'architecture alvéolaire métallique sera constituée de formulations chimiques à base NiFeCrAI oxydée en surface, cette oxydation de surface permettant la formation d'une couche d'alumine micrométrique protégeant l'alliage métallique de tout phénomène de corrosion. Les architectures alvéolaires céramiques et/ou métalliques recouverts de céramique constituent de bons supports de catalyseurs à plusieurs égards : - un rapport surface/volume maximal (m2/m3), afin d'augmenter la surface géométrique d'échange et donc indirectement l'efficacité catalytique, - une minimisation des pertes de charge le long du lit (entre l'entrée et la sortie du réacteur catalytique), - un transfert de chaleur d'une efficacité axiale et/ou radiale accrue. On entend par axial le long de l'axe du réacteur catalytique, et par radial de la paroi interne ou externe du réacteur catalytique au centre du lit catalytique, - une amélioration des contraintes thermomécaniques et/ou thermochimiques supportées par le lit, - une amélioration de la densité du remplissage d'un tube par rapport à un remplissage aléatoire induit par les structures conventionnelles (sphère, pellet, cylindre, barillets...), - un contrôle du remplissage permettant d'améliorer l'homogénéité du remplissage d'un tube à l'autre. Néanmoins, un problème qui se pose est la faible qualité en fonctionnement du contact «physique » entre les architectures alvéolaires et la paroi interne des enceintes réactionnelles. Ceci est a fortiori vrai pour des réacteurs fonctionnant à des températures élevées, où la dilatation du tube métallique sera supérieure à celle de l'architecture alvéolaire de nature notamment céramique. Dans le cas d'architecture de nature alvéolaire métallique la dilatation des deux éléments (lit catalytique, enceinte réactionnelle le contenant) peut être plus facilement harmonisée. Ce mauvais contact entre les architectures alvéolaires et la paroi interne des enceintes réactionnelles peut poser deux difficultés : - la création d'écoulements préférentiels à la paroi, les réactifs n'étant alors pas en contact avec le catalyseur, - un mauvais transfert thermique radial. Une solution de la présente invention est un réacteur catalytique comprenant : - une enceinte réactionnelle ; - au moins une structure catalytique constituée d'au moins une architecture alvéolaire catalytique de dimensions externes inférieures d'au plus 10% aux dimensions internes de l'enceinte réactionnelle ; - un espace annulaire entre la paroi interne de l'enceinte réactionnelle et les architectures alvéolaires ; - au moins une seconde structure positionnée dans l'espace annulaire, choisie parmi : a) une structure fibreuse, ou b) une structure comprenant au moins un collier métallique enserrant au moins une partie des architectures alvéolaires et supportant des ailettes métalliques ou c) une poudre ou un mélange de poudres métallique et/ou céramique.
Par dimensions externes de l'architecture alvéolaire, on entend : - la longueur, la largeur et la hauteur si l'architecture a la forme d'un bloc ; ou - le diamètre externe et la hauteur si l'architecture est un cylindre ; ... Par dimensions internes de l'enceinte réactionnelle, on entend généralement le diamètre interne et la longueur car l'enceinte réactionnelle est généralement un tube mais il peut s'agir d'autres dimensions si l'enceinte réactionnelle a une forme différente. Si la structure catalytique comprend plusieurs architectures alvéolaires, celle-ci sera alors constituée par l'empilement successif des architectures alvéolaires. La seconde structure aura de préférence des caractéristiques proches de celle de l'enceinte réactionnelle (composition, coefficient d'expansion thermique, conductivité thermique...) et des caractéristiques de flexibilité.
