FR3038909A1 - DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING SYNTHETIC METHANE - Google Patents

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Stephane Fortin
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Abstract

Le dispositif (10) de production de méthane de synthèse comporte : - un réacteur (105) de méthanation comportant : - une entrée (110), pour du syngas produit par gazéification de matière hydrocarbonée, reliée à une conduite (115) d'alimentation de syngas et - une sortie (120) pour gaz naturel de synthèse, - un moyen (125) de séparation d'eau comportant : - une entrée (130) pour gaz naturel de synthèse et - une sortie (135) pour gaz naturel de synthèse déshydraté et - une dérivation (140) d'une partie du gaz naturel de synthèse déshydraté depuis la sortie du moyen de séparation d'eau vers la conduite d'alimentation de syngas pour qu'un mélange, du syngas et du gaz naturel de synthèse dérivés, soit fourni au réacteur.The device (10) for producing synthetic methane comprises: - a methanation reactor (105) comprising: - an inlet (110) for syngas produced by gasification of hydrocarbon material, connected to a feed pipe (115) of syngas and - an outlet (120) for synthetic natural gas, - a means (125) for separating water comprising: - an inlet (130) for synthetic natural gas and - an outlet (135) for natural gas from dehydrated synthesis and - a bypass (140) of a portion of the dehydrated synthetic natural gas from the outlet of the water separation means to the syngas feed pipe for a mixture, syngas and natural gas of derived synthesis, either supplied to the reactor.

Description

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

La présente invention vise un dispositif et un procédé de production de méthane de synthèse. Elle s’applique, notamment, à la filière de production de gaz naturel de synthèse.

ETAT DE LA TECHNIQUE

La production de biométhane, appartenant aux « SNG >> (de Synthesis Natural Gas, traduit par Gaz Naturel de Synthèse) peut être réalisée par conversion thermochimique de biomasse. Cette conversion est réalisée par un procédé constitué de trois étapes principales que sont : - la gazéification de la biomasse pour produire du syngas (gaz de synthèse) composé essentiellement de H2, CO, CO2 et de CH4, - la méthanation catalytique qui consiste à convertir le H2 et le CO en CH4 et - la mise aux spécifications qui vise à éliminer l’eau, le H2 résiduel, et le CO2 afin de produire un gaz naturel de synthèse au plus proche des spécifications d’injection sur le réseau de gaz naturel.

On entend par spécification, en particulier : - de pouvoir calorifique supérieur, abrévié « PCS >>, - d’indice de Wobbe, et - de teneur maximale en H2 et CO2.

La gazéification de la biomasse est réalisée au sein d’un réacteur dans lequel la biomasse subit différentes étapes réactionnelles.

La première étape correspond à une dégradation thermique de la biomasse qui subit successivement un séchage puis une dévolatilisation de la matière organique pour produire : - un résidu carboné, dit « char >>, - un gaz de synthèse, tel le H2, CO, CO2 et CH4 et - des composés condensables contenus dans le syngas, tels des tars ou goudrons).

Le résidu carboné peut ensuite être oxydé par un agent de gazéification, tel de la vapeur d’eau, de l’air, ou de l’oxygène, pour produire du H2, CO. En fonction de sa nature, cet agent de gazéification pourra également réagir avec les tars ou les gaz majoritaires. Ainsi, s’il s’agit de vapeur d’eau (H2O), une réaction de Dussan, dite de « du gaz à l’eau >> et habituellement connue sous l’acronyme « WGS >> (pour Water Gas Shift, traduit par réaction du gaz à l’eau) se produit dans le réacteur de gazéification selon l’équilibre suivant :

La pression du réacteur a peu d’effet sur cette réaction. Par contre, l’équilibre est fortement lié à la température du réacteur et aux teneurs « initiales >> des réactifs. Pour les procédés existants, le ratio H2/CO n’est jamais supérieur à 2 à l’issue de l’étape de gazéification. Ce ratio est un facteur important pour la production de biométhane lors de l’étape suivante de méthanation qui permet la production du CH4 et sur laquelle repose le procédé de production de SNG.

La réaction de WGS peut être réalisée dans un réacteur spécifique placé en amont de la méthanation. Cependant dans le cas de certains procédés en lit fluidisé, les deux réactions de méthanation et de WGS peuvent être effectuées en parallèle dans le même réacteur ; la vapeur nécessaire pour la réaction de WGS est injectée dans le réacteur en même temps que le mélange réactionnel.

La production du biométhane à partir du syngas issu de l’étape de gazéification est basée sur la réaction catalytique de méthanation du CO ou du CO2 dite « réaction de Sabatier >>. La méthanation consiste à convertir le monoxyde ou le dioxyde de carbone en présence d'hydrogène et d'un catalyseur, généralement à base de nickel, pour produire du méthane. Elle est régie par les réactions équilibrées compétitives d'hydrogénation suivantes :

AG298k = -206 kJ/g.mol

AG298k = -165 kJ/g.mol

Dans les conditions généralement utilisées pour produire du SNG à partir du syngas issu de gazéification, la réaction de méthanation du CO est très largement favorisée.

La réaction de méthanation est une réaction exothermique avec diminution du nombre de moles ; conformément au principe de Le Chatelier, la réaction est favorisée par la pression et défavorisée par la température.

La production de méthane est optimum pour un gaz de composition proche de la composition stoechiométrique, c’est à dire dont le rapport H2/CO est proche de 3. Le syngas produit par gazéification, en particulier de biomasse, est caractérisé par un rapport H2/CO plus faible, de l’ordre de 1,5 à 2. Aussi, pour maximiser la production de méthane, ce rapport doit être ajusté en produisant de l’hydrogène par réaction entre le monoxyde de carbone et de la vapeur par la réaction de WGS. A des températures inferieures à 230°C, le nickel,constituant du catalyseur ou présent dans le matériau constituant les parois du réacteur, est susceptible de réagir avec le monoxyde de carbone pour former du Tétra-carbonyle de nickel (Ni(CO)4), composé très fortement toxique. C’est pourquoi il est indispensable que toutes les parties du réacteur soient toujours à une température supérieure à 230°C.

La chaleur dégagée lors de la conversion du CO est d’environ 2,7 kWh lors de la production de 1 Nm3 de méthane. Le contrôle de la température au sein du réacteur, et donc l’élimination de la chaleur produite par la réaction, est un des points clés pour minimiser la désactivation du catalyseur, par frittage ou dépôt de carbone, et maximiser les taux de conversion en méthane.

La valorisation de la chaleur produite lors de la méthanation, soit au sein de l’unité proprement dite soit par vente de chaleur, constitue un des points clés de l’équilibre technico économique du procédé de production de SNG. La production de vapeur est un moyen classique pour obtenir cette valorisation.

Les réactions de méthanation dont la cinétique est rapide aux températures mises en oeuvre, se caractérisent par une très forte exothermicité, par exemple :

AG298k = -206 kJ/g.mol

Pour maximiser la production de CHU, et minimiser l’excès de CO, il convient que H2 et CO soient dans un rapport stoechiométrique de 3 pour 1. Même en respectant ce ratio, la réaction reste incomplète du fait des équilibres chimiques. Ce rapport est obtenu en réalisant une réaction de WGS complémentaire. Celle-ci peut être réalisée préalablement à la méthanation dans un réacteur dédié, en présence de catalyseurs spécifiques. Elle peut éventuellement être obtenue directement dans le même réacteur que la méthanation avec adaptation éventuelle du catalyseur. Dans les deux cas, cette réaction nécessite une injection de vapeur d’eau.

Parmi les technologies de réacteur de méthanation, certains mettent en oeuvre un réacteur en lit fluidisé dense, le lit étant formé par le catalyseur de la réaction de méthanation. L’élimination de la chaleur produite par la réaction est alors réalisée par des échangeurs immergés dans le lit fluidisé. Cependant, en raison de la très forte exothermicité de la réaction, les quantités de chaleurs à évacuer, et donc les surfaces d’échange requises, sont importantes. Ainsi, le volume occupé par cet échangeur conduit à un surdimensionnement global de la taille du réacteur et surtout à une complexification de sa conception.

La mise en oeuvre d’un réacteur fluidisé est une solution simple pour limiter la température de réaction. La fluidisation du catalyseur par le mélange réactionnel permet une homogénéisation quasi-parfaite des températures en tous points de la couche catalytique et le réacteur peut être assimilé à un réacteur isotherme. L’élimination de la chaleur produite par la réaction s’effectue par l’intermédiaire d’échangeurs immergés au sein de la couche fluidisée. Les coefficients d’échange thermiques entre la couche fluidisé et une paroi plongée dans le lit sont très importants (de l’ordre de 400 à 600 W/K.m2, comparables à ceux entre un liquide et une paroi) et permettent de minimiser les dimensions de l’échangeur et donc la taille globale du réacteur.

Dans la gamme de température mise en oeuvre dans les réacteurs de méthanation en lit fluidisé (température de l’ordre de 300 - 550°C), la cinétique de la réaction de méthanation est très rapide, et, par conséquent, la quantité de catalyseur requise du seul fait de la réaction chimique est faible. Aussi la taille du réacteur et la quantité de catalyseur utilisée résultent de l’encombrement de l’échangeur implanté au sein du lit fluidisé.

Du fait de l’échange thermique et du régime de fluidisation, un inconvénient majeur est imputable à cette technologie pour un fonctionnement à haute pression. En effet, la baisse du volume gazeux due à l’augmentation de pression conduit à une section disponible moins importante pour positionner l’échangeur (à puissance égale). Des solutions de l’homme du métier existent cependant pour pallier à l’ajustement de la surface effective ou au régime de fluidisation. Les solutions non-exhaustives sont par exemples : - la diminution du nombre de tube et par conséquent l’augmentation de la hauteur de couche de catalyseur avec une limite haute liée au phénomène de « slugging >> (traduit par pistonnage) avec des propriétés d’échange thermique réduites et - la modification des caractéristiques physiques du catalyseur (granulométrie, densité du support) pour conserver une fluidisation équivalente pour un débit volumique plus faible.

