FR3072966A1 - SYSTEM FOR PRODUCING HIGH-CONVERSION SYNTHETIC HYDROCARBON WITH GAS VALUATION AND CONTROLLED AGING - Google Patents

SYSTEM FOR PRODUCING HIGH-CONVERSION SYNTHETIC HYDROCARBON WITH GAS VALUATION AND CONTROLLED AGING Download PDF

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Abstract

Système de production d'hydrocarbure de synthèse de formule CnH2n+2 avec n compris entre 1 et 15, a conversion élevée, supérieure à 90%, avec valorisation d'au moins un fluide et a vieillissement maitrise, à partir des réactions de Fischer-Tropsch et/ou de Sabatier, comprenant au moins une source (2) de dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone et au moins une source (3) de dihydrogène, lesdites sources étant capable de produire et d'injecter lesdits fluides dans une boucle réactionnelle de circulation (1) adaptée à la circulation et à la valorisation d'un fluide avec un débit régulé tenant compte de la nature du catalyseur, lesdits fluides circulant dans ladite boucle réactionnelle de circulation (1) étant constitué d'un mélange de dihydrogène, de monoxyde de carbone et/ou de dioxyde de carbone, d'hydrocarbure et d'autres gaz, ladite boucle réactionnelle de circulation (1) comprenant : - des moyens de circulation et valorisation de fluide (10), - des moyens de régulation de débit dans la boucle (1), - au moins un réacteur-échangeur (4) adapté pour des réactions de Fischer-Tropsch et/ou de Sabatier, notamment pour la réaction d'hydrogénation catalytique du dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone en méthane de synthèse, en vapeur d'eau et autres gaz, - au moins un condenseur (5) pour séparer et d'évacuer la vapeur d'eau résultant de la réaction d'hydrogénation catalytique d'hydrocarbure et des autres gaz, - au moins un séparateur (8) pour séparer et d'évacuer l'hydrocarbure résultant du condenseur (5) des autres gaz, - au moins un compresseur (9) pour valoriser et de faire circuler le fluide réactif non séparé de la boucle (1) avec un débit adapté.Synthetic hydrocarbon production system of formula CnH2n + 2 with n between 1 and 15, high conversion, greater than 90%, with valorization of at least one fluid and aging control, from the Fischer- Tropsch and / or Sabatier, comprising at least one source (2) of carbon dioxide and / or carbon monoxide and at least one source (3) of dihydrogen, said sources being capable of producing and injecting said fluids into a circulation circulation loop (1) adapted to the circulation and the recovery of a fluid with a controlled flow rate taking into account the nature of the catalyst, said fluids circulating in said circulation reaction loop (1) consisting of a mixture of dihydrogen, carbon monoxide and / or carbon dioxide, hydrocarbon and other gases, said circulation reaction loop (1) comprising: - circulation means and fluid recovery (10), - means s of flow control in the loop (1), - at least one reactor-exchanger (4) adapted for Fischer-Tropsch and / or Sabatier reactions, in particular for the catalytic hydrogenation reaction of carbon dioxide and / or carbon monoxide to synthetic methane, water vapor and other gases, - at least one condenser (5) for separating and discharging water vapor resulting from the catalytic hydrocarbon hydrogenation reaction and other gases, - at least one separator (8) for separating and discharging the hydrocarbon resulting from the condenser (5) from the other gases, - at least one compressor (9) for recovering and circulating the unseparated reactive fluid of the loop (1) with a suitable flow rate.

Description

SYSTEME DE PRODUCTION D'UN HYDROCARBURE DE SYNTHESE A CONVERSION ELEVEE AVEC VALORISATION DES GAZ ET A VIEILLISSEMENT MAITRISESYSTEM FOR PRODUCING HIGH CONVERSION SYNTHESIS HYDROCARBON WITH GAS RECOVERY AND CONTROLLED AGING

La présente invention concerne un système de production d'hydrocarbure de synthèse de formule CnH2n+2 avec n compris entre 1 et 15, avec un taux de conversion en hydrocarbure de synthèse supérieur à 90% et avec valorisation des gaz, à partir des réactions catalytiques de Sabatier et/ou Fischer-Tropsch.The present invention relates to a system for the production of synthetic hydrocarbon of formula CnH2n + 2 with n between 1 and 15, with a conversion rate to synthetic hydrocarbon greater than 90% and with recovery of gases, from catalytic reactions. de Sabatier and / or Fischer-Tropsch.

Elle est relative à un système de production d'hydrocarbure de synthèse à partir d'un réacteuréchangeur en utilisant une boucle de circulation de fluide à débit régulé, permettant d'augmenter le temps de séjour dans le réacteur-échangeur afin d'obtenir en sortie un hydrocarbure de synthèse très concentré, de préférence à une teneur supérieure à 90%, même lorsque l'activité de catalyseur est faible et de valoriser les gaz non traités.It relates to a system for the production of synthetic hydrocarbon from an exchanger reactor using a fluid circulation loop with a regulated flow rate, making it possible to increase the residence time in the reactor-exchanger in order to obtain an output a highly concentrated synthetic hydrocarbon, preferably at a content greater than 90%, even when the catalyst activity is low and upgrading the untreated gases.

L'invention concerne particulièrement un système de production du méthane de synthèse avec un taux de conversion supérieur à 90% obtenu à partir de l'hydrogénation catalytique du dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone, ledit taux de conversion étant inchangé même lorsque le vieillissement du catalyseur est prononcé et est obtenu via la régulation du débit et en jouant sur différents leviers à savoir : la température de la réaction, la pression du fluide, la quantité du gaz valorisé.The invention particularly relates to a system for producing synthetic methane with a conversion rate greater than 90% obtained from the catalytic hydrogenation of carbon dioxide and / or carbon monoxide, said conversion rate being unchanged even when the aging of the catalyst is pronounced and is obtained by regulating the flow rate and by playing on various levers, namely: the temperature of the reaction, the pressure of the fluid, the quantity of the recovered gas.

Plus particulièrement, la présente invention concerne un système de production du méthane de synthèse avec un taux de conversion supérieure à 90% en méthane dimensionné pour fonctionner sur une large plage de fonctionnement en termes de débit de façon à supporter un débit de circulation de plus en plus important au fur et à mesure du vieillissement du catalyseur de manière à compenser la baisse de l'activité dudit catalyseur par un temps de séjour plus important.More particularly, the present invention relates to a system for producing synthetic methane with a conversion rate greater than 90% into methane sized to operate over a wide operating range in terms of flow rate so as to withstand an increasing circulation flow rate. greater as the catalyst ages, so as to compensate for the drop in activity of said catalyst by a longer residence time.

La méthanation est un procédé industriel de conversion catalytique du dihydrogène et du monoxyde de carbone et/ou du dioxyde de carbone en méthane et en eau via la réaction d'hydrogénation catalytique. Elle peut aussi être utilisée pour produire du méthane de synthèse ou autres hydrocarbure de synthèse à partir de la production excédentaire d'électricité.Methanation is an industrial process for the catalytic conversion of dihydrogen and carbon monoxide and / or carbon dioxide to methane and water via the catalytic hydrogenation reaction. It can also be used to produce synthetic methane or other synthetic hydrocarbons from excess electricity production.