Par « structure fibreuse » on entend une structure de type fibres céramiques à base silicocalcaire, silicoalumineux, ... ou une structure fibreuse de nature métallique (paille de fer par exemple, ...). La contrainte concernant la nature chimique (formulation) de la structure fibreuse est, vis-à-vis des mélanges réactionnels, une stabilité chimique du/des matériaux la constituant et une inertie chimique. Ce point est également valable pour les structures b) et c). Ces trois structures a) ou/et b) ou/et c) présentent l'avantage d'être flexibles et donc de pouvoir s'adapter à d'éventuelles variations de dimension de l'espace annulaire paroi interne du réacteur û structure alvéolaire, dues à des dilatations différentielles de l'enceinte réactionnelle et de ladite structure. Les ailettes (structure b) ont également pour fonction d'augmenter le transfert thermique. Le transfert entre la paroi interne du réacteur, l'ailette et la structure catalytique s'effectue principalement par conduction. La poudre ou le mélange de poudres métalliques et/ou céramiques (structure c)) ont également pour fonction d'améliorer le transfert thermique. Le transfert entre la paroi interne du réacteur, l'ailette et la structure catalytique s'effectue principalement par conduction. La poudre ou le mélange de poudre a des tailles de grains compris entre 1 et 5 000 µm. La figure 1 représente l'enveloppement périphérique des mousses céramiques ou métalliques catalytiques empilées successivement et entourées par une structure fibreuse. La figure 2 représente une mousse céramique ou métallique catalytique enserrée dans une structure de type « collier ou anneau à ailettes ». La figure 3 représente une mousse céramique ou métallique catalytique enserrée dans une structure de type lit(s) de poudre(s) céramique et/ou métallique Dans ces trois figures, l'échelle n'est pas représentative. En effet, l'espace annulaire est en général de taille inférieure à 20 mm, préférentiellement inférieure à 10 mm. Selon le cas, le réacteur selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les architectures alvéolaires sont soit une mousse céramique, soit une mousse métallique recouverte en surface, pour des applications haute température, c'est-à-dire supérieure à 500°C, d'une couche protectrice de nature céramique ; - la seconde structure est une structure fibreuse en céramique (fibres d'alumine, de silicocalcaire, de silicoalumineux, ...) ou en métal ; la structure fibreuse métallique peut être constituée d'un alliage comprenant du nickel et du chrome, ou de tout alliage compatible avec les conditions de la réaction envisagée, par exemple les alliages de type Inconel ; - la structure fibreuse en céramique comprend au moins un élément choisi parmi (i) les oxydes suivants : l'alumine, les silico-alumineux (SiO2-Al2O3), les silico-calcaires (CaOSiO2) ,les silico-magnésieux (MgO-SiO2), ou une combinaison de ces éléments ou (ii) les non-oxydes suivants : carbures, nitrures ; - la structure fibreuse de nature métallique comprend du Nickel, de préférence un alliage à 10 base de NiCrO, NiCrAlO ou NiFeCrAlO ; - la seconde structure est une structure constituée d'au moins un collier constitué d'un alliage comprenant majoritairement du nickel et du chrome et enserrant au moins une partie des architectures alvéolaires, et supportant des ailettes constituées d'un alliage comprenant majoritairement du nickel et du chrome. De préférence, pour l'application au réformage à la 15 vapeur, le collier métallique et les ailettes sont en Inconel ; - la seconde structure est une structure constituée d'une poudre ou d'un mélange de poudres céramique et/ou métallique comprenant au moins 50% de matériaux inorganiques oxydes ou non-oxyde comprenant au moins un élément choisi parmi (i) les oxydes suivants : l'alumine, les silico-alumineux (SiO2-Al2O3), les silico-calcaires (CaO-SiO2) ,les silico- 20 magnésieux (MgO-SiO2), ou une combinaison de ces éléments ou (ii) les non-oxydes suivants : carbures, nitrures ; et/ou de matériaux métalliques comprenant du nickel, de préférence un alliage à base de NiCrO, NiCrAlO ou NiFeCrAlO ; - la seconde structure est stable et inerte chimiquement vis-à-vis des atmosphères gazeuses présentes dans l'enceinte réactionnelle. 