En terme de souplesse, et comparativement aux technologies présentées précédemment, le lit fluidisé permet par nature une flexibilité plus large en terme de débit et donc de puissance de réacteur autour des conditions de dimensionnement. A perte de charge constante (fluidisation), le débit opératoire peut facilement varier dans une gamme normalisée de 1 à 6. Néanmoins, pour permettre une telle plage opératoire tout en conservant l’efficacité de la fluidisation, une attention particulière doit être portée à la conception du distributeur. La phase de conception doit dors-et-déjà intégrer la flexibilité envisagée lors de l’exploitation. Concernant les pertes de charge, le lit fluidisé engendre 2 à 5 fois moins de pertes de charges qu’un réacteur en lit fixe (adiabatique ou isotherme) à puissance nominale équivalente. Il s’agit également ici d’un avantage considérable ayant un impact sur les coûts d’opération. Enfin, le lit fluidisé permet un chargement et un déchargement du catalyseur en fonctionnement ainsi qu’une régularité de composition du SNG produit, des transferts thermiques intensifiés,

Du point de vue réactionnel, et contrairement aux technologies à lits fixes ou aux réacteurs refroidis par les parois, la méthanation du syngas en lit fluidisé ne requiert pas de pré-WGS. Une co-injection de vapeur avec le syngas permet d’assurer les réactions de méthanation du CO et de WGS dans le même dispositif.

Les solutions actuellement proposées pour cette famille technologique ne se distinguent pas entres-elles vraiment sur l’efficacité de conversion mais principalement sur la méthodologie mise en oeuvre pour refroidir le réacteur.

Enfin, l’étape finale de mise aux spécifications a pour fonction de séparer les constituants du gaz issu de la méthanation afin d’obtenir un biométhane répondant aux spécifications d’injection sur le réseau de gaz naturel. Ainsi, cette séparation génère des sous-produits que sont H2O, CO2 et H2. Elles sont le plus souvent réalisées dans des équipements séparés avec des conditions opératoires parfois très différentes.

En sortie de réacteur de méthanation, l’eau est tout d’abord séparée du biométhane par refroidissement et condensation en passant en dessous de la température de rosée de l’eau aux conditions considérées.

Ensuite, le CO2 est extrait du gaz pour atteindre les spécifications du réseau. Les technologies permettant cette séparation sont relativement nombreuses et connues. Les principales familles technologiques sont l’absorption, physique ou chimique, l’adsorption modulée en pression, la perméation membranaire ou encore la cryogénie.

Enfin, en étape finale avant conditionnement et injection du SNG produit, il convient d’éliminer une fraction importante du H2 résiduel de la réaction de méthanation afin de répondre aux spécifications concernant tout particulièrement le PCS. La technique la plus communément utilisée pour cette séparation est la perméation membranaire qui peut présenter un niveau de complexité et des coûts, en termes d’investissement et d’opération, non négligeables avec un impact significatif sur la chaîne de valeur.

La composition du SNG brut en sortie de réacteur est intimement liée aux conditions de fonctionnement du réacteur, en termes de pression, de température, du mode de fonctionnement adiabatique ou isotherme du réacteur, qui gouvernent les équilibres chimiques des réactions ci-dessus. Ces réactions forment globalement de l’eau et une séparation de cette espèce est par conséquent requise. Concernant les autres espèces (CO, CO2 et H2), leurs teneurs respectives peuvent être modifiées en jouant d’une part sur le mode de fonctionnement du réacteur (adiabatique ou isotherme) et d’autre part sur la température ou la pression. Une pression élevée et une faible température vont ainsi permettre de réduire considérablement les teneurs de ces composes. Lorsque l’opération est réalisée en réacteur « adiabatique >>, une succession d’étapes est par ailleurs nécessaire pour atteindre une qualité de conversion équivalente au réacteur isotherme. En tout état de cause, la composition du gaz produit est généralement incompatible vis-à-vis des spécifications d’injection et des étapes d’amélioration sont nécessaires pour éliminer le CO2 et/ou le H2 résiduel. Ainsi, le mode opératoire constitue un verrou pour la simplification de la chaîne des procédés.

OBJET DE L’INVENTION

La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif de production de méthane de synthèse, qui comporte : - un réacteur de méthanation comportant : - une entrée, pour du syngas produit par gazéification de matière hydrocarbonée, reliée à une conduite d’alimentation de syngas et - une sortie pour gaz naturel de synthèse, - un moyen de séparation d’eau comportant : - une entrée pour gaz naturel de synthèse et - une sortie pour gaz naturel de synthèse déshydraté et - une dérivation d’une partie du gaz naturel de synthèse déshydraté depuis la sortie du moyen de séparation d’eau vers la conduite d’alimentation de syngas pour qu’un mélange, du syngas et du gaz naturel de synthèse dérivés, soit fourni au réacteur.

Le moyen de séparation d’eau refroidissant les gaz naturel de synthèse, la fourniture de ces produits en entrée du réacteur permet un refroidissement du syngas et permet au réacteur de ne pas nécessiter d’échangeur thermique. La conception d’un tel réacteur, notamment en termes de dimensionnement, est d’autant plus simplifiée. De plus, la fourniture du gaz naturel de synthèse déshydraté dans la conduite d’alimentation améliore l’indice de Wobbe et le PCS des produits de la réaction de méthanation par la modification favorable des équilibres réactionnels. Ainsi, le dispositif objet de la présente invention permet un dimensionnement réduit du réacteur ainsi qu’une mise aux spécifications pour le réseau gazier nécessitant peu ou aucun traitement en aval de la réaction de méthanation.

Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte un moyen de séparation de dioxyde de carbone du gaz naturel de synthèse déshydraté, ce moyen de séparation étant positionné en amont de la dérivation.

Ces modes de réalisation améliorent davantage la capacité de refroidissement et de mise aux spécifications des produits de la réaction de méthanation.

Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte : - un capteur d’une température à l’intérieur du réacteur et - un recirculateur, des produits entrés dans la dérivation, commandé en fonction de la température captée.

Ces modes de réalisation permettent de réguler le débit de produits de réaction recirculés en fonction de la température captée. Si la température captée est supérieure à une température prédéterminée, correspondant à des conditions de réaction de méthanation optimales, le débit de produits recirculés est augmenté pour refroidir le milieu réactionnel du réacteur. Inversement, si la température captée est inférieure à la température prédéterminée, le débit de produits recirculés est diminué.

Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte, en amont de l’entrée du réacteur, un moyen de préchauffage, du mélange à une température supérieure à 220°C.

Ces modes de réalisation permettent de limiter la formation de coke dans le réacteur de méthanation, le coke étant formé à une température inférieure à 230°C.

Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte une conduite d’injection de vapeur d’eau dans la conduite d’alimentation de syngas en amont du lieu de formation du mélange entre le syngas et les produits de méthanation sortis de la dérivation.

Ces modes de réalisation permettent de réaliser une réaction de WGS pour ajuster le ratio H2/CO dans le réacteur, de manière à éviter la désactivation du réacteur par dépôt de coke.

Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte une conduite de déviation, d’une partie des produits de réactions de méthanation, comportant : - une entrée positionnée entre la sortie du réacteur et le moyen de séparation d’eau et - une sortie positionnée en amont de l’entrée du réacteur.

Ces modes de réalisation permettent de maintenir le débit global dans le réacteur de méthanation constant par déviation d’une partie des produits de méthanation, chaud, en sortie du réacteur. Le maintien de ce débit procure au dispositif une flexibilité accrue en termes d’apport de syngas.

Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte : - un débitmètre du syngas en amont du lieu du mélange et - un recirculateur, des produits entrés dans la conduite de déviation, commandé en fonction du débit mesuré.

Ces modes de réalisation permettent d’assurer le maintien du débit global du flux entrant dans le réacteur de méthanation.

Dans des modes de réalisation, le moyen de séparation d’eau configuré pour refroidir les gaz naturel de synthèse à une température comprise entre 5°C et 40°C.

Ces modes de réalisation permettent une séparation accrue d’eau contenue dans les gaz naturel de synthèse.

Dans des modes de réalisation, le réacteur est configuré pour réaliser une réaction de Dussan dite « du gaz à l’eau >>.

Ces modes de réalisation permettent l’utilisation d’un réacteur unique pour réaliser la réaction de WGS et la réaction de méthanation.

Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un procédé de production de méthane de synthèse, qui comporte : - une étape de réaction de méthanation comportant : - une étape d’entrée dans un réacteur de méthanation, de syngas produit par gazéification de matière hydrocarbonée, par une conduite d’alimentation de syngas et - une étape de sortie pour gaz naturel de synthèse, - une étape de séparation d’eau comportant : - une étape d’entrée pour gaz naturel de synthèse et - une étape de sortie pour gaz naturel de synthèse déshydraté et - une étape de dérivation d’une partie du gaz naturel de synthèse déshydraté en sortie de l’étape de sortie de l’étape de séparation d’eau vers la conduite d’alimentation de syngas pour qu’un mélange, du syngas et du gaz naturel de synthèse dérivés, soit fourni au réacteur.

Les buts, avantages et caractéristiques particulières du procédé objet de la présente invention étant similaires à ceux du dispositif objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier du dispositif et du procédé de production de méthane de synthèse objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, - la figure 2 représente, schématiquement, un deuxième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, - la figure 3 représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une succession d’étapes particulière du procédé objet de la présente invention, - la figure 4 représente, sous forme d’une courbe, l’indice de Wobbe de méthane de synthèse obtenu par le dispositif et le procédé objets de la présente invention, la figure 5 représente, sous forme d’une courbe, le PCS de méthane de synthèse obtenu par le dispositif et le procédé objets de la présente invention, - la figure 6 représente, sous forme d’une courbe, l’équilibre réactionnel à l’intérieur du réacteur de méthanation lors de la mise en oeuvre du dispositif et le procédé objets de la présente invention et - la figure 7 représente, sous forme d’une courbe, l’exothermicité de la réaction de méthanation lors de la mise en oeuvre du dispositif et le procédé objets de la présente invention.

DESCRIPTION D’EXEMPLES DE REALISATION DE L’INVENTION

La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d’un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse. Par ailleurs, chaque paramètre d’un exemple de réalisation peut être mis en oeuvre indépendamment d’autres paramètres dudit exemple de réalisation.

On note dès à présent que les figures ne sont pas à l’échelle.