Le Fischer-Tropsch est un procédé fait intervenir la catalyse de monoxyde de carbone et d'hydrogène en vue de les convertir en hydrocarbure, notamment le méthane. L'invention du procédé Fischer-Tropsch remonte à 1923, date qui correspond à la date de dépôt du premier brevet attribuée à deux chercheurs allemands, Franz Fischer et Hans Tropsch.Fischer-Tropsch is a process involving the catalysis of carbon monoxide and hydrogen in order to convert them into hydrocarbons, in particular methane. The invention of the Fischer-Tropsch process dates back to 1923, the date which corresponds to the date of filing of the first patent attributed to two German researchers, Franz Fischer and Hans Tropsch.

La réaction de Sabatier, Découverte en 1912 par Sabatier, implique la réaction du dihydrogène et du dioxyde de carbone à des températures et des pressions élevées en présence d'un catalyseur afin de produire du méthane et de l'eau.The Sabatier reaction, discovered in 1912 by Sabatier, involves the reaction of dihydrogen and carbon dioxide at elevated temperatures and pressures in the presence of a catalyst to produce methane and water.

A ce jour, la réaction de Sabatier de Fischer-Tropsch permet de faire de la méthanation catalytique. Cette méthanation reçoit à ce jour un intérêt grandissant pour son application aux procédés de stockage d'énergie électrique nécessaires au développement des énergies renouvelables comme l'éolienne et/ou le solaire. Sa mise en œuvre requiert le développement d'un système de production innovante répondant au cahier des charges de cette application car la réaction d'hydrogénation catalytique de Sabatier ou de Fischer Fischer-Tropsch est une réaction exothermique qui a lieu à des températures et des pressions sensiblement élevées en présence d'un catalyseur.To date, the Fischer-Tropsch Sabatier reaction allows catalytic methanation to be carried out. This methanation is receiving a growing interest to date for its application to the electrical energy storage processes necessary for the development of renewable energies such as wind and / or solar. Its implementation requires the development of an innovative production system meeting the specifications of this application because the catalytic hydrogenation reaction of Sabatier or Fischer Fischer-Tropsch is an exothermic reaction which takes place at temperatures and pressures appreciably high in the presence of a catalyst.

Le scénario qui décrit précisément la trajectoire possible pour réduire d'un facteur quatre nos émissions de gaz à effet de serre et se défaire de notre dépendance aux énergies fossiles et fissiles à l'horizon 2050 estime que la méthanation pourrait permettre, dans un avenir proche, d'utiliser le méthane de synthèse comme vecteur de stockage et de transport de l'électricité d'origine renouvelable, produite de plus en plus massivement. Cette électricité sera convertie en hydrogène (par électrolyse de l'eau) qui, combiné à du dioxyde de carbone et/ou monoxyde de carbone, produirait d'hydrocarbure de synthèse, notamment du méthane de synthèse, injectable dans les réseaux de distribution et dispositifs de stockage existants. De tels projets sont développés par divers opérateurs gaziers.The scenario which describes precisely the possible trajectory to reduce by a factor of four our greenhouse gas emissions and to get rid of our dependence on fossil and fissile energies by 2050 estimates that methanation could allow, in the near future , to use synthetic methane as a storage and transport vehicle for electricity of renewable origin, produced more and more massively. This electricity will be converted into hydrogen (by electrolysis of water) which, combined with carbon dioxide and / or carbon monoxide, would produce synthetic hydrocarbon, in particular synthetic methane, injectable into distribution networks and devices. existing storage. Such projects are developed by various gas operators.

Il est également envisagé d'utiliser la méthanation pour réduire le dioxyde de carbone émis par les cimenteries, en le combinant à de l'hydrogène obtenu par électrolyse à partir d'électricité décarbonée.It is also envisaged to use methanation to reduce the carbon dioxide emitted by cement factories, by combining it with hydrogen obtained by electrolysis from decarbonated electricity.

La technologie utilisée à ce jour pour la méthanation consiste à introduire en entrée d'un réacteur-échangeur catalytique, du dihydrogène produit par l'électrolyse de l'eau et/ou d'un mélange hydrogène/monoxyde de carbone (par gazéification d'une matière organique : biomasse, charbon, etc.), et du dioxyde de carbone et/ou monoxyde de carbone et de récolter en sortie dudit réacteur-échangeur de l'eau et du méthane. Industriellement, ce procédé permet la production du méthane de synthèse avec un rendement de conversion en méthane démontré à ce jour sur site industriel de l'ordre de 55%. Cette teneur insuffisante en méthane de synthèse ne permet pas de couvrir le large panel d'avantage qu'offre la méthanation comme décrit ci-avant. Un grand besoin d'améliorer ce rendement se fait donc sentir. En effet, obtenir cette conversion de 55% en méthane est déjà complexe du fait du catalyseur qui perd son activité (vieillissement) au fur et à mesure de son utilisation rendant le système incapable de maintenir les performances; celles d'obtenir un fluide riche en méthane de qualité requise. Par ailleurs, la récupération de chaleur permet d'augmenter le rendement énergétique global jusqu'à 85-89%. La chaleur ainsi récupérée peut être valorisée pour couvrir les besoins de l'industrie, l'alimentation des réseaux de chauffage urbain ou encore la cogénération d'électricité. Toutefois, ce rendement reste insuffisant.The technology used to date for methanation consists in introducing at the input of a catalytic reactor-exchanger, dihydrogen produced by the electrolysis of water and / or a hydrogen / carbon monoxide mixture (by gasification of organic matter (biomass, coal, etc.), and carbon dioxide and / or carbon monoxide and to collect water and methane at the outlet of said reactor-exchanger. Industrially, this process allows the production of synthetic methane with a methane conversion yield demonstrated to date on an industrial site of the order of 55%. This insufficient content of synthetic methane does not make it possible to cover the wide range of advantages that methanation offers as described above. There is therefore a great need to improve this yield. Indeed, obtaining this conversion of 55% into methane is already complex because of the catalyst which loses its activity (aging) as it is used making the system incapable of maintaining performance; those of obtaining a fluid rich in methane of required quality. In addition, heat recovery increases the overall energy efficiency by up to 85-89%. The heat thus recovered can be used to cover the needs of industry, the supply of district heating networks or even cogeneration of electricity. However, this yield remains insufficient.

Un des problèmes majeurs rencontrés par les systèmes de production d'un hydrocarbure comme le méthane via la méthanation catalytique est celui d'obtenir une conversion importante en méthane afin d'obtenir en sortie un fluide riche en méthane et compatible avec l'utilisation souhaitée, par exemple une injection réseau ou une application mobilité.One of the major problems encountered by systems for producing a hydrocarbon such as methane via catalytic methanation is that of obtaining a significant conversion into methane in order to obtain at the outlet a fluid rich in methane and compatible with the desired use, for example a network injection or a mobility application.