25 Les architectures alvéolaires catalytiques sont fabriquées à partir d'une matrice en matériau polymérique choisi parmi le poly(uréthane) (PU), le poly(chlorure de vinyle) (PVC), le polystyrène (PS), la cellulose et le latex, mais le choix idéal de la mousse est limité par de sévères exigences. Le matériau polymérique ne doit pas libérer des composés toxiques, par exemple le 30 PVC est évité car il peut entrainer la libération de chlorure d'hydrogène.
L'architecture alvéolaire catalytique lorsqu'elle est de nature céramique comprend typiquement des particules inorganiques choisies parmi l'alumine(Al2O3) et/ou l'alumine dopée (La (1 à 20 % en poids)-Al2O3, Ce (1 à 20 wt.% en poids)-Al2O3, Zr (1 à 20 % en poids)-Al2O3), la magnésie (MgO), le spinelle (MgAl2O4), les hydrotalcites, CaO, les silicocalcaires, les silicoalumineux, l'oxyde de zinc, la cordiérite, la mullite, le titanate d'aluminium, et le zircon (ZrSiO4) ; ou des particules céramiques choisies parmi la cérine (CeO2), le zirconium (ZrO2), la cérine stabilisée (Gd2O3 entre 3 et 10 mol% en cérine) et le zirconium stabilisé (Y2O3 entre 3 et 10 mol% en zirconium) et les oxydes mixtes de formule (I): Ce(i_X) ZrX O(2_Ô) (I), où 0 < x < 1 et b assure la neutralité électrique de l'oxyde, ou les oxydes mixtes dopés de formule (II): Ce(i_X_y) ZrX Dy Oz_Ô (II), où D is choisi parmi le Magnésium (Mg), l'Yttrium (Y), le Strontium (Sr), le Lanthanum (La), le Presidium (Pr), le Samarium (Sm), le Gadolinium (Gd), l'Erbium (Er) ou l'Ytterbium (Yb); où 0 < x < 1, 0< y <0;5 et b assure la neutralité électrique de l'oxyde. Le réacteur catalytique selon l'invention peut-être utilisé pour produire des produits gazeux, en particulier un gaz de synthèse Le gaz d'alimentation comprend de préférence de l'oxygène et/ou du dioxyde de carbone et/ou de la vapeur d'eau mélangé à du méthane. Toutefois ces structures de lits catalytiques peuvent être déployées sur tous les réacteurs catalytiques du procédé de production d'hydrogène par vaporeformage, à savoir notamment les lits de pré reformage, de reformage et de water-gas-shift. Les températures de réaction qui sont employées sont élevées et sont comprises entre 200 et 1000°C, de préférence entre 400°C et 1000°C. La pression des réactifs (CO, H2, CH4, H2O, CO2, ...) peut être comprise entre 10 et 50 bars, préférentiellement entre 15 et 35 bars. La présente invention a également pour objet l'utilisation, au sein d'un réacteur catalytique comprenant une enceinte réactionnelle et une structure alvéolaire catalytique : - d'une structure fibreuse ; et/ou - d'une structure comprenant au moins un collier métallique enserrant au moins une partie de la structure alvéolaire et supportant des ailettes métalliques pour prévenir la formation d'un espace annulaire entre la paroi interne de l'enceinte réactionnelle et la structure alvéolaire catalytique ; et/ou - d'une poudre ou un mélange de poudres métallique et/ou céramique, pour prévenir la formation d'un espace annulaire entre la paroi interne de l'enceinte réactionnelle et la structure alvéolaire catalytique. La mise en place d'une structure fibreuse et/ou d'une structure comprenant au moins un collier métallique, enserrant au moins une partie des architectures alvéolaires et supportant des ailettes métalliques et/ou d'une poudre ou d'un mélange de poudre métallique et/ou céramique, dans l'espace annulaire entre la paroi interne de l'enceinte réactionnelle et la structure alvéolaire catalytique permet à la fois d'améliorer le transfert de chaleur radial, et de limiter les écoulements le long des parois.15