On observe, sur la figure 1, qui n’est pas à l’échelle, une vue schématique d’un mode de réalisation du dispositif 10 objet de la présente invention. Ce dispositif 10 de production de méthane de synthèse, comporte : - un réacteur 105 de méthanation comportant : - une entrée 110, pour du syngas produit par gazéification de matière hydrocarbonée, reliée à une conduite 115 d’alimentation de syngas et - une sortie 120 pour gaz naturel de synthèse, - un moyen 125 de séparation d’eau comportant : - une entrée 130 pour gaz naturel de synthèse et - une sortie 135 pour gaz naturel de synthèse déshydraté et - une dérivation 140 d’une partie du gaz naturel de synthèse déshydraté depuis la sortie du moyen 125 de séparation d’eau vers la conduite 115 d’alimentation de syngas pour qu’un mélange, du syngas et du gaz naturel de synthèse dérivés, soit fourni au réacteur 105.

Le réacteur 105 est, préférentiellement, un réacteur de méthanation à lit fluidisé. La fluidisation du catalyseur par le mélange réactionnel permet une homogénéisation quasi-parfaite des températures en tous points de la couche catalytique et le réacteur peut être assimilé à un réacteur isotherme. Dans des variantes, ce réacteur 105 peut être un réacteur à eau bouillante, connu de l’homme du métier sous l’abréviation « BWR >> (pour Boiling Water Reactor, traduit par réacteur à eau bouillante). Dans d’autres variantes, ce réacteur 105 peut être un réacteur à lit fixe ou à lit refroidit par les parois.

Ce réacteur 105 est configuré pour réaliser la méthanation du monoxyde de carbone et/ou du dioxyde de carbone.

Ce réacteur 105 comporte l’entrée 110 pour syngas qui est, par exemple, un orifice du réacteur 105 muni d’une connectique (non représentée) compatible avec la conduite d’alimentation 115 de syngas.

Dans des modes de réalisation préférentiels, tels que représenté en figure 1, le réacteur 105 est configuré pour réaliser une réaction de Dussan dite « du gaz à l’eau >>. Dans ces modes de réalisation, de la vapeur d’eau est injectée dans le syngas fourni au réacteur 105.

La conduite d’alimentation 115 de syngas est reliée à une unité de gazéification de matières hydrocarbonées (non représentée), telles de la biomasse ou du charbon. Le syngas comporte des éléments de H2, CO, CO2, H2O, CH4 et C2. Cette conduite d’alimentation 115 est étanche.

Dans des variantes, la conduite d’alimentation 115 reçoit du H2 en provenance d’un dispositif d’électrolyse de l’eau.

Les gaz naturel de synthèse quittent le réacteur 105 par la sortie 120 du réacteur. Cette sortie 120 est, par exemple, un orifice relié à une connectique (non représentée) permettant la fixation d’une conduite étanche de transport du gaz naturel de synthèse.

Le moyen de séparation 125 d’eau est, par exemple, un échangeur thermique pour refroidir les gaz naturel de synthèse à une température inférieure à la température de rosée de l’eau. Cette température est de préférence comprise entre 5°C et 40°C. Préférentiellement, cette températureest comprise entre 5°C et 20°C. L’eau ainsi séparée est collectée par une sortie 227 pour eau et peut être utilisée par un dispositif externe ou chauffée pour être transformée en vapeur d’eau pouvant, comme indiqué ci-dessous, être injectée dans la conduite d’alimentation 115 de syngas.

Le moyen de séparation 125 d’eau comporte l’entrée 130 pour gaz naturel de synthèse. Cette entrée 130 est, par exemple, un orifice associé à une connectique (non représentée) pour être reliée à la conduite étanche de transport du gaz naturel de synthèse issu du réacteur 105.

Le moyen de séparation 125 d’eau comporte l’entrée 135 pour gaz naturel de synthèse déshydraté. Cette entrée 135 est, par exemple, un orifice associé à une connectique (non représentée) pour être reliée à une conduite (non représentée) étanche de transport du gaz naturel de synthèse déshydraté.

La dérivation 140 est, par exemple, une conduite étanche reliée à la conduite de transport du gaz naturel de synthèse déshydraté pour capter une partie du flux traversant cette conduite de transport.

Cette dérivation 140 injecte les gaz naturel de synthèse déshydraté dans la conduite d’alimentation 115 de syngas.

De cette manière, le syngas et les gaz naturel de synthèse déshydraté, refroidis par le processus de séparation de l’eau, forment un mélange qui, dans le réacteur 105, réduit l’exothermicité de la réaction de méthanation en améliorant les spécifications du gaz naturel de synthèse issu du réacteur 105.

En particulier, le mélange réalisé permet d’éviter la séparation avale de H2 et de CO2 dans le syngas.

Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que représenté en figure 1, le dispositif 10 comporte : - un capteur 150 d’une température à l’intérieur du réacteur 105 et - un recirculateur 155, des produits entrés dans la dérivation, commandé en fonction de la température captée.

Le capteur 150 est positionné à l’intérieur ou à l’extérieur du réacteur 105. Ce capteur 150 capte la température du catalyseur formant le lit fluidisé, de l’atmosphère du réacteur 105 et/ou de la paroi du réacteur 105.

Le recirculateur 155 vise à compenser les pertes de charge successives du débit de syngas puis de gaz naturel de synthèse. Une telle perte de charge est estimée entre 200 et 800 mbar, par exemple. Le recirculateur 155 est, par exemple, un ventilateur, un sur-presseur ou un éjecteur. Dans le cas d’un éjecteur, le fluide utilisé pour réaliser le mécanisme d’éjection est, par exemple, de la vapeur d’eau issue d’une réaction de WGS ayant lieu dans le réacteur 105.

Si la température captée est supérieure à une température prédéterminée, correspondant à des conditions de réaction de méthanation optimales, le débit de produits recirculés est augmenté pour refroidir le milieu réactionnel du réacteur 105. Inversement, si la température captée est inférieure à la température prédéterminée, le débit de produits recirculés est diminué.

Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que représenté en figure 1, le dispositif 10 comporte en amont de l’entrée du réacteur 105, un moyen 160 de préchauffage, du mélange à une température supérieure à 220°C.

Le moyen de préchauffage 160 est, par exemple, un échangeur de chaleur fluide/gaz, ou électrique, configuré pour transmettre au mélange une température supérieure à 220°C. Préférentiellement, la températire du mélange est portée à 230 °C.

De plus, le dispositif 10 peut comporter, dans ces modes de réalisation, un capteur 162 de température du mélange en aval du moyen de préchauffage 160. La température du moyen de préchauffage 160 varie en fonction de la température captée et d’une température-consigne. Si la température captée est supérieure à la température-consigne, la température du moyen de préchauffage 160 est réduite. Inversement, la température du moyen de préchauffage 160 est augmentée lorsque la température captée est inférieure à la température-consigne.

Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que représenté en figure 1, le dispositif 10 comporte une conduite 165 d’injection de vapeur d’eau dans la conduite 115 d’alimentation de syngas en amont du lieu de formation du mélange entre le syngas et les produits de méthanation sortis de la dérivation 140.

La conduite d’injection 165 est, par exemple, une conduite étanche reliée à un dispositif (non représenté) de formation de vapeur d’eau. Ce dispositif de formation de vapeur d’eau chauffe, par exemple, l’eau séparée du gaz naturel de synthèse pour produire de la vapeur d’eau injectée dans le syngas. L’eau ainsi injectée permet la réalisation d’une réaction de WGS et de limiter la formation de coke dans le réacteur 105. De plus, la vapeur favorise par la réaction de WGS l’ajustement du ratio H2/CO proche des conditions optimales pour la réaction de méthanation. L’analyse de l’art antérieur a montré que la réaction de WGS pouvait être réalisée dans un réacteur dédié situé en amont du réacteur 205 ou bien au sein même de ce réacteur en parallèle aux réactions de méthanation. Afin de bénéficier des gains économiques et de la simplification du procédé, la réalisation des réactions de méthanation et de WGS est réalisée dans un dispositif unique.

Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que représenté en figure 1, le dispositif 10 comporte une conduite 170 de déviation, d’une partie des produits de réactions de méthanation, comportant : - une entrée 175 positionnée entre la sortie du réacteur 105 et le moyen 125 de séparation d’eau et - une sortie 180 positionnée en amont de l’entrée 110 du réacteur 105.

La conduite de déviation 170 est, par exemple, une conduite étanche. L’entrée 175 est, par exemple, un orifice débouchant sur l’intérieur de la conduite de transport de gaz naturel de synthèse, en amont du moyen de séparation 125 d’eau. La sortie 180 est, par exemple, un orifice d’injection du gaz naturel de synthèse dans le mélange, en aval du moyen de préchauffage 160.

Les gaz naturel de synthèse, chauds, permettent de maintenir le débit dans le réacteur 105.

Le débit du syngas de gazéification est entièrement fonction des quantités de composés hydrocarbonés disponibles. Afin de conserver la stabilité de conversion au cours de l’opération de méthanation, les conditions hydrodynamiques doivent être maintenues les plus constantes possibles. Néanmoins, si la biomasse disponible est insuffisante et par conséquent le débit de syngas est diminué, il convient de maintenir un débit global entrant dans le réacteur 105 constant ou d’opter pour une technologie très flexible. Même dans le cas du lit fluidisé capable de fonctionner dans une gamme de débits de 1 à 6, des débits trop faibles peuvent engendrer une dégradation du refroidissement et donc de la conversion. Pour pallier cette difficulté, en cas de baisse importante de débit de syngas, le flux en sortie de moyen de préchauffage 160 est complété par une recirculation chaude provenant directement de la sortie 120 du réacteur 105 par le biais de la conduite de déviation 170. Le fait d’utiliser un fluide de recirculation chaud ne provoque pas de déséquilibre thermique du réacteur 105 mais permet de rendre le dispositif 10 très flexible.

Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que représenté en figure 1, le dispositif 10 comporte : - un débitmètre 185 du syngas en amont du lieu du mélange et - un recirculateur 190, des produits entrés dans la conduite 170 de déviation, commandé en fonction du débit mesuré.