De la publication US 2017 241338 est connu un système de production du méthane couplé à un système de production d'énergie par centrale à gaz comprenant un réacteur-échangeur catalytique pour la méthanisation, un ou plusieurs composant(s) adapté(s) pour le refroidissement du fluide, un échangeur de chaleur pour récupérer la chaleur, un compresseur adapté pour comprimer le gaz. Le méthane produit par le réacteur-échangeur est directement utilisé pour alimenter la turbine. La teneur en gaz combustible est enrichie grâce à la récupération de chaleur. Cependant, le système décrit n'est pas un système de méthanation et la teneur en méthane produite reste faible. Dans ce réacteur, le méthane est produit en faisant passer le gaz combustible dans une succession de réacteur-échangeur de méthanisation, y compris postméthanisation, et donc une forte consommation d'énergie, une forte dégradation de la durée de vie du catalyseur et un taux des gaz non transformés important.From publication US 2017 241338 is known a methane production system coupled to an energy production system by gas power plant comprising a catalytic reactor-exchanger for anaerobic digestion, one or more component (s) suitable for the cooling of the fluid, a heat exchanger to recover the heat, a compressor adapted to compress the gas. The methane produced by the reactor-exchanger is directly used to power the turbine. The combustible gas content is enriched through heat recovery. However, the system described is not a methanation system and the content of methane produced remains low. In this reactor, methane is produced by passing the combustible gas through a succession of methanization reactor-exchangers, including post-methanization, and therefore a high energy consumption, a strong degradation of the lifetime of the catalyst and a rate significant unprocessed gas.

Un des problèmes techniques qui se pose pour la production d'un hydrocarbure de synthèse, notamment du méthane, avec les réactions de Fischer-Tropsch ou de Sabatier est de réduire le taux de gaz non transformés, de valoriser ces gaz afin d'améliorer le taux de conversion en méthane.One of the technical problems which arises for the production of a synthetic hydrocarbon, in particular methane, with the Fischer-Tropsch or Sabatier reactions is to reduce the rate of unprocessed gases, to value these gases in order to improve the conversion rate to methane.

Un autre problème technique qui se pose pour la production d'un hydrocarbure de synthèse, notamment du méthane de synthèse, avec les réactions de Fischer-Tropsch ou de Sabatier est le maintien de la pureté de l'hydrocarbure de synthèse, notamment du méthane de synthèse en sortie du réacteur-échangeur à une teneur supérieure à 90% malgré le vieillissement du catalyseur. Le dimensionnement et la disposition des différents moyens techniques constituant le système de production de l'hydrocarbure le (méthane) parait donc nécessaire pour faire fonctionner le système sur une large plage de fonctionnement en termes de débit de manière à supporter un débit fluide de plus en plus important au fur et à mesure du vieillissement du catalyseur.Another technical problem which arises for the production of a synthetic hydrocarbon, in particular synthetic methane, with the Fischer-Tropsch or Sabatier reactions is the maintenance of the purity of the synthetic hydrocarbon, in particular methane from synthesis at the outlet of the reactor-exchanger at a content greater than 90% despite the aging of the catalyst. The dimensioning and the arrangement of the various technical means constituting the system for producing the hydrocarbon (methane) therefore appears necessary to operate the system over a wide operating range in terms of flow rate so as to withstand an increasingly fluid flow rate. more important as the catalyst ages.

Le but de l'invention est donc de remédier à ces inconvénients par la fourniture d'un système de production d'hydrocarbure de synthèse, notamment du méthane de synthèse, très concentré avec une teneur accrue en hydrocarbure d'au moins 90%, de préférence 95%, à partir des réactions de Fischer-Tropsch et/ou de Sabatier via une boucle de circulation et de valorisation de fluide capable de valoriser les gaz non convertis en les faisant circuler dans ladite boucle, ladite boucle comprenant différents moyens techniques dimensionnés et disposés pour faire fonctionner le système sur une large plage de fonctionnement en termes de débit de manière à supporter un débit recyclé de plus en plus important au fur et à mesure du vieillissement du catalyseur.The object of the invention is therefore to remedy these drawbacks by providing a system for producing synthetic hydrocarbon, in particular synthetic methane, highly concentrated with an increased hydrocarbon content of at least 90%, preferably 95%, from the Fischer-Tropsch and / or Sabatier reactions via a circulation and fluid recovery loop capable of upgrading the unconverted gases by circulating them in said loop, said loop comprising different technical means dimensioned and arranged to operate the system over a wide operating range in terms of flow rate so as to withstand an increasingly higher recycled flow rate as the catalyst ages.

Dans la description qui suit, les termes suivants auront la définition suivante :In the following description, the following terms will have the following definition:

Moyens de régulation: désignent l'ensemble des moyens matériels et techniques permettant de maintenir chaque grandeur physique essentielle égale à une valeur désirée, appelée consigne, par action sur une grandeur réglante, et ce, malgré l'influence des grandeurs perturbatrices de la conversion catalytique comme la perte de l'activité du catalyseur.Regulation means: designate all the material and technical means making it possible to maintain each essential physical quantity equal to a desired value, called setpoint, by action on a regulating quantity, despite the influence of the disturbing quantities of the catalytic conversion like loss of catalyst activity.

Circulation : désigne la circulation du fluide en vue de sa conversion catalytique.Circulation: designates the circulation of the fluid with a view to its catalytic conversion.

Valorisation : désigne la circulation d'une partie du fluide non converti résultant de la réaction de méthanation en hydrocarbure. Le fluide non converti en hydrocarbure est injecté dans le réacteur-échangeur dans le but d'améliorer le taux de conversion en hydrocarbure, notamment en méthane.Recovery: designates the circulation of part of the unconverted fluid resulting from the methanation reaction to hydrocarbon. The fluid not converted to hydrocarbon is injected into the reactor-exchanger in order to improve the conversion rate to hydrocarbon, in particular to methane.

Boucle réactionnelle : désigne une boucle comprenant plusieurs éléments capables de produire d'hydrocarbure de synthèse, notamment du méthane de synthèse, par la réaction de méthanation et dans laquelle a lieu les différents mécanismes réactionnels de méthanation.Reaction loop: designates a loop comprising several elements capable of producing synthetic hydrocarbon, in particular synthetic methane, by the methanation reaction and in which the various reaction methanation mechanisms take place.

Boucle réactionnelle de circulation : boucle ayant simultanément les fonctions de circulation, de valorisation et de boucle réactionnelle.Reaction circulation loop: loop having simultaneously the functions of circulation, recovery and reaction loop.

L'invention a pour objet un système de production d'hydrocarbure de synthèse de formule CnH2n+2 avec n compris entre 1 et 15, a conversion élevée, supérieure à 90%, avec valorisation d'au moins un fluide et a vieillissement maîtrise, à partir des réactions de Fischer-Tropsch et/ou de Sabatier, comprenant au moins une source de dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone et au moins une source de dihydrogène, lesdites sources étant capable de produire et d'injecter lesdits fluides dans une boucle réactionnelle de circulation adaptée à la circulation et à la valorisation des fluides avec un débit régulé tenant compte de la nature du catalyseur, les fluides circulant dans ladite boucle étant constitué d'un mélange de dihydrogène, de monoxyde de carbone et/ou de dioxyde de carbone, des hydrocarbures et d'autres gaz, ladite boucle réactionnelle de circulation comprenant :The subject of the invention is a system for producing a synthetic hydrocarbon of formula CnH2n + 2 with n between 1 and 15, with high conversion, greater than 90%, with recovery of at least one fluid and with controlled aging, from Fischer-Tropsch and / or Sabatier reactions, comprising at least one source of carbon dioxide and / or carbon monoxide and at least one source of dihydrogen, said sources being capable of producing and injecting said fluids in a circulation reaction loop adapted to the circulation and recovery of fluids with a regulated flow taking into account the nature of the catalyst, the fluids circulating in said loop consisting of a mixture of dihydrogen, carbon monoxide and / or carbon dioxide, hydrocarbons and other gases, said circulation reaction loop comprising:

des moyens de circulation et de valorisation des fluides, des moyens de régulation de débit capable de réguler le débit de fluide dans la boucle, au moins un réacteur-échangeur adapté pour les réactions de Fischer-Tropsch et/ou de Sabatier, notamment pour la réaction d'hydrogénation catalytique du dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone en méthane de synthèse, en vapeur d'eau et autres gaz, ledit réacteur-échangeur comprenant au moins une entrée de fluide réactif et au moins une sortie de fluide, au moins un condenseur, relié au réacteur-échangeur via les moyens de circulation (10), capable de séparer et d'évacuer la vapeur d'eau résultant de la réaction de FischerTropsch et/ou de Sabatier des autres gaz, ledit condenseur comprenant au moins une entrée de fluide résultant du réacteur-échangeur et deux sorties de fluide dont l'un comprenant au moins un moyen récupération de la vapeur d'eau produite et l'autre destinée à la circulation du fluide non séparé dans boucle via les moyens de circulation, au moins un séparateur, relié au condenseur via les moyens de circulation-recirculation, capable de séparer et d'évacuer l'hydrocarbure résultant du condenseur des autres gaz, ledit séparateur comprenant une entrée de fluide réactif et deux sorties de fluide réactif dont l'un comprenant au moins un moyen de récupération d'hydrocarbure produit et l'autre assurant la continuité de la boucle par la circulation et la valorisation du fluide réactif non séparé, au moins un compresseur, relié au séparateur et au réacteur-échangeur via les moyens de circulation et de valorisation, capable de valoriser et de faire circuler le fluide réactif non séparé de la boucle avec un débit adapté de manière à assurer la continuité de la réaction d'hydrogénation catalytique et compenser les pertes de charges résultant des différents équipements de la boucle, ledit compresseur comprenant une entrée et une sortie de fluide.means for circulating and upgrading fluids, means for regulating flow capable of regulating the flow of fluid in the loop, at least one reactor-exchanger suitable for Fischer-Tropsch and / or Sabatier reactions, in particular for the catalytic hydrogenation reaction of carbon dioxide and / or carbon monoxide into synthetic methane, water vapor and other gases, said reactor-exchanger comprising at least one inlet for reactive fluid and at least one outlet for fluid, at least one condenser, connected to the reactor-exchanger via the circulation means (10), capable of separating and evacuating the water vapor resulting from the FischerTropsch and / or Sabatier reaction from the other gases, said condenser comprising at least less a fluid inlet resulting from the reactor-exchanger and two fluid outlets, one of which comprising at least one means for recovering the water vapor produced and the other intended for the circulation of non-fluid separated in a loop via the circulation means, at least one separator, connected to the condenser via the circulation-recirculation means, capable of separating and evacuating the hydrocarbon resulting from the condenser from the other gases, said separator comprising a reactive fluid inlet and two reactive fluid outlets, one comprising at least one means for recovering the hydrocarbon produced and the other ensuring the continuity of the loop by the circulation and recovery of the non-separated reactive fluid, at least one compressor, connected to the separator and to the reactor-exchanger via the circulation and recovery means, capable of recovering and circulating the reactive fluid not separated from the loop with a suitable flow rate so as to ensure the continuity of the catalytic hydrogenation reaction and compensate for the pressure losses resulting from the various pieces of equipment in the loop, said compressor comprising an inlet and an outlet for fluid.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention, la boucle réactionnelle de circulation comprend en outre :According to other characteristics of the invention, the reaction circulation loop further comprises:

au moins un mélangeur capable de mélanger le fluide réactif circulant dans ladite boucle réactionnelle de circulation.at least one mixer capable of mixing the reactive fluid circulating in said reaction circulation loop.

Au moins un échangeur de chaleur capable de refroidir, d'éviter la condensation et porter les gaz circulant dans la boucle à une température opérationnelle prédéterminée,At least one heat exchanger capable of cooling, avoiding condensation and bringing the gases circulating in the loop to a predetermined operating temperature,

Selon d'autres caractéristiques de l'invention, la boucle réactionnelle de circulation comprend en outre :According to other characteristics of the invention, the reaction circulation loop further comprises:

au moins un capteur de température capable de contrôler la gestion de la température dudit échangeurs et/ou du réacteur-échangeur.at least one temperature sensor capable of controlling the management of the temperature of said exchanger and / or of the reactor-exchanger.

Au moins un capteur de débit capable de contrôler, de réguler et gérer de manière autonome les débits de fluide réactif circulant dans la boucle et le débit de fluide venant des différentes sources et entrant dans la boucle afin de respecter la stœchiométrie voulue en entrée du réacteur-échangeur.At least one flow sensor capable of independently controlling, regulating and managing the reactive fluid flows circulating in the loop and the fluid flow coming from the various sources and entering the loop in order to respect the desired stoichiometry at the inlet of the reactor -échangeur.

Avantageusement, la source de dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone est directement reliée en amont du condenseur et la source de dihydrogène est directement reliée en amont du réacteur-échangeur.Advantageously, the source of carbon dioxide and / or carbon monoxide is directly connected upstream of the condenser and the source of dihydrogen is directly connected upstream of the reactor-exchanger.

Avantageusement, la source de dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone et la source de dihydrogène sont directement reliées en amont du réacteur-échangeur ou en amont condenseur.Advantageously, the source of carbon dioxide and / or carbon monoxide and the source of dihydrogen are directly connected upstream of the reactor-exchanger or upstream of the condenser.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention:According to other characteristics of the invention:

le fluide circulant dans le moyen de circulation et de valorisation entre la sortie du réacteur-échangeur et l'entrée du condenseur est un mélange comprenant au moins un hydrocarbure, du dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone, du dihydrogène et des vapeurs d'eau et, le fluide circulant dans le moyen de circulation et de valorisation entre la sortie du condenseur et l'entrée du séparateur est un mélange comprenant au moins un hydrocarbure, du dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone et du dihydrogène, le fluide circulant dans le moyen de circulation et de valorisation entre la sortie du compresseur et l'entrée du réacteur-échangeur est un mélange comprenant au moins un hydrocarbure, du dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone, du dihydrogène et éventuellement des vapeurs d'eau et autre gaz.the fluid circulating in the circulation and recovery means between the outlet of the reactor-exchanger and the inlet of the condenser is a mixture comprising at least one hydrocarbon, carbon dioxide and / or carbon monoxide, dihydrogen and vapors water and the fluid circulating in the circulation and recovery means between the outlet of the condenser and the inlet of the separator is a mixture comprising at least one hydrocarbon, carbon dioxide and / or carbon monoxide and dihydrogen , the fluid circulating in the circulation and recovery means between the outlet of the compressor and the inlet of the reactor-exchanger is a mixture comprising at least one hydrocarbon, carbon dioxide and / or carbon monoxide, dihydrogen and optionally water vapors and other gases.