Claims (11)

  1. Revendications1. Réacteur catalytique comprenant : - une enceinte réactionnelle ; - au moins une structure catalytique constituée d'au moins une architecture alvéolaire catalytique de dimensions externes inférieures d'au plus 10% aux dimensions internes de 10 l'enceinte réactionnelle ; - un espace annulaire entre la paroi interne de l'enceinte réactionnelle et les architectures alvéolaires ; - au moins une seconde structure positionnée dans l'espace annulaire, choisie parmi : a) une structure fibreuse, ou 15 b) une structure comprenant au moins un collier métallique enserrant au moins une partie des architectures alvéolaires et supportant des ailettes métalliques ou c) une poudre ou un mélange de poudres métallique et/ou céramique.
  2. 2. Réacteur catalytique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure 20 catalytique est constituée par l'empilement successif d'au moins 2 architectures alvéolaires catalytiques de dimensions externes inférieures d'au plus 10% aux dimensions internes de l'enceinte réactionnelle.
  3. 3. Réacteur catalytique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les 25 architectures alvéolaires sont soit une mousse céramique, soit une mousse métallique recouverte en surface d'une couche protectrice en céramique.
  4. 4. Réacteur catalytique selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que la seconde structure est une structure fibreuse en céramique ou en métal. 30
  5. 5. Réacteur catalytique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la structure fibreuse en céramique comprend au moins un élément choisi parmi : - (i) les oxydes suivants : l'alumine, les silico-alumineux (SiO2-Al2O3), les silico-calcaires (CaO-SiO2) ,les silico-magnésieux (MgO-SiO2), ou une combinaison de ces éléments, ou - (ii) les non-oxydes suivants : carbures ou nitrures ;
  6. 6. Réacteur catalytique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la structure fibreuse de nature métallique comprend du Nickel, de préférence un alliage à base de NiCrO, NiCrAlO ou NiFeCrAlO.
  7. 7. Réacteur catalytique selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que la seconde structure est une structure constituée d'au moins un collier constitué d'un alliage comprenant majoritairement du nickel et du chrome et enserrant au moins une partie des architectures alvéolaires, et supportant des ailettes constituées d'un alliage comprenant majoritairement du nickel et du chrome.
  8. 8. Réacteur catalytique selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que la seconde structure est une structure constituée d'une poudre ou d'un mélange de poudres céramique et/ou métallique comprenant au moins 50% : - de matériaux inorganiques oxydes ou non-oxydes comprenant au moins un élément choisi parmi : (i) les oxydes suivants : l'alumine, les silico-alumineux (SiO2-Al2O3), les silicocalcaires (CaO-SiO2), les silico-magnésieux (MgO-SiO2), ou une combinaison de ces éléments ou (ii) les non-oxydes suivants : carbures, nitrures ; et/ou - de matériaux métalliques comprenant du nickel, de préférence un alliage à base de NiCrO, NiCrAlO ou NiFeCrAlO.
  9. 9. Utilisation du réacteur catalytique tel que défini dans l'une des revendications 1 à 8 pour produire du gaz.
  10. 10. Utilisation selon la revendication 9, caractérisé en ce que le gaz est du gaz de synthèse.
  11. 11. Utilisation, au sein d'un réacteur catalytique comprenant une enceinte réactionnelle et une structure alvéolaire catalytique : - d'une structure fibreuse ; et/ou - d'une structure comprenant au moins un collier métallique enserrant au moins une partie de la structure alvéolaire et supportant des ailettes métalliques pour prévenir la formation d'un espace annulaire entre la paroi interne de l'enceinte réactionnelle et la structure alvéolaire catalytique ; et/ou - d'une poudre ou un mélange de poudres métallique et/ou céramique, pour prévenir la formation d'un espace annulaire entre la paroi interne de l'enceinte réactionnelle et la structure alvéolaire catalytique.15
FR0958552A 2009-12-01 2009-12-01 Reacteur catalytique comprenant une structure alveolaire catalytique et des elements optimisant le contact de cette structure alveolaire avec la paroi interne du reacteur Expired - Fee Related FR2953151B1 (fr)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0958552A FR2953151B1 (fr) 2009-12-01 2009-12-01 Reacteur catalytique comprenant une structure alveolaire catalytique et des elements optimisant le contact de cette structure alveolaire avec la paroi interne du reacteur
US13/513,346 US8747769B2 (en) 2009-12-01 2010-11-24 Catalytic reactor including a cell-like structure and elements optimizing the contact thereof with the inner wall of the reactor
EP10805451A EP2506964A1 (fr) 2009-12-01 2010-11-24 Réacteur catalytique comprenant une structure alvéolaire et des éléments en optimisant le contact avec la paroi interne du réacteur
BR112012013146A BR112012013146A2 (pt) 2009-12-01 2010-11-24 reator catalítico e uso do mesmo
PCT/FR2010/052497 WO2011067503A1 (fr) 2009-12-01 2010-11-24 Réacteur catalytique comprenant une structure alvéolaire et des éléments en optimisant le contact avec la paroi interne du réacteur
CN2010800540762A CN102639226A (zh) 2009-12-01 2010-11-24 包括多孔结构以及优化多孔结构与反应器内壁的接触的成分的催化反应器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0958552A FR2953151B1 (fr) 2009-12-01 2009-12-01 Reacteur catalytique comprenant une structure alveolaire catalytique et des elements optimisant le contact de cette structure alveolaire avec la paroi interne du reacteur