Le débitmètre 185 peut être de tout type connu de l’homme du métier qui soit adapté à mesurer le débit de gaz, tel un anémomètre, un débitmètre à effet Coriolis, un débitmètre à effet vortex ou un débitmètre électromagnétique par exemple.

Le recirculateur 190 est similaire au recirculateur 155 en termes structurels. La commande de ce recirculateur 190 est réalisée en fonction du débit mesuré par le débitmètre 185 et d’une valeur de débit-consigne 187. Si le débit mesuré est inférieur à un débit-consigne 187 prédéterminé, le recirculateur 190 est actionné de manière à combler la différence entre le débit mesuré et le débit-consigne 187 par un débit équivalent de gaz naturel de synthèse.

Dans des modes de réalisation préférentiels, le dispositif 10 comporte un moyen de séparation 145 de dioxyde de carbone du gaz naturel de synthèse déshydraté positionné en aval de la dérivation 140.

La mise en oeuvre du dispositif 10 objet de la présente invention permet d’obtenir du méthane de synthèse proche des spécifications du réseau gazier nécessitant peu d’opérations supplémentaires.

De plus, le dispositif 10 peut ainsi être mis en oeuvre pour un domaine de pression compris entre 1 bar et 100 bars et un domaine de températures compris entre 230°Cet 700°C.

On observe, sur la figure 2, qui n’est pas à l’échelle, une vue schématique d’un mode de réalisation du dispositif 20 objet de la présente invention. Ce dispositif 20 de production de méthane de synthèse est similaire au dispositif 10 décrit en regard de la figure 1. Ainsi, les références 205, 210, 215, 220, 225, 227, 230, 235, 240, 250, 255, 260, 262, 265, 270, 275, 280, 285, 287 et 290 du dispositif 20 correspondent aux références 205, 110, 115, 120, 125, 127, 130, 135, 140, 150, 155, 160, 162, 165, 170, 175, 180, 185, 187 et 190 du dispositif 10.

Le dispositif 20 comporte, de plus, un moyen de séparation 245 de dioxyde de carbone du gaz naturel de synthèse déshydraté positionné en amont de la dérivation 240. Ce moyen de séparation 245 peut être positionné en amont ou en aval du moyen de séparation 225 d’eau.

On observe, sur la figure 3, sous forme d’un logigramme d’étapes, un mode de réalisation particulier du procédé 30 objet de la présente invention. Ce procédé 30 de production de méthane de synthèse comporte : - une étape 305 de réaction de méthanation comportant : - une étape 310 d’entrée dans un réacteur de méthanation, de syngas produit par gazéification de matière hydrocarbonée, par une conduite d’alimentation de syngas et - une étape 315 de sortie pour gaz naturel de synthèse, - une étape 320 de séparation d’eau comportant : - une étape 325 d’entrée pour gaz naturel de synthèse et - une étape 330 de sortie pour gaz naturel de synthèse déshydraté et - une étape 335 de dérivation d’une partie du gaz naturel de synthèse déshydraté en sortie de l’étape de sortie de l’étape de séparation d’eau vers la conduite d’alimentation de syngas pour qu’un mélange, du syngas et du gaz naturel de synthèse dérivés, soit fourni au réacteur.

Ce procédé 30 est mis en oeuvre, par exemple, par un dispositif 10 ou 20 objet de la présente invention et décrit en regard des figures 1 ou 2.

On note que les figures 4 à 7 sont le résultat de simulations réalisées pour déterminer l’impact du dispositif et du procédé objet de la présente invention. Ces résultats sont comparés à une simulation d’un cas de recirculation sans déshydratation comme c’est par exemple le cas dans le premier étage du réacteur à eau bouillante, par exemple. L’objectif du dispositif et du procédé objets de la présente invention est également de minimiser les étapes de mise aux spécifications tout en opérant une méthanation mono-étagée à pression modérée et acceptable en terme de coûts. Pour ces mêmes raisons, le SNG est préférentiellement comprimé en fin de chaîne de production après les séparations requises pour l’injection sur le réseau. Les simulations réalisées et présentées ci-après ont été réalisées à 8 bars et une température de méthanation de 320°C.

Les figures 4 et 5 représentent respectivement l’indice de Wobbe et le PCS du SNG avant la séparation de H2 pour la configuration de référence avec recirculation du SNG humide, la recirculation du SNG déshydraté et la recirculation du SNG déshydraté et décarbonaté.

Ces résultats sont présentés en fonction du taux de recirculation qui correspond au rapport des débits volumiques aux conditions normales de pression et de température du flux recirculé et du flux de syngas. Pour la « configuration de référence >>, le flux recirculé est remplacé par un débit de SNG humide équivalent au flux traversant la conduite de déviation.

On observe, sur la figure 4, en ordonnée, l’indice de Wobbe du gaz naturel de synthèse produit par le dispositif, 10 ou 20, en fonction du taux de recirculation, en abscisse, et de la nature du gaz naturel de synthèse recirculé en entrée du réacteur, 105 ou 205, de méthanation.

On observe, notamment, que la recirculation de gaz naturel de synthèse humide 405 n’a pas d’effet sur l’indice de Wobbe du gaz naturel de synthèse produit par le dispositif.

On observe, de plus, que la recirculation de gaz naturel de synthèse déshydraté 410 améliore l’indice de Wobbe du gaz naturel de synthèse produit par le dispositif.

On observe, enfin, que la recirculation de gaz naturel de synthèse déshydraté et décarbonaté 415 améliore d’avantage l’indice de Wobbe du gaz naturel de synthèse produit par le dispositif, et ce même avec un taux de recirculation inférieur à deux.

On observe, sur la figure 5, en ordonnée, le PCS du gaz naturel de synthèse produit par le dispositif, 10 ou 20, en fonction du taux de recirculation, en abscisse, et de la nature du gaz naturel de synthèse recirculé en entrée du réacteur, 105 ou 205, de méthanation.

On observe, notamment, que la recirculation de gaz naturel de synthèse humide 505 n’a pas d’effet sur le PCS du gaz naturel de synthèse produit par le dispositif.

On observe, de plus, que la recirculation de gaz naturel de synthèse déshydraté 510 améliore le PCS du gaz naturel de synthèse produit par le dispositif.

On observe, enfin, que la recirculation de gaz naturel de synthèse déshydraté et décarbonaté 515 améliore d’avantage le PCS du gaz naturel de synthèse produit par le dispositif, et ce même avec un taux de recirculation inférieur à deux. D’après les résultats obtenus en terme d’indice de Wobbe et de PCS, le taux de recirculation du gaz humide, c’est à dire la configuration de référence, n’a aucune incidence sur la qualité du gaz et montre que la séparation du H2 est indispensable pour atteindre les spécifications d’injection. La recirculation après déshydratation simple ou avec décarbonatation conduit à une augmentation plus ou moins importante de l’indice de Wobbe et du PCS. Ces améliorations pourraient être interprétées comme étant le résultat d’une simple dilution mais la figure 6 met en exergue une réelle amélioration des équilibres réactionnels avec une baisse drastique du flux molaire de H2 en sortie de dispositif 10 ou 20.

On observe, sur la figure 6, en ordonnée, le flux molaire de H2 en sortie du dispositif, 10 ou 20, en fonction du taux de recirculation, en abscisse, et de la nature du gaz naturel de synthèse recirculé en entrée du réacteur, 105 ou 205, de méthanation.

On observe, notamment, que la recirculation de gaz naturel de synthèse humide 605 n’a pas d’effet sur le flux molaire de H2 en sortie du dispositif.

On observe, de plus, que la recirculation de gaz naturel de synthèse déshydraté 610 provoque une réduction du flux molaire de H2 en sortie du dispositif.

On observe, enfin, que la recirculation de gaz naturel de synthèse déshydraté et décarbonaté 615 provoque également une réduction du flux molaire de H2 en sortie du dispositif.

Malgré la dilution par recirculation, le ratio CO/H2O est conservé en entrée de réacteur. Ainsi, le risque lié à une désactivation du catalyseur de méthanation par cokage reste relativement faible. Entre les deux dispositifs, 10 et 20, la décarbonatation en amont de la recirculation du gaz naturel de synthèse paraît d’avantage efficace en termes de réduction molaire du H2. Ainsi, pour respecter les critères d’injectabilité, un débit de recirculation 4 à 8 fois plus important est requis en déshydratation simple comparativement à la solution avec décarbonatation. Pour les conditions opératoires retenues pour la simulation, et lorsque seule la déshydratation est mise en oeuvre avant la recirculation, le taux minimum de recirculation nécessaire pour éviter la séparation de H2 est estimé à 1,6. Lorsque la déshydratation est complétée par une étape de décarbonatation, le taux requis est de l’ordre de 0,2. Ces taux respectifs permettent effectivement de répondre aux contraintes liées à l’injection mais requiert toutefois un système interne de refroidissement du réacteur pour conserver l’isothermicité et ne peuvent dans ce cas pas s’appliquer aux technologies lits fixes non refroidies. Pour ce qui concerne les réacteurs échangeurs, le réacteur à eau bouillante ou à lit fluidisé, cette nouveauté, dans ces conditions d’exploitation, permet de réduire la surface d’échangeur de respectivement 10 % et 25 %.

La figure 7 permet de visualiser l’évolution de l’exothermicité normalisée du réacteur, c’est à dire la chaleur à évacuer par rapport à un cas sans recirculation, en fonction du taux de recirculation pour la configuration de référence et les deux dispositifs, 10 et 20, décrits ci-dessus.

On observe, sur la figure 7, en ordonnée, l’exothermicité de la réaction de méthanation du dispositif, 10 ou 20, en fonction du taux de recirculation, en abscisse, et de la nature du gaz naturel de synthèse recirculé en entrée du réacteur, 105 ou 205, de méthanation.

On observe, notamment, que la recirculation de gaz naturel de synthèse humide 705 réduit l’exothermicité de la réaction de méthanation.

On observe, de plus, que la recirculation de gaz naturel de synthèse déshydraté 710 réduit également l’exothermicité de la réaction de méthanation.

On observe, enfin, que la recirculation de gaz naturel de synthèse déshydraté et décarbonaté 715 réduit également l’exothermicité de la réaction de méthanation.