Avantageusement, les différents moyens constituant la boucle réactionnelle sont adaptés, en termes de contrainte mécanique, pour pouvoir fonctionner avec un débit de fluide ajustable en fonction du taux de conversion.Advantageously, the various means constituting the reaction loop are adapted, in terms of mechanical stress, to be able to operate with an adjustable fluid flow rate as a function of the conversion rate.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention, la boucle réactionnelle comprend au moins un moyen de mesure de débit couplé à un moyen de calcul, lesdits moyens étant capables de réguler le débit du fluide circulant dans ladite boucle de manière à maintenir la pureté d'hydrocarbure de synthèse, notamment du méthane de synthèse, en sortie à une teneur supérieure à 90%.According to other characteristics of the invention, the reaction loop comprises at least one flow measurement means coupled to a calculation means, said means being capable of regulating the flow of the fluid flowing in said loop so as to maintain the purity d 'synthetic hydrocarbon, in particular synthetic methane, at an output higher than 90%.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention, la boucle réactionnelle comprend au moins un moyen de mesure du taux de conversion catalytique couplé au moyen de calcul, lesdits moyens étant capables d'évaluer le vieillissement du catalyseur et de réguler le débit du fluide circulant dans ladite boucle de manière à maintenir la pureté d'hydrocarbure de synthèse, notamment du méthane de synthèse, en sortie à une teneur supérieure à 90%.According to other characteristics of the invention, the reaction loop comprises at least one means for measuring the catalytic conversion rate coupled to the calculation means, said means being capable of evaluating the aging of the catalyst and of regulating the flow rate of the circulating fluid. in said loop so as to maintain the purity of synthetic hydrocarbon, in particular synthetic methane, at the output at a content greater than 90%.

Le système de production d'hydrocarbure de synthèse, notamment du méthane selon l'invention présente l'avantage d'être dimensionné pour pouvoir fonctionner sur une large plage de fonctionnement en termes de débit, ce qui permet de supporter un débit de circulation et de valorisation de plus en plus important au fur et à mesure du vieillissement du catalyseur et de compenser la baisse de l'activité de ce dernier par un temps de séjour du fluide réactif plus important dans la boucle. La variation de débit de circulation et de valorisation de fluide permet de conserver un taux de conversion en méthane supérieur à 90% tout en compensant le vieillissement du catalyseur par une circulation et par une valorisation, et donc un temps de séjour plus important du fluide dans la boucle.The synthetic hydrocarbon production system, in particular methane according to the invention has the advantage of being dimensioned to be able to operate over a wide operating range in terms of flow rate, which makes it possible to withstand a circulation flow rate and more and more recovery as the catalyst ages and to compensate for the drop in activity of the latter by a longer residence time of the reactive fluid in the loop. The variation in circulation flow and recovery of fluid makes it possible to maintain a methane conversion rate greater than 90% while compensating for the aging of the catalyst by circulation and by recovery, and therefore a longer residence time of the fluid in the loop.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'étude des modes de réalisations particuliers pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows and on studying the particular embodiments taken by way of nonlimiting example and illustrated by the appended drawings in which:

la figure 1 est une représentation schématique du système de production d'hydrocarbure de synthèse, notamment du méthane de synthèse selon l'invention ;Figure 1 is a schematic representation of the synthetic hydrocarbon production system, in particular synthetic methane according to the invention;

la figure 2 est un mode de réalisation du système de production du méthane de synthèse selon l'invention ;FIG. 2 is an embodiment of the system for producing synthetic methane according to the invention;

la figure 3 est un autre mode de réalisation du système de production du méthane de synthèse selon l'invention ;FIG. 3 is another embodiment of the system for producing synthetic methane according to the invention;

la figure 4 est une courbe mettant en évidence la perte d'activité du catalyseur du système de production du méthane de synthèse selon l'invention, et la compensation en débit nécessaire pour la compenser.FIG. 4 is a curve showing the loss of activity of the catalyst of the system for producing synthetic methane according to the invention, and the flow compensation necessary to compensate for it.

La figure 1 montre un système de production d'hydrocarbure de synthèse de formule CnH2n+2 avec n compris entre 1 et 15, a conversion élevée, supérieure à 90%, avec valorisation d'au moins un fluide et a vieillissement maîtrise, à partir des réactions de Fischer-Tropsch et/ou de Sabatier. Elle montre notamment un système de production du méthane de synthèse avec une pureté supérieure à 90%, de préférence supérieure à 95% et à vieillissement maîtrisé, à partir des réactions de Fischer-Tropsch et/ou de Sabatier. Ce système comprend au moins une source (2) de dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone et au moins une source (3) de dihydrogène. Les deux sources sont capables de produire et d'injecter les fluides (dioxyde de carbone et/ou monoxyde de carbone, dihydrogène et éventuellement d'autres gaz réactifs favorisant la méthanation), dans une boucle réactionnelle de circulation (1) de fluide.FIG. 1 shows a system for producing a synthetic hydrocarbon of formula CnH2n + 2 with n between 1 and 15, with high conversion, greater than 90%, with recovery of at least one fluid and with controlled aging, from Fischer-Tropsch and / or Sabatier reactions. It shows in particular a system for producing synthetic methane with a purity greater than 90%, preferably greater than 95% and with controlled aging, from the Fischer-Tropsch and / or Sabatier reactions. The system includes at least one source (2) of carbon dioxide and / or carbon monoxide and at least one source (3) of dihydrogen. Both sources are capable of producing and injecting fluids (carbon dioxide and / or carbon monoxide, dihydrogen and possibly other reactive gases promoting methanation), in a reaction circulation loop (1) of fluid.

Le dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone de la source (2) résulte soit d'une méthanisation et/ou d'une pyrogazéification et/ou d'autres sources capables de produire ces fluides réactifs compatibles pour une réaction de méthanation en présence d'un catalyseur.The carbon dioxide and / or carbon monoxide of the source (2) results either from anaerobic digestion and / or from a pyrogasification and / or from other sources capable of producing these compatible reactive fluids for a methanation reaction by presence of a catalyst.

Le dihydrogène résulte soit de l'électrolyse de l'eau, soit des hydrocarbures et/ou d'autres procédés de production de ce fluide connus de l'état de la technique.Dihydrogen results either from the electrolysis of water, or from hydrocarbons and / or other processes for producing this fluid known from the prior art.

Avantageusement, La source (2) comprend du dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone et/ou d'hydrocarbure, notamment le méthane, de préférence à faible teneur issue soit d'une méthanisation soit de gazéification et comprend principalement 40% de dioxyde de carbone.Advantageously, the source (2) comprises carbon dioxide and / or carbon monoxide and / or hydrocarbon, in particular methane, preferably of low content resulting either from anaerobic digestion or from gasification and mainly comprises 40% of carbon dioxide.

Avantageusement, la source (3) comprend du dihydrogène et de l'eau, de préférence du dihydrogène et de la vapeur d'eau.Advantageously, the source (3) comprises dihydrogen and water, preferably dihydrogen and water vapor.

Les deux sources (2, 3) peuvent être mélangées ensemble ou bien avec un flux d'hydrocarbure, de préférence un flux de méthane.The two sources (2, 3) can be mixed together or else with a flow of hydrocarbon, preferably a flow of methane.