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2953151A1 true FR2953151A1 (fr) 2011-06-03
FR2953151B1 FR2953151B1 (fr) 2014-06-13

Family

ID=42124330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR0958552A Expired - Fee Related FR2953151B1 (fr) 2009-12-01 2009-12-01 Reacteur catalytique comprenant une structure alveolaire catalytique et des elements optimisant le contact de cette structure alveolaire avec la paroi interne du reacteur

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8747769B2 (fr)
EP (1) EP2506964A1 (fr)
CN (1) CN102639226A (fr)
BR (1) BR112012013146A2 (fr)
FR (1) FR2953151B1 (fr)
WO (1) WO2011067503A1 (fr)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130136864A1 (en) * 2011-11-28 2013-05-30 United Technologies Corporation Passive termperature control of hpc rotor coating
EP3532567A1 (fr) 2016-10-27 2019-09-04 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Procédé de production d'hydrocarbures

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2490503A1 (fr) * 1980-09-19 1982-03-26 Nippon Catalytic Chem Ind Procede et dispositif pour l'elimination d'un gaz residuaire contenant des substances combustibles
JPS5884038A (ja) * 1981-11-13 1983-05-20 Toyota Motor Corp モノリス触媒用容器
US4911879A (en) * 1987-08-14 1990-03-27 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus for the recombination of hydrogen and oxygen
US6077483A (en) * 1997-06-13 2000-06-20 Corning Incorporated Coated catalytic converter substrates and mounts
US20040120871A1 (en) * 2002-12-19 2004-06-24 Gilbert De Angelis Reactor construction
EP1743694A1 (fr) * 2005-07-13 2007-01-17 The Boc Group, Inc. Réacteur monolithique avec joint d'étanchéité

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001280124A (ja) * 2000-03-31 2001-10-10 Ngk Insulators Ltd セル構造体収納容器及びそのアッセンブリ
AU2003301060A1 (en) * 2002-12-20 2004-07-22 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Noble metal-free nickel catalyst formulations for hydrogen generation
US8062552B2 (en) * 2005-05-19 2011-11-22 Brookhaven Science Associates, Llc Electrocatalyst for oxygen reduction with reduced platinum oxidation and dissolution rates

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2490503A1 (fr) * 1980-09-19 1982-03-26 Nippon Catalytic Chem Ind Procede et dispositif pour l'elimination d'un gaz residuaire contenant des substances combustibles
JPS5884038A (ja) * 1981-11-13 1983-05-20 Toyota Motor Corp モノリス触媒用容器
US4911879A (en) * 1987-08-14 1990-03-27 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus for the recombination of hydrogen and oxygen
US6077483A (en) * 1997-06-13 2000-06-20 Corning Incorporated Coated catalytic converter substrates and mounts
US20040120871A1 (en) * 2002-12-19 2004-06-24 Gilbert De Angelis Reactor construction
EP1743694A1 (fr) * 2005-07-13 2007-01-17 The Boc Group, Inc. Réacteur monolithique avec joint d'étanchéité

Also Published As

Publication number Publication date
FR2953151B1 (fr) 2014-06-13
WO2011067503A1 (fr) 2011-06-09
US8747769B2 (en) 2014-06-10
BR112012013146A2 (pt) 2017-03-21
US20120235096A1 (en) 2012-09-20
CN102639226A (zh) 2012-08-15
EP2506964A1 (fr) 2012-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5236412B2 (ja) 蒸気改質触媒のための新触媒設計および製造プロセス
US20210245139A1 (en) Catalyst support materials, catalyst supports, catalysts and reaction methods using catalysts
US20110097259A1 (en) Ceramic Foam with Gradient of Porosity in Heterogeneous Catalysis
EP2141140A1 (fr) Mousse céramique avec gradient de porosité et gradient de phases(s) active(s) catalytiques
US20110105304A1 (en) Ceramic Foams with Gradients of Composition in Heterogeneous Catalytic
EP2506962B1 (fr) Réacteur catalytique comprenant une zone alvéolaire de macroporosité et microstructure contrôlées et une zone à microstructure standard
JP2023515643A (ja) 高効率複合素材を具備した超軽量水素生産反応器
EP0418122B1 (fr) Réacteur d&#39;oxydation à différentiel de perte de charge et son utilisation.
FR2953151A1 (fr) Reacteur catalytique comprenant une structure alveolaire catalytique et des elements optimisant le contact de cette structure alveolaire avec la paroi interne du reacteur
FR2953150A1 (fr) Reacteur catalytique comprenant une structure alveolaire catalytique et au moins un element structural
EP2464613A1 (fr) Procédé d&#39;élaboration d&#39;une mousse céramique à résistance mécanique renforcée pour emploi comme support de lit catalytique
JP4304276B2 (ja) 高圧装置の効率的な断熱方法及び装置
FR2936963A1 (fr) Structure tri-dimensionnelle ouverte a forte resistance mecanique
JP2023128245A (ja) 潜熱蓄熱材料成形体とその製造方法
FR2961415A1 (fr) Reacteur catalytique comprenant une structure catalytique offrant une distribution amelioree du flux gazeux
TWI316421B (en) Method and substance for reactive catalytic combustion
FR2651689A1 (fr) Reacteur d&#39;oxydation a differentiel de perte de charge et son utilisation.

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 7

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 8

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 9

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 10

ST Notification of lapse

Effective date: 20200914