Il apparaît que l’augmentation du taux de recirculation entraîne une baisse linéaire de l’exothermicité du réacteur. Ici, le SNG recirculé joue le rôle de volant thermique qui est plus marqué en présence de H2O du fait d’une capacité calorique plus importante. La condition d’idéalité thermique des dispositifs 10 et 20 est atteinte pour un taux de recirculation de l’ordre de 6,4 pour un fonctionnement à 8 bars et une température de méthanation de 320°C. Ce niveau de recirculation permet de s’affranchir de l’échangeur interne du réacteur et de la séparation de H2 de mise aux spécifications. Au-delà, le réacteur est allothermique et nécessite donc un appoint de chaleur pour entretenir les réactions.

Les fractions molaires des espèces H2, CO2, CO et CH4 en fonction du taux de recirculation pour les différentes configurations simulées évoluent dans le sens de l’amélioration de la qualité du SNG. Toutefois, la fraction molaire de CO augmente drastiquement avec le dispositif 10 de recirculation du SNG déshydraté. Pour les conditions opératoires considérées, la valeur seuil est dépassée mais une optimisation du système par ajustement de la vapeur de WGS, de la pression et de la température de réaction permettent d’atteindre des teneurs plus acceptables. Dans ce cas, la déshydratation simple conduit à sur-concentrer la teneur en CO2 en entrée de réacteur et déplace l’équilibre de la réaction WGS vers la production de CO et la consommation de H2. Pour le dispositif 20, l’extraction de CO2 intégrée dans la boucle de recirculation permet de favoriser la réaction de WGS vers la production de H2 qui est ensuite converti en Chk

TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

The present invention relates to a device and a method for producing synthetic methane. It applies, in particular, to the production of synthetic natural gas.

STATE OF THE ART

The production of biomethane, belonging to the "SNG" (Synthesis Natural Gas, translated by Natural Gas Synthesis) can be achieved by thermochemical conversion of biomass. This conversion is carried out by a process consisting of three main stages that are: - the gasification of biomass to produce syngas (synthesis gas) composed essentially of H2, CO, CO2 and CH4, - the catalytic methanation which consists in converting H2 and CO at CH4 and - the specification that aims to eliminate water, residual H2, and CO2 in order to produce a synthetic natural gas closest to the injection specifications on the natural gas network .

By specification is meant, in particular: - higher heating value, abbreviated "PCS", - Wobbe index, and - maximum content of H2 and CO2.

The gasification of the biomass is carried out in a reactor in which the biomass undergoes different reaction stages.

The first step corresponds to a thermal degradation of the biomass which undergoes successively a drying then a devolatilization of the organic matter to produce: - a carbon residue, called "char", - a synthesis gas, such as H2, CO, CO2 and CH4 and - condensable compounds contained in the syngas, such as tars or tars).

The carbonaceous residue can then be oxidized by a gasifying agent, such as water vapor, air, or oxygen, to produce H2, CO. Depending on its nature, this gasification agent may also react with tars or major gases. Thus, if it is water vapor (H2O), a reaction of Dussan, called "from gas to water" and usually known by the acronym "WGS" (for Water Gas Shift, translated by reaction of the gas with water) occurs in the gasification reactor according to the following equilibrium:

The reactor pressure has little effect on this reaction. On the other hand, the equilibrium is strongly related to the temperature of the reactor and to the "initial" contents of the reagents. For existing processes, the H2 / CO ratio is never greater than 2 at the end of the gasification step. This ratio is an important factor for the production of biomethane during the next methanation stage that allows the production of CH4 and on which the SNG production process is based.

The WGS reaction can be carried out in a specific reactor placed upstream of the methanation. However, in the case of certain fluidized bed processes, the two methanation and WGS reactions can be carried out in parallel in the same reactor; the steam required for the WGS reaction is injected into the reactor together with the reaction mixture.

The production of biomethane from the syngas resulting from the gasification stage is based on the catalytic methanation reaction of CO or CO2, known as the "Sabatier reaction". Methanation involves converting carbon monoxide or carbon dioxide in the presence of hydrogen and a catalyst, usually nickel-based, to produce methane. It is governed by the following competitive equilibrium hydrogenation reactions:

AG298k = -206 kJ / g.mol

AG298k = -165 kJ / g.mol

Under the conditions generally used to produce SNG from gasification syngas, the methanation reaction of CO is very largely favored.

The methanation reaction is an exothermic reaction with a decrease in the number of moles; according to the Le Chatelier principle, the reaction is favored by pressure and disadvantaged by temperature.

The production of methane is optimum for a composition gas close to the stoichiometric composition, that is to say whose H2 / CO ratio is close to 3. The syngas produced by gasification, in particular of biomass, is characterized by an H2 ratio. / CO weaker, of the order of 1.5 to 2. Also, to maximize the production of methane, this ratio must be adjusted by producing hydrogen by reaction between carbon monoxide and steam by the reaction from WGS. At temperatures below 230 ° C, the nickel component of the catalyst or present in the reactor wall material is capable of reacting with carbon monoxide to form nickel tetracycarbon (Ni (CO) 4) , very highly toxic compound. Therefore, it is essential that all parts of the reactor are always at a temperature above 230 ° C.

The heat generated during the CO conversion is about 2.7 kWh when producing 1 Nm3 of methane. Controlling the temperature in the reactor, and thus eliminating the heat produced by the reaction, is one of the key points in minimizing catalyst deactivation, by sintering or carbon deposition, and maximizing methane conversion rates. .

The valorization of the heat produced during the methanation, either within the unit itself or by heat sales, is one of the key points of the technical and economic equilibrium of the SNG production process. Steam production is a classic way to obtain this valuation.

The methanation reactions whose kinetics are rapid at the temperatures used, are characterized by a very strong exothermicity, for example:

AG298k = -206 kJ / g.mol

To maximize the production of UHC, and minimize the excess of CO, H2 and CO should be in a stoichiometric ratio of 3 to 1. Even with this ratio, the reaction remains incomplete due to chemical equilibrium. This ratio is obtained by performing a complementary WGS reaction. This can be carried out prior to methanation in a dedicated reactor, in the presence of specific catalysts. It can optionally be obtained directly in the same reactor as methanation with possible adaptation of the catalyst. In both cases, this reaction requires an injection of steam.

Among the methanation reactor technologies, some employ a dense fluidized bed reactor, the bed being formed by the catalyst of the methanation reaction. The removal of the heat produced by the reaction is then carried out by exchangers immersed in the fluidized bed. However, because of the very high exothermicity of the reaction, the quantities of heat to be evacuated, and therefore the required exchange surfaces, are important. Thus, the volume occupied by this exchanger leads to an overall oversizing of the reactor size and especially to a complexity of its design.

The implementation of a fluidized reactor is a simple solution to limit the reaction temperature. The fluidization of the catalyst by the reaction mixture allows an almost perfect homogenization of the temperatures in all points of the catalytic layer and the reactor can be likened to an isothermal reactor. The heat produced by the reaction is removed by means of exchangers immersed in the fluidized bed. The heat exchange coefficients between the fluidized layer and a wall immersed in the bed are very important (of the order of 400 to 600 W / K.m2, comparable to those between a liquid and a wall) and make it possible to minimize the dimensions of the exchanger and therefore the overall size of the reactor.

In the temperature range used in the fluidized bed methanation reactors (temperature of the order of 300 - 550 ° C.), the kinetics of the methanation reaction is very fast, and consequently the amount of catalyst required by the mere fact of the chemical reaction is weak. Also the size of the reactor and the amount of catalyst used result from the bulk of the exchanger implanted within the fluidized bed.

Because of the heat exchange and the fluidization regime, a major disadvantage is attributable to this technology for high pressure operation. Indeed, the decrease in the gaseous volume due to the increase in pressure leads to a smaller available section for positioning the exchanger (at equal power). Solutions of the skilled person exist, however, to overcome the adjustment of the effective surface or the fluidization regime. Non-exhaustive solutions are, for example: the reduction in the number of tubes and consequently the increase in the catalyst layer height with a high limit linked to the phenomenon of "slugging" with properties of reduced heat exchange and - modification of the physical characteristics of the catalyst (particle size, density of the support) to maintain an equivalent fluidization for a lower volume flow.

In terms of flexibility, and compared to the technologies presented above, the fluidized bed by nature allows a greater flexibility in terms of flow rate and therefore reactor power around the design conditions. At constant pressure drop (fluidization), the operating flow can easily vary within a normalized range from 1 to 6. Nevertheless, to allow such a range of operation while maintaining fluidization efficiency, particular attention must be paid to the distributor design. The design phase must already incorporate the flexibility envisaged during operation. With regard to pressure losses, the fluidized bed generates 2 to 5 times less pressure losses than a fixed bed reactor (adiabatic or isothermal) with equivalent rated power. This is also a significant advantage with an impact on operating costs. Finally, the fluidized bed allows loading and unloading of the catalyst in operation as well as regularity of composition of the SNG produced, intensified heat transfer,

From the reaction point of view, unlike fixed-bed or wall-cooled reactor technologies, methanation of fluidized-bed syngas does not require pre-WGS. A co-injection of steam with the syngas makes it possible to ensure the methanation reactions of CO and WGS in the same device.

The solutions currently proposed for this technological family are not distinguished between them really on the conversion efficiency but mainly on the methodology used to cool the reactor.

Finally, the final step of specification is to separate the constituents of the gas from the methanation to obtain a biomethane meeting the injection specifications on the natural gas network. Thus, this separation generates by-products that are H2O, CO2 and H2. They are most often performed in separate equipment with sometimes very different operating conditions.

At the outlet of the methanation reactor, the water is first separated from the biomethane by cooling and condensation passing below the dew point temperature of the water under the conditions considered.

Then, the CO2 is extracted from the gas to reach the specifications of the network. The technologies allowing this separation are relatively numerous and known. The main technological families are the absorption, physical or chemical, adsorption modulated in pressure, membrane permeation or cryogenics.

Finally, in the final stage before conditioning and injection of the produced SNG, it is necessary to eliminate a significant fraction of the residual H2 of the methanation reaction in order to meet the specifications relating in particular to the PCS. The most commonly used technique for this separation is membrane permeation, which can present a level of complexity and costs, in terms of investment and operation, which are not negligible with a significant impact on the value chain.