Les fluides réactifs issus des sources (1, 2) sont injectés dans la boucle réactionnelle de circulation-recirculation (1). Cette boucle (1) a la particularité de réaliser la réaction de méthanation via la circulation du fluide à un débit autorégulé, de récupérer au moins 90%, de préférence au moins 98%, des vapeurs d'eau résultant de la méthanation et plus de 90% de méthane résultant de la réaction de méthanation, puis de faire circuler les fluides non transformés pour les valorisés et de nouveau effectuer une méthanation.Reactive fluids from sources (1, 2) are injected into the circulation-recirculation reaction loop (1). This loop (1) has the particularity of carrying out the methanation reaction via the circulation of the fluid at a self-regulated flow rate, of recovering at least 90%, preferably at least 98%, of the water vapors resulting from the methanation and more than 90% of methane resulting from the methanation reaction, then circulating the unprocessed fluids for the recovered and again carrying out methanation.

La boucle (1) comprend plusieurs éléments dimensionnés pour fournir en sortie au moins 90% d'hydrocarbure, de préférence au moins 90% de méthane de synthèse. Elle respecte donc un cahier de charge très exigeant pour obtenir une efficacité énergétique maximale en termes de réaction catalytique de méthanation.The loop (1) comprises several elements dimensioned to supply at least 90% of hydrocarbon, preferably at least 90% of synthetic methane. It therefore meets very demanding specifications to obtain maximum energy efficiency in terms of catalytic methanation reaction.

En référence à la figure 1, les fluides provenant de la source (2) et de la source (3) sont injectés dans la boucle réactionnelle de circulation (1) dans laquelle circule le fluide réactif avec un débit autorégulé tenant compte de la nature du catalyseur et du taux de conversion en hydrocarbure, notamment en méthane de synthèse de la réaction de méthanation ; Le fluide injecté est constitué d'un mélange du dihydrogène, du monoxyde de carbone et/ou du dioxyde de carbone et d'autres gaz en vue notamment d'une réaction de Sabatier et/ou de Fischer-Tropsch. Au point d'injection desdits fluides dans la boucle (1) est installé un clapet antiretour (11) qui permet de contrôler le sens de circulation des fluides entrant dans la boucle (1).With reference to FIG. 1, the fluids coming from the source (2) and from the source (3) are injected into the reaction circulation loop (1) in which the reactive fluid circulates with a self-regulating flow taking into account the nature of the catalyst and of the conversion rate into hydrocarbon, in particular into methane of synthesis of the methanation reaction; The injected fluid consists of a mixture of dihydrogen, carbon monoxide and / or carbon dioxide and other gases with a view in particular to a Sabatier and / or Fischer-Tropsch reaction. At the injection point of said fluids in the loop (1) is installed a non-return valve (11) which makes it possible to control the direction of circulation of the fluids entering the loop (1).

La boucle (1) est dimensionnée sur la base d'une perte de température et/ou d'un gain de température entre le départ et le retour du fluide comme un des indices autorégulant le débit de fluide dans la boucle (1).The loop (1) is dimensioned on the basis of a temperature loss and / or a temperature gain between the flow and the return of the fluid as one of the indices self-regulating the flow of fluid in the loop (1).

La boucle réactionnelle de circulation (1) comprend principalement des moyens de circulation et de valorisation (10) de fluide réactif et fluide non transformé, un réacteur-échangeur (4), un condenseur (5), un séparateur (8), un compresseur (9), des moyens de régulation de débit, des moyens de contrôle de la température, des moyens de contrôles de la teneur en hydrocarbure, des moyens de contrôle de l'activité du catalyseur, etc.The circulation reaction loop (1) mainly comprises circulation and recovery means (10) of reactive fluid and unprocessed fluid, a reactor-exchanger (4), a condenser (5), a separator (8), a compressor (9), means for regulating flow, means for controlling the temperature, means for controlling the hydrocarbon content, means for controlling the activity of the catalyst, etc.

Les moyens de circulation et valorisation (10) du fluide réactif et non transformé sont dimensionnés pour faire circuler un flux de fluide autorégulé à des pressions comprises entre 1 bar et 500 bars. Ces moyens (10) sont regroupés spatialement pour limiter la longueur de la boucle et maximiser le taux de conversion en hydrocarbure, notamment en méthane via la méthanation de Sabatier ou de Fischer-Tropsch.The circulation and recovery means (10) of the reactive and unprocessed fluid are dimensioned to circulate a flow of self-regulated fluid at pressures between 1 bar and 500 bars. These means (10) are grouped spatially to limit the length of the loop and maximize the rate of conversion to hydrocarbon, in particular to methane via Sabatier or Fischer-Tropsch methanation.

Avantageusement, ces moyens (10) comprennent des tuyauteries, des vannes et des brides, des clapets de retenue, des robinets d'arrêt, isolées véhiculant du fluide sur tous les éléments de la boucle (1). Ces moyens (10) sont isolés au moyen d'une coquille ou d'un matelas. De préférence, l'épaisseur d'isolation est d'au moins 4 mm. Les clapets de retenue permettent d'éviter une inversion du sens de l'écoulement et le robinet d'arrêt permet d'isoler individuellement chaque circuit de la boucle pour pouvoir y effectuer éventuellement des travaux.Advantageously, these means (10) include pipes, valves and flanges, check valves, shut-off valves, isolated conveying fluid on all the elements of the loop (1). These means (10) are isolated by means of a shell or a mattress. Preferably, the insulation thickness is at least 4 mm. The check valves prevent a reversal of the flow direction and the shut-off valve allows each circuit to be isolated from the loop so that work can be carried out there.

Lorsqu'un moyen (10) de la boucle (1) alimente plusieurs branches ou éléments de la boucle (1), chacune de ces branches comprennent au moins un organe d'équilibrage pour garantir une bonne circulation et valorisation des gaz dans toute la branche.When a means (10) of the loop (1) supplies several branches or elements of the loop (1), each of these branches comprises at least one balancing member to guarantee good circulation and recovery of gases throughout the branch .

Les moyens de régulation de débit sont des moyens automatiques, c'est-à-dire sans intervention humaine pour maintenir le débit à une valeur de consigne. Ces moyens de régulation capable de modifier ou d'améliorer la cinétique réactionnelle via par l'ajustage automatique du débit de fluide dans la boucle (1) sur la base des pertes de température et/ou de gains de température entre le départ et le retour du fluide dans le réacteur-échangeur (4) et sur la base de la teneur en hydrocarbure en sortie du réacteur-échangeur (4).The flow regulation means are automatic means, that is to say without human intervention to maintain the flow at a set value. These regulation means capable of modifying or improving the reaction kinetics via by automatic adjustment of the fluid flow rate in the loop (1) on the basis of the temperature losses and / or temperature gains between the flow and the return fluid in the reactor-exchanger (4) and on the basis of the hydrocarbon content at the outlet of the reactor-exchanger (4).

Avantageusement, les moyens de régulation sont du type PID (Proportionnel, Intégrateur, Dérivateur), c'est à dire à chaque instant on mesure l'erreur, qui est la différence entre la consigne et la valeur observée, puis on calcule la dérivée de cette erreur, et son intégrale sur un certain intervalle de temps.Advantageously, the regulation means are of the PID (proportional, integrator, differentiator) type, that is to say at each instant the error is measured, which is the difference between the setpoint and the observed value, then the derivative of this error, and its integral over a certain time interval.

Avantageusement, les moyens de régulation comprennent une vanne de régulation de débit, un distributeur hydraulique, un débitmètre massique, avec une sortie analogique ou numérique, avec une caractéristique Multi-Gaz / Multi-Gamme (25 gaz sélectionnâmes), une caractéristique de régulation configurable, nombreuses options d'entrée/sortie personnalisables.Advantageously, the regulation means include a flow regulation valve, a hydraulic distributor, a mass flow meter, with an analog or digital output, with a Multi-Gas / Multi-Range characteristic (25 gases selected), a configurable regulation characteristic. , many customizable input / output options.

Le réacteur-échangeur (4) est de préférence un réacteur-échangeur à plaque ou à tube calandre, ou millistructuré ou à nid d'abeille, etc. adaptée pour la réaction méthanation de Sabatier et/ou de Fischer-Tropsch, notamment pour la réaction d'hydrogénation catalytique du dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone en méthane de synthèse, en vapeur d'eau et autres gaz. Il comprend au moins une entrée et au moins une sortie de fluide, et une entrée et une sortie de fluide caloporteur.The reactor-exchanger (4) is preferably a plate-reactor or shell-tube, or millistructured or honeycomb, etc. reactor-exchanger. suitable for the Sabatier and / or Fischer-Tropsch methanation reaction, in particular for the catalytic hydrogenation reaction of carbon dioxide and / or carbon monoxide to synthetic methane, water vapor and other gases. It comprises at least one inlet and at least one fluid outlet, and an inlet and an outlet for heat transfer fluid.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le réacteur-échangeur (4) est un réacteur de type réacteur adiabatique.According to other characteristics of the invention, the reactor-exchanger (4) is a reactor of the adiabatic reactor type.

Avantageusement, le réacteur-échangeur (4) est un réacteur-échangeur catalytique gaz / solide, la phase solide pour le catalyseur et la phase gazeuse pour les réactifs et les produits de la réaction. Le catalyseur solide sert à augmenter la vitesse de la réaction et donc, lors de sa mise en œuvre, il est important de considérer l'ensemble catalyseur avec ses caractéristiques essentielles à savoir son activité, sa sélectivité et sa stabilité. Il est également important de prendre en compte les phénomènes diffusionnels externes et internes au catalyseur qui pourraient diminuer les qualités intrinsèques de la surface catalytique et donc la conversion.Advantageously, the reactor-exchanger (4) is a gas / solid catalytic reactor-exchanger, the solid phase for the catalyst and the gas phase for the reactants and the reaction products. The solid catalyst serves to increase the speed of the reaction and therefore, during its implementation, it is important to consider the catalyst assembly with its essential characteristics, namely its activity, its selectivity and its stability. It is also important to take into account the external and internal diffusional phenomena in the catalyst which could reduce the intrinsic qualities of the catalytic surface and therefore the conversion.

Avantageusement, le réacteur-échangeur (4) est un réacteur-échangeur catalytique structuré ou un réacteur échangeur à lit fixe. Il comprend des canaux pour la circulation de fluide réactif, lesquels sont remplis d'un catalyseur sous forme de poudre et/ou de grains et des canaux pour la circulation de fluide caloporteur.Advantageously, the reactor-exchanger (4) is a structured catalytic reactor-exchanger or a fixed-bed exchanger reactor. It comprises channels for the circulation of reactive fluid, which are filled with a catalyst in the form of powder and / or grains and channels for the circulation of heat transfer fluid.

L'introduction des fluides réactifs résultant des sources (2, 3) dans la boucle se fait soit juste au niveau de l'entrée du réacteur-échangeur, soit juste après la sortie de ce dernier. Pour réaliser ce choix, il faut tenir compte de la composition des fluides provenant des sources, l'objectif étant d'entrer dans le réacteur avec une teneur en hydrocarbure, notamment en méthane et vapeur d'eau minimale afin d'être dans les conditions les plus favorables à la réaction de méthanation. Ainsi une source dioxyde de carbone et/ou de monoxyde de carbone contenant de l'eau devra, de préférence, entrer en amont du condenseur (5) comme décrit dans la figure 2. Au contraire les sources dioxyde de carbone et/ou monoxyde de carbone et de dihydrogène pures pourront être directement injectées dans la boucle juste en amont du réacteur (4).The introduction of the reactive fluids resulting from the sources (2, 3) into the loop is done either just at the inlet of the reactor-exchanger, or just after the outlet of the latter. To make this choice, account must be taken of the composition of the fluids coming from the sources, the objective being to enter the reactor with a minimum hydrocarbon content, in particular methane and water vapor in order to be in the conditions most favorable to the methanation reaction. Thus a source of carbon dioxide and / or carbon monoxide containing water should preferably enter upstream of the condenser (5) as described in FIG. 2. On the contrary, the sources of carbon dioxide and / or carbon monoxide pure carbon and dihydrogen can be directly injected into the loop just upstream of the reactor (4).

Le condenseur (5) permet de séparer et d'évacuer la vapeur d'eau résultant des réactions de Sabatier et/ou Fischer-Tropsch d'hydrocarbure (méthane) et des autres gaz. Le condenseur (5) est relié au réacteur-échangeur (4) via les moyens de circulation et de valorisation (10). Il comprend principalement au moins une entrée de fluide résultant du réacteur-échangeur (4) et deux sorties de fluide dont l'un comprenant au moins un moyen de récupération de la vapeur d'eau produite (6) et l'autre destinée à la circulation du fluide non séparé dans boucle (1) via les moyens de circulation et de valorisation (10) (circulation du fluide non séparé en vue de l'injecter dans le séparateur (8) pour la production d'hydrocarbure avec un pureté accrue).The condenser (5) makes it possible to separate and evacuate the water vapor resulting from the Sabatier and / or Fischer-Tropsch reactions of hydrocarbon (methane) and other gases. The condenser (5) is connected to the reactor-exchanger (4) via the circulation and recovery means (10). It mainly comprises at least one fluid inlet resulting from the reactor-exchanger (4) and two fluid outlets, one of which comprises at least one means for recovering the water vapor produced (6) and the other intended for the circulation of the non-separated fluid in the loop (1) via the circulation and recovery means (10) (circulation of the non-separated fluid with a view to injecting it into the separator (8) for the production of hydrocarbon with increased purity) .

Selon l'invention, le condenseur (5) est dimensionné pour liquéfier de la vapeur d'eau.According to the invention, the condenser (5) is dimensioned to liquefy water vapor.

Le séparateur (8) est relié au condenseur (5) via les moyens de circulation et de valorisation (10). Il permet de séparer et d'évacuer l'hydrocarbure, notamment le méthane des autres gaz résultant du condenseur (5). Ce séparateur (8) comprend une entrée de fluide résultant du condenseur (5) et deux sorties de fluide dont l'un comprend au moins un moyen de récupération (7) d'hydrocarbure pur produit par les réactions de Sabatier et/ou de Fischer-Tropsch et l’autre assurant la valorisation des fluides non transformés via les moyens de circulation et de valorisation (10) du fluide non séparé, ainsi est assuré la continuité de la boucle (1). Le fluide non séparé est injecté dans le compresseur (9) puis dans le réacteur-échangeur (4).The separator (8) is connected to the condenser (5) via the circulation and recovery means (10). It makes it possible to separate and evacuate the hydrocarbon, in particular methane from the other gases resulting from the condenser (5). This separator (8) comprises a fluid inlet resulting from the condenser (5) and two fluid outlets, one of which comprises at least one means of recovery (7) of pure hydrocarbon produced by the Sabatier and / or Fischer reactions -Tropsch and the other ensuring the recovery of unprocessed fluids via the circulation and recovery means (10) of the non-separated fluid, thus ensuring the continuity of the loop (1). The non-separated fluid is injected into the compressor (9) then into the reactor-exchanger (4).

Avantageusement, le séparateur (8) est un réacteur-échangeur ou un purificateur de type séparation membranaire ou séparation par adsorption ou par inversion de pression.Advantageously, the separator (8) is a reactor-exchanger or a purifier of the membrane separation type or separation by adsorption or by pressure inversion.

Le compresseur (9) est relié au séparateur (8) et au réacteur-échangeur (4) via les moyens de circulation et de valorisation (10). Il permet de valoriser et de faire circuler le fluide non séparé dans la boucle (1) avec un débit adapté de manière à assurer la continuité de la réaction d'hydrogénation catalytique et de compenser les pertes de charges résultant des différents équipements de la boucle (1). Ce compresseur (9) comprend une entrée et une sortie de fluide et des moyens automatiques de régulation de la pression et/ou du débit.The compressor (9) is connected to the separator (8) and to the reactor-exchanger (4) via the circulation and recovery means (10). It makes it possible to enhance and circulate the non-separated fluid in the loop (1) with an adapted flow rate so as to ensure the continuity of the catalytic hydrogenation reaction and to compensate for the pressure losses resulting from the various devices of the loop ( 1). This compressor (9) comprises a fluid inlet and outlet and automatic means for regulating the pressure and / or the flow rate.

Le système de production d'hydrocarbure de formule CnH2n+2 avec n compris entre 1 et 15 selon l'invention fonctionne de la manière suivante :The hydrocarbon production system of formula CnH2n + 2 with n between 1 and 15 according to the invention operates as follows:

Etape 1 : des sources (2, 3) sont introduites dans un réacteur-échange (4), un fluide réactif comprenant un mélange de dioxyde de carbone et/ou monoxyde de carbone et du dihydrogène. Via les moyens de circulation et de valorisation (10), ce fluide réactif est porté en entrée du réacteur-échangeur (4) à une pression de travail correspondant à la pression de fonctionnement du réacteur-échangeur (4), de ce fait, la circulation de ce fluide réactif dans le réacteur-échangeur (4) déclenche, en présence du catalyseur, la réaction de méthanation catalytique de Sabatier et/ou de Fischer-Tropsch via l'hydrogénation catalytique du dioxyde de carbone ou du monoxyde de carbone en hydrocarbure de synthèse, notamment en méthane de synthèse, en vapeur d'eau et autres gaz.Step 1: sources (2, 3) are introduced into an exchange reactor (4), a reactive fluid comprising a mixture of carbon dioxide and / or carbon monoxide and dihydrogen. Via the circulation and recovery means (10), this reactive fluid is brought to the inlet of the reactor-exchanger (4) at a working pressure corresponding to the operating pressure of the reactor-exchanger (4), thereby circulation of this reactive fluid in the reactor-exchanger (4) triggers, in the presence of the catalyst, the catalytic methanation reaction of Sabatier and / or Fischer-Tropsch via the catalytic hydrogenation of carbon dioxide or carbon monoxide to hydrocarbon synthesis, including synthetic methane, water vapor and other gases.

Etape 2 : les gaz en sortie du réacteur-échangeur (4) résultant de la réaction de méthanation catalytique de Sabatier sont injectés dans le condenseur (5) via les moyens (10) pour séparer, liquéfier et récupérer la vapeur d'eau résultant de cette réaction de méthanation notamment les réactions de Sabatier et/ou de Fischer-Tropsch. L'eau liquéfiée résultant est recueillie dans le moyen (6) adapté à cet effet. Les autres gaz résultant de la réaction de méthanation, y compris le l'hydrocarbure, notamment le méthane, et les vapeurs d'eau non liquéfiée, sont injectés, via les moyens (10) dans le séparateur (8).Step 2: the gases leaving the reactor-exchanger (4) resulting from the Sabatier catalytic methanation reaction are injected into the condenser (5) via the means (10) to separate, liquefy and recover the water vapor resulting from this methanation reaction, in particular the Sabatier and / or Fischer-Tropsch reactions. The resulting liquefied water is collected in the means (6) suitable for this purpose. The other gases resulting from the methanation reaction, including the hydrocarbon, in particular methane, and the vapors of non-liquefied water, are injected, via the means (10) into the separator (8).

Etape 3 : le séparateur (8) sépare à cet effet l'hydrocarbure (le méthane) résultant de la réaction de méthanation des autres gaz. Selon la qualité de ce séparateur (8), une partie de l'hydrocarbure peut ne pas être séparée et reste avec les autres gaz. L'hydrocarbure (le méthane) séparé est recueilli dans le moyen (7) dédié à cet effet. Les gaz non séparés sont injectés via les moyens (10) dans le compresseur (9). La séparation permet d'obtenir un flux de méthane de haute qualité.Step 3: the separator (8) separates for this purpose the hydrocarbon (methane) resulting from the methanation reaction of the other gases. Depending on the quality of this separator (8), part of the hydrocarbon may not be separated and remains with the other gases. The separated hydrocarbon (methane) is collected in the means (7) dedicated for this purpose. The non-separated gases are injected via the means (10) into the compressor (9). The separation provides a high quality methane flow.

Etape 4 : Le compresseur autorégulant (9) régule le débit et la pression des gaz résultant du séparateur (8) pour les porter à une pression et débit nominale correspondant au fonctionnement du réacteur échangeur (4), bien sûr en tenant compte de la nature du catalyseur via une mesure de taux de conversion des réactions de Sabatier et/ou de Fischer-Tropsch, de la température de la boucle et permettre la circulation (la valorisation) des gaz pour compenser les pertes des charges engendrées par les différents équipements de la boucle, en particulier par le moyen séparation (8) souvent générateur de fortes pertes de charges. Ces gaz résultant du compresseur, à une pression et un débit autorégulé, sont injectés de nouveau dans le réacteur-échangeur pour poursuivre la réaction de méthanation en vue d'obtenir un méthane de synthèse à une teneur accrue supérieure à 90%.Step 4: The self-regulating compressor (9) regulates the flow and pressure of the gases resulting from the separator (8) to bring them to a nominal pressure and flow corresponding to the operation of the exchanger reactor (4), of course taking into account the nature of the catalyst via a measurement of the conversion rate of the Sabatier and / or Fischer-Tropsch reactions, of the temperature of the loop and allow the circulation (recovery) of the gases to compensate for the losses of charges generated by the various equipment of the loop, in particular by the separation means (8) often generating high pressure drops. These gases resulting from the compressor, at a pressure and a self-regulated flow rate, are injected again into the reactor-exchanger to continue the methanation reaction in order to obtain synthetic methane with an increased content greater than 90%.

Etape 5 : le processus se répète jusqu'à la conversion complète et/ou épuisement des fluide réactifs et l'obtention d'un taux de conversion supérieur à 90% en méthane, ainsi est défini la boucle réactionnelle de circulation (1). Le fluide valorisé est mélangé avec le fluide injecté dans la boucle par les sources (1, 2).Step 5: the process is repeated until the complete conversion and / or exhaustion of the reactive fluids and obtaining a conversion rate greater than 90% into methane, thus the reaction circulation loop is defined (1). The recovered fluid is mixed with the fluid injected into the loop by the sources (1, 2).

Il faut bien noter que la plupart des