The composition of the crude SNG at the outlet of the reactor is intimately related to the operating conditions of the reactor, in terms of pressure, temperature, the adiabatic or isothermal mode of operation of the reactor, which govern the chemical equilibrium of the above reactions. These reactions generally form water and a separation of this species is therefore required. Concerning the other species (CO, CO2 and H2), their respective contents can be modified by playing on the one hand on the mode of operation of the reactor (adiabatic or isothermal) and on the other hand on the temperature or the pressure. High pressure and low temperature will thus allow to considerably reduce the contents of these compounds. When the operation is carried out in "adiabatic" reactor, a succession of steps is also necessary to achieve a conversion quality equivalent to the isothermal reactor. In any case, the composition of the product gas is generally incompatible with respect to the injection specifications and improvement steps are necessary to remove residual CO 2 and / or H 2. Thus, the procedure constitutes a lock for the simplification of the process chain.

OBJECT OF THE INVENTION

The present invention aims to remedy all or part of these disadvantages. For this purpose, according to a first aspect, the present invention is directed to a device for producing synthetic methane, which comprises: a methanation reactor comprising: an inlet, for syngas produced by gasification of hydrocarbon material, connected to a pipe syngas feedstock and - an output for synthetic natural gas, - a water separation means comprising: - an inlet for synthetic natural gas and - an outlet for dehydrated synthetic natural gas and - a bypass of a part of the dehydrated synthetic natural gas from the outlet of the water separation means to the syngas feed line for a mixture, syngas and synthetic syngas derived thereto, to be supplied to the reactor.

The means for separating water cooling the natural synthesis gas, the supply of these products at the inlet of the reactor allows cooling of the syngas and allows the reactor not to require a heat exchanger. The design of such a reactor, particularly in terms of dimensioning, is all the more simplified. In addition, the supply of the dehydrated synthetic natural gas in the supply line improves the Wobbe index and the PCS of the products of the methanation reaction by the favorable modification of the reaction equilibria. Thus, the device object of the present invention allows a reduced dimensioning of the reactor as well as a specification for the gas network requiring little or no treatment downstream of the methanation reaction.

In embodiments, the device which is the subject of the present invention comprises means for separating carbon dioxide from the dehydrated synthetic natural gas, this separation means being positioned upstream of the bypass.

These embodiments further improve the cooling capacity and specification of the products of the methanation reaction.

In embodiments, the device that is the subject of the present invention comprises: a sensor of a temperature inside the reactor and a recirculator, products entered in the bypass, controlled as a function of the temperature sensed.

These embodiments make it possible to regulate the flow rate of recirculated reaction products as a function of the temperature sensed. If the sensed temperature is above a predetermined temperature, corresponding to optimal methanation reaction conditions, the flow of recirculated products is increased to cool the reaction medium of the reactor. Conversely, if the sensed temperature is below the predetermined temperature, the rate of recirculated products is decreased.

In embodiments, the device of the present invention comprises, upstream of the inlet of the reactor, a preheating means of the mixture at a temperature greater than 220 ° C.

These embodiments make it possible to limit the formation of coke in the methanation reactor, the coke being formed at a temperature below 230 ° C.

In embodiments, the device that is the subject of the present invention comprises a pipe for injecting water vapor into the syngas supply pipe upstream of the site where the mixture between the syngas and the methanation products issued from the derivation.

These embodiments make it possible to carry out a WGS reaction to adjust the H2 / CO ratio in the reactor, so as to avoid deactivation of the reactor by coke deposition.

In embodiments, the device which is the subject of the present invention comprises a deflection line, a part of the methanation reaction products, comprising: an inlet positioned between the outlet of the reactor and the means for separating water and an outlet positioned upstream of the reactor inlet.

These embodiments make it possible to maintain the overall flow rate in the constant methanation reactor by deflecting a portion of the methanation products, hot, at the outlet of the reactor. Maintaining this rate provides the device with increased flexibility in terms of syngas input.

In embodiments, the device which is the subject of the present invention comprises: a flowmeter of the syngas upstream of the place of mixing and a recirculator of products entered in the deflection duct, controlled according to the measured flow rate.

These embodiments make it possible to maintain the overall flow rate of the flow entering the methanation reactor.

In embodiments, the water separation means configured to cool the synthetic natural gas at a temperature of between 5 ° C and 40 ° C.

These embodiments allow an increased separation of water contained in the synthetic natural gas.

In embodiments, the reactor is configured to perform a Dussan reaction called "gas to water".

These embodiments allow the use of a single reactor to perform the WGS reaction and the methanation reaction.

According to a second aspect, the present invention relates to a process for producing synthetic methane, which comprises: a methanation reaction step comprising: a step of entry into a methanation reactor, of syngas produced by gasification of hydrocarbon material by a syngas supply line and - an output step for synthesis natural gas - a water separation stage comprising: - an input stage for synthesis natural gas and - an output stage for gas natural dehydrated synthesis and - a step of derivation of a portion of the dehydrated synthetic natural gas leaving the exit step of the water separation step to the syngas feed pipe so that a mixture , synthesized syngas and synthetic natural gas, is supplied to the reactor.

Since the aims, advantages and particular characteristics of the method which are the subject of the present invention being similar to those of the device which is the subject of the present invention, they are not recalled here.

BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES Other advantages, aims and particular characteristics of the invention will emerge from the following nonlimiting description of at least one particular embodiment of the device and the process for producing synthetic methane which are the subject of the present invention. with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 schematically represents a first particular embodiment of the device which is the subject of the present invention, FIG. 2 schematically represents a second particular embodiment of the device which is the subject of the invention. FIG. 3 represents, schematically and in the form of a logic diagram, a particular sequence of steps of the method which is the subject of the present invention; FIG. 4 represents, in the form of a curve, the index of Synthetic methane wobbe obtained by the device and method of the present invention, FIG. a curve, the PCS of synthetic methane obtained by the device and the method which are the subject of the present invention; FIG. 6 represents, in the form of a curve, the reaction equilibrium inside the methanation reactor at the time of the implementation of the device and the method which are the subject of the present invention and FIG. 7 represents, in the form of a curve, the exothermicity of the methanation reaction during the implementation of the device and the method which is the subject of the invention. present invention.

DESCRIPTION OF EXAMPLES OF EMBODIMENT OF THE INVENTION

This description is given in a nonlimiting manner, each feature of an embodiment being able to be combined with any other feature of any other embodiment in an advantageous manner. Moreover, each parameter of an exemplary embodiment can be implemented independently of other parameters of said exemplary embodiment.

It is already noted that the figures are not to scale.

FIG. 1, which is not to scale, shows a schematic view of an embodiment of the device 10 which is the subject of the present invention. This device 10 for producing synthetic methane comprises: a methanation reactor 105 comprising: an inlet 110 for syngas produced by gasification of hydrocarbon material, connected to a syngas supply pipe 115 and an outlet 120 for synthetic natural gas, a means 125 for separating water comprising: - an inlet 130 for synthetic natural gas and - an outlet 135 for dehydrated synthetic natural gas and - a bypass 140 of a part of the natural gas of dehydrated synthesis from the outlet of the water separation means 125 to the syngas feed line 115 for a syngas and synthetic syngas-derived mixture to be supplied to the reactor 105.

The reactor 105 is, preferably, a fluidized bed methanation reactor. The fluidization of the catalyst by the reaction mixture allows an almost perfect homogenization of the temperatures in all points of the catalytic layer and the reactor can be likened to an isothermal reactor. In variants, this reactor 105 may be a boiling water reactor, known to those skilled in the art under the abbreviation "BWR" (Boiling Water Reactor, translated by boiling water reactor). In other embodiments, this reactor 105 may be a fixed bed reactor or a bed cooled by the walls.

This reactor 105 is configured to perform the methanation of carbon monoxide and / or carbon dioxide.

This reactor 105 comprises the input 110 for syngas which is, for example, an orifice of the reactor 105 provided with a connector (not shown) compatible with the supply line 115 of syngas.

In preferred embodiments, as shown in Figure 1, the reactor 105 is configured to perform a Dussan reaction called "gas to water". In these embodiments, water vapor is injected into the syngas supplied to the reactor 105.

The syngas feed line 115 is connected to a gasification unit for hydrocarbon materials (not shown), such as biomass or coal. The syngas has elements of H2, CO, CO2, H2O, CH4 and C2. This supply line 115 is sealed.

In variants, the supply line 115 receives H2 from a water electrolysis device.

The synthetic natural gas leaves the reactor 105 through the outlet 120 of the reactor. This output 120 is, for example, an orifice connected to a connector (not shown) for fixing a sealed pipe for transporting synthetic natural gas.

The water separating means 125 is, for example, a heat exchanger for cooling the synthetic natural gas to a temperature below the dew point temperature of the water. This temperature is preferably between 5 ° C and 40 ° C. Preferably, this temperature is between 5 ° C and 20 ° C. The water thus separated is collected by an outlet 227 for water and can be used by an external device or heated to be transformed into water vapor which, as indicated below, to be injected into the supply line 115 of syngas .

The water separating means 125 comprises the inlet 130 for synthetic natural gas. This inlet 130 is, for example, an orifice associated with a connector (not shown) to be connected to the sealed conduit for transporting the synthetic natural gas from the reactor 105.

The water separating means 125 comprises the inlet 135 for dehydrated synthetic natural gas. This input 135 is, for example, a port associated with a connector (not shown) to be connected to a sealed conduit (not shown) for transporting dehydrated synthetic natural gas.

The bypass 140 is, for example, a sealed pipe connected to the dehydrated synthetic natural gas transport pipe for capturing part of the flow passing through this transport pipe.

This bypass 140 injects the dehydrated synthesis natural gas into the syngas feed line 115.

In this way, syngas and dehydrated synthetic natural gas, cooled by the water separation process, form a mixture which, in reactor 105, reduces the exothermicity of the methanation reaction by improving gas specifications. natural synthesis from the reactor 105.

In particular, the mixture produced avoids the downstream separation of H2 and CO2 in the syngas.

In preferred embodiments, as represented in FIG. 1, the device 10 comprises: a sensor 150 of a temperature inside the reactor 105 and a recirculator 155, products entered in the bypass, controlled according to of the temperature sensed.

The sensor 150 is positioned inside or outside the reactor 105. This sensor 150 captures the temperature of the catalyst forming the fluidized bed, the reactor atmosphere 105 and / or the reactor wall 105.

The recirculator 155 is designed to compensate for the successive pressure losses of the flow of syngas and synthetic natural gas. Such a pressure drop is estimated between 200 and 800 mbar, for example. The recirculator 155 is, for example, a fan, a presser or an ejector. In the case of an ejector, the fluid used to produce the ejection mechanism is, for example, water vapor resulting from a WGS reaction occurring in the reactor 105.

If the sensed temperature is greater than a predetermined temperature, corresponding to optimal methanation reaction conditions, the recirculated product flow is increased to cool the reaction medium of the reactor 105. Conversely, if the sensed temperature is below the predetermined temperature, the flow rate of recirculated products is decreased.

In preferred embodiments, as shown in Figure 1, the device 10 comprises upstream of the inlet of the reactor 105, a means 160 for preheating the mixture at a temperature above 220 ° C.

The preheating means 160 is, for example, a fluid / gas heat exchanger, or electric, configured to transmit to the mixture a temperature greater than 220 ° C. Preferably, the temperature of the mixture is raised to 230 ° C.

In addition, the device 10 may comprise, in these embodiments, a temperature sensor 162 of the mixture downstream of the preheating means 160. The temperature of the preheating means 160 varies as a function of the sensed temperature and a temperature of setpoint. If the sensed temperature is higher than the set temperature, the temperature of the preheating means 160 is reduced. Conversely, the temperature of the preheating means 160 is increased when the sensed temperature is below the set temperature.

In preferred embodiments, as shown in FIG. 1, the device 10 comprises a water vapor injection conduit 165 in the syngas supply pipe 115 upstream of the site where the mixture between the syngas and the products of methanation released from the bypass 140.

The injection line 165 is, for example, a sealed line connected to a device (not shown) for forming water vapor. This steam-forming device heats, for example, water separated from the synthetic natural gas to produce water vapor injected into the syngas. The water thus injected makes it possible to carry out a WGS reaction and to limit the formation of coke in the reactor 105. In addition, the steam promotes, by the WGS reaction, the adjustment of the H2 / CO ratio close to the optimum conditions for the methanation reaction. The analysis of the prior art has shown that the WGS reaction can be carried out in a dedicated reactor located upstream of the reactor 205 or even within this reactor in parallel with the methanation reactions. In order to benefit from the economic gains and the simplification of the process, the methanation and WGS reactions are carried out in a single device.

In preferred embodiments, as shown in FIG. 1, the device 10 comprises a diversion duct 170, a portion of the methanation reaction products, comprising: an inlet 175 positioned between the outlet of the reactor 105 and the means 125 for separating water and an outlet 180 positioned upstream of the inlet 110 of the reactor 105.

The deflection conduit 170 is, for example, a sealed conduit. The inlet 175 is, for example, an orifice opening on the inside of the synthetic natural gas transport pipe, upstream of the water separating means 125. The outlet 180 is, for example, an injection orifice of the synthetic natural gas into the mixture, downstream of the preheating means 160.

The synthetic natural gases, hot, allow to maintain the flow in the reactor 105.

The flow rate of the gasification syngas is entirely a function of the quantities of hydrocarbon compounds available. In order to maintain the conversion stability during the methanation operation, the hydrodynamic conditions must be kept as constant as possible. Nevertheless, if the available biomass is insufficient and consequently the flow of syngas is decreased, it is necessary to maintain a constant overall flow rate into the reactor 105 or to opt for a very flexible technology. Even in the case of the fluidized bed capable of operating in a range of flow rates from 1 to 6, too low flow rates can cause degradation of the cooling and therefore of the conversion. To overcome this difficulty, in the event of a significant drop in syngas flow rate, the flow at the outlet of the preheating means 160 is supplemented by a hot recirculation coming directly from the outlet 120 of the reactor 105 via the deflection line 170. The fact of using a hot recirculation fluid does not cause thermal imbalance of the reactor 105 but makes the device 10 very flexible.

In preferred embodiments, as represented in FIG. 1, the device 10 comprises: a flowmeter 185 of the syngas upstream of the mixing location and a recirculator 190, products entered in the deflection duct 170, controlled according to the measured flow.

The flow meter 185 may be of any type known to those skilled in the art that is suitable for measuring the flow of gas, such as an anemometer, a Coriolis flowmeter, a vortex flowmeter or an electromagnetic flowmeter, for example.

The recirculator 190 is similar to the recirculator 155 in structural terms. The control of this recirculator 190 is carried out as a function of the flow rate measured by the flow meter 185 and a set flow rate value 187. If the measured flow rate is lower than a predetermined set flow 187, the recirculator 190 is actuated in such a way that fill the difference between the measured flow rate and the set flow 187 by an equivalent flow of synthetic natural gas.

In preferred embodiments, the device 10 comprises means 145 for separating carbon dioxide from the dehydrated synthetic natural gas positioned downstream of the bypass 140.

The implementation of the device 10 object of the present invention makes it possible to obtain synthetic methane close to the specifications of the gas network requiring few additional operations.

In addition, the device 10 can thus be used for a pressure range of between 1 bar and 100 bar and a temperature range between 230 ° C. and 700 ° C.

FIG. 2, which is not to scale, shows a schematic view of one embodiment of the device 20 of the present invention. This device 20 for producing synthetic methane is similar to the device 10 described with reference to FIG. 1. Thus, the references 205, 210, 215, 220, 225, 227, 230, 235, 240, 250, 255, 260, 262, 265, 270, 275, 280, 285, 287 and 290 of the device 20 correspond to references 205, 110, 115, 120, 125, 127, 130, 135, 140, 150, 155, 160, 162, 165, 170 , 175, 180, 185, 187 and 190 of the device 10.

The device 20 further comprises a carbon dioxide separation means 245 of dehydrated synthetic natural gas positioned upstream of the bypass 240. This separation means 245 may be positioned upstream or downstream of the separation means 225. 'water.

FIG. 3 shows, in the form of a logic diagram of steps, a particular embodiment of the method that is the subject of the present invention. This process for the production of synthetic methane comprises: a methanation reaction step 305 comprising: a step 310 of entry into a methanation reactor, of syngas produced by gasification of hydrocarbon material, via a feed pipe of syngas and - an exit step 315 for synthetic natural gas, - a water separation step 320 comprising: - an entry step 325 for synthetic natural gas and - an exit step 330 for dehydrated synthetic natural gas and a step 335 of bypassing a portion of the dehydrated synthesis natural gas leaving the exit step of the water separation step to the syngas feed line so that a mixture of the syngas and derived synthetic natural gas is supplied to the reactor.

This method is carried out, for example, by a device 10 or object of the present invention and described with reference to FIGS. 1 or 2.

It should be noted that FIGS. 4 to 7 are the result of simulations carried out to determine the impact of the device and method that is the subject of the present invention. These results are compared with a simulation of a recirculation case without dehydration, as is the case for example in the first stage of the boiling water reactor, for example. The purpose of the device and method that are the subject of the present invention is also to minimize the steps of setting the specifications while operating a mono-stage methanation at moderate pressure and acceptable in terms of costs. For these same reasons, the SNG is preferentially compressed at the end of the production line after the separations required for the injection on the network. The simulations carried out and presented below were carried out at 8 bar and a methanation temperature of 320 ° C.

FIGS. 4 and 5 respectively represent the Wobbe index and the SNG PCS before the H2 separation for the wet SNG recirculation reference configuration, the dehydrated SNG recirculation and the dehydrated and decarbonated SNG recirculation.

These results are presented as a function of the recirculation rate, which corresponds to the ratio of the flow rates to the normal pressure and temperature conditions of the recirculated flow and the flow of syngas. For the "reference configuration", the recirculated flow is replaced by a wet SNG flow equivalent to the flow passing through the deflection pipe.

FIG. 4 shows, on the ordinate, the Wobbe index of the synthetic natural gas produced by the device, 10 or 20, as a function of the recirculation rate, on the abscissa, and the nature of the recirculated synthetic natural gas. at the reactor inlet, 105 or 205, methanation.

It is observed, in particular, that recirculation of wet synthetic natural gas 405 has no effect on the Wobbe index of the synthetic natural gas produced by the device.

It is further observed that recirculation of dehydrated synthetic natural gas 410 improves the Wobbe index of the synthetic natural gas produced by the device.

It is observed, finally, that the recirculation of dehydrated and decarbonated synthetic natural gas 415 further improves the Wobbe index of the synthetic natural gas produced by the device, even with a recirculation rate of less than two.

FIG. 5 shows, on the ordinate, the PCS of the synthetic natural gas produced by the device, 10 or 20, as a function of the recirculation rate, on the abscissa, and on the nature of the recirculated synthetic natural gas at the inlet of the reactor, 105 or 205, methanation.

It is observed, in particular, that recirculation of wet synthetic natural gas 505 has no effect on the PCS of the synthetic natural gas produced by the device.

It is further observed that recirculation of dehydrated synthesis natural gas 510 improves the PCS of the synthetic natural gas produced by the device.

Finally, it can be observed that the recirculation of dehydrated and decarbonated synthetic natural gas 515 further improves the PCS of the synthetic natural gas produced by the device, even with a recirculation rate of less than two. According to the results obtained in terms of Wobbe index and PCS, the recirculation rate of the wet gas, ie the reference configuration, has no impact on the quality of the gas and shows that the separation H2 is essential to achieve injection specifications. Recirculation after simple dehydration or with decarbonation leads to a more or less significant increase in the Wobbe index and the PCS. These improvements could be interpreted as being the result of a simple dilution but Figure 6 highlights a real improvement in reaction equilibrium with a drastic drop in the molar flow of H2 at the device output 10 or 20.

FIG. 6 shows, on the ordinate, the molar flow of H2 at the outlet of the device, 10 or 20, as a function of the recirculation rate, on the abscissa, and on the nature of the recirculated synthesis natural gas at the inlet of the reactor, 105 or 205, of methanation.

It is observed, in particular, that recirculation of wet synthetic natural gas 605 has no effect on the molar flow of H2 at the outlet of the device.

It is observed, moreover, that the recirculation of dehydrated synthetic natural gas 610 causes a reduction in the molar flow of H2 at the outlet of the device.

It is observed, finally, that the recirculation of dehydrated and decarbonated synthetic natural gas 615 also causes a reduction in the molar flow of H2 at the outlet of the device.

Despite dilution by recirculation, the CO / H2O ratio is retained at the reactor inlet. Thus, the risk of deactivation of the coking methanation catalyst remains relatively low. Between the two devices, 10 and 20, the decarbonation upstream of recirculation of the synthetic natural gas seems more effective in terms of molar reduction of H2. Thus, to meet the criteria of injectability, a recirculation flow 4 to 8 times greater is required in simple dehydration compared to the solution with decarbonation. For the operating conditions used for the simulation, and when only the dehydration is carried out before recirculation, the minimum recirculation rate necessary to avoid the separation of H2 is estimated at 1.6. When the dehydration is completed by a decarbonation step, the required rate is of the order of 0.2. These respective rates effectively meet the constraints related to the injection but requires, however, an internal reactor cooling system to maintain the isothermicity and can not in this case not be applied to uncooled fixed bed technologies. With regard to the exchanger reactors, the boiling water or fluidized bed reactor, this novelty, under these operating conditions, makes it possible to reduce the exchanger surface by 10% and 25%, respectively.

FIG. 7 makes it possible to visualize the evolution of the normalized exothermicity of the reactor, ie the heat to be evacuated with respect to a case without recirculation, as a function of the recirculation rate for the reference configuration and the two devices, 10 and 20, described above.

FIG. 7 shows, on the ordinate, the exothermicity of the methanation reaction of the device, 10 or 20, as a function of the recirculation rate, on the abscissa, and on the nature of the recirculated synthesis natural gas at the inlet of the reactor , 105 or 205, of methanation.

It is observed, in particular, that recirculation of wet synthetic natural gas 705 reduces the exothermicity of the methanation reaction.

It is further observed that recirculation of dehydrated synthetic natural gas 710 also reduces the exothermicity of the methanation reaction.

It is observed, finally, that the recirculation of dehydrated and decarbonated synthetic natural gas 715 also reduces the exothermicity of the methanation reaction.

It appears that the increase in the recirculation rate leads to a linear decrease in the exothermicity of the reactor. Here, the recirculated SNG plays the role of thermal flywheel which is more marked in the presence of H2O because of a higher caloric capacity. The condition of thermal ideality of the devices 10 and 20 is reached for a recirculation rate of the order of 6.4 for an operation at 8 bar and a methanation temperature of 320 ° C. This level of recirculation makes it possible to dispense with the internal exchanger of the reactor and the separation of H2 from specification. Beyond this, the reactor is allothermal and therefore requires extra heat to maintain the reactions.

The molar fractions of the H2, CO2, CO and CH4 species as a function of the recirculation rate for the different simulated configurations evolve in the direction of improving the quality of the SNG. However, the molar fraction of CO increases drastically with the dehydrated SNG recirculation device. For the operating conditions under consideration, the threshold value is exceeded but an optimization of the system by adjusting the WGS vapor, the pressure and the reaction temperature make it possible to reach more acceptable levels. In this case, simple dehydration leads to over-focusing the CO2 content at the reactor inlet and shifts the equilibrium of the WGS reaction to CO production and H2 consumption. For the device 20, the CO2 extraction integrated in the recirculation loop makes it possible to favor the reaction of WGS towards the production of H2 which is then converted into Chk.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Dispositif (10, 20) de production de méthane de synthèse, caractérisé en ce qu’il comporte : - un réacteur (105, 205) de méthanation comportant : - une entrée (110, 210), pour du syngas produit par gazéification de matière hydrocarbonée, reliée à une conduite (115, 215) d’alimentation de syngas et - une sortie (120, 220) pour gaz naturel de synthèse, - un moyen (125, 225) de séparation d’eau comportant : - une entrée (130, 230) pour gaz naturel de synthèse et - une sortie (135, 235) pour gaz naturel de synthèse déshydraté et - une dérivation (140, 240) d’une partie du gaz naturel de synthèse déshydraté depuis la sortie du moyen de séparation d’eau vers la conduite d’alimentation de syngas pour qu’un mélange, du syngas et du gaz naturel de synthèse dérivés, soit fourni au réacteur.1. Device (10, 20) for producing synthetic methane, characterized in that it comprises: - a methanation reactor (105, 205) comprising: - an inlet (110, 210), for syngas produced by gasification of hydrocarbon material, connected to a syngas supply line (115, 215) and an outlet (120, 220) for synthetic natural gas, means (125, 225) for separating water comprising: inlet (130, 230) for synthetic natural gas and - an outlet (135, 235) for dehydrated synthetic natural gas and - a bypass (140, 240) of a part of the dehydrated synthetic natural gas from the outlet of the means separating water to the syngas feed so that a mixture, synthesized syngas and synthetic natural gas, is supplied to the reactor. 2. Dispositif (20) selon la revendication 1, qui comporte un moyen (245) de séparation de dioxyde de carbone du gaz naturel de synthèse déshydraté, ce moyen de séparation étant positionné en amont de la dérivation (240).2. Device (20) according to claim 1, which comprises means (245) for separating carbon dioxide from dehydrated synthetic natural gas, said separating means being positioned upstream of the branch (240). 3. Dispositif (10, 20) selon l’une des revendications 1 ou 2, qui comporte : - un capteur (150, 250) d’une température à l’intérieur du réacteur et - un recirculateur (155, 255), des produits entrés dans la dérivation, commandé en fonction de la température captée.3. Device (10, 20) according to one of claims 1 or 2, which comprises: - a sensor (150, 250) a temperature inside the reactor and - a recirculator (155, 255), products entered in the bypass, controlled according to the temperature sensed. 4. Dispositif (10, 20) selon l’une des revendications 1 à 3, qui comporte, en amont de l’entrée du réacteur (105, 205), un moyen (160, 260) de préchauffage, du mélange à une température supérieure à 220°C.4. Device (10, 20) according to one of claims 1 to 3, which comprises, upstream of the inlet of the reactor (105, 205), means (160, 260) for preheating, mixing at a temperature greater than 220 ° C. 5. Dispositif (10, 20) selon l’une des revendications 1 à 4, qui comporte une conduite (165, 265) d’injection de vapeur d’eau dans la conduite (115, 215) d’alimentation de syngas en amont du lieu de formation du mélange entre le syngas et les produits de méthanation sortis de la dérivation (140, 240).5. Device (10, 20) according to one of claims 1 to 4, which comprises a pipe (165, 265) for injecting water vapor into the line (115, 215) supply syngas upstream where the syngas is mixed with the methanation products from the bypass (140, 240). 6. Dispositif (10, 20) selon l’une des revendications 1 à 5, qui comporte une conduite (170, 270) de déviation, d’une partie des produits de réactions de méthanation, comportant : - une entrée (175, 275) positionnée entre la sortie du réacteur (105, 205) et le moyen (125, 225) de séparation d’eau et - une sortie (180, 280) positionnée en amont de l’entrée (110, 210) du réacteur (105, 205).6. Device (10, 20) according to one of claims 1 to 5, which comprises a conduit (170, 270) deflection, a portion of the methanation reaction products, comprising: - an inlet (175, 275 ) positioned between the reactor outlet (105, 205) and the water separation means (125, 225) and - an outlet (180, 280) positioned upstream of the reactor inlet (110, 210) (105). , 205). 7. Dispositif (10, 20) selon la revendication 6, qui comporte : - un débitmètre (185, 285) du syngas en amont du lieu du mélange et - un recirculateur (190, 290), des produits entrés dans la conduite (170, 270) de déviation, commandé en fonction du débit mesuré.7. Device (10, 20) according to claim 6, which comprises: - a flowmeter (185, 285) of the syngas upstream of the place of mixing and - a recirculator (190, 290), products entered in the pipe (170 , 270), controlled according to the measured flow rate. 8. Dispositif (10, 20) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le moyen (125, 225) de séparation d’eau configuré pour refroidir les gaz naturel de synthèse à une température comprise entre 5°C et 40°C.8. Device (10, 20) according to one of claims 1 to 7, wherein the means (125, 225) of water separation configured to cool the synthetic natural gas at a temperature between 5 ° C and 40 ° C. 9. Dispositif (10, 20) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le réacteur (105, 205) est configuré pour réaliser une réaction de Dussan dite « du gaz à l’eau >>.9. Device (10, 20) according to one of claims 1 to 8, wherein the reactor (105, 205) is configured to perform a Dussan reaction called "gas to water". 10. Procédé (30) de production de méthane de synthèse, caractérisé en ce qu’il comporte : - une étape (305) de réaction de méthanation comportant : - une étape (310) d’entrée dans un réacteur de méthanation, de syngas produit par gazéification de matière hydrocarbonée, par une conduite d’alimentation de syngas et - une étape (315) de sortie pour gaz naturel de synthèse, - une étape (320) de séparation d’eau comportant : - une étape (325) d’entrée pour gaz naturel de synthèse et - une étape (330) de sortie pour gaz naturel de synthèse déshydraté et - une étape (335) de dérivation d’une partie du gaz naturel de synthèse déshydraté en sortie de l’étape de sortie de l’étape de séparation d’eau vers la conduite d’alimentation de syngas pour qu’un mélange, du syngas et du gaz naturel de synthèse dérivés, soit fourni au réacteur.10. Process (30) for producing synthetic methane, characterized in that it comprises: a step (305) of methanation reaction comprising: a step (310) of entry into a methanation reactor, of syngas produced by gasification of hydrocarbonaceous material, via a syngas feed line and - a step (315) of output for synthetic natural gas, - a step (320) of water separation comprising: - a step (325) of entry for synthetic natural gas and - an exit step (330) for dehydrated synthetic natural gas and - a step (335) for bypassing a portion of the dehydrated synthetic natural gas leaving the exit step of the step of separating water to the syngas feed so that a syngas and synthetic syngas-derived mixture is supplied to the reactor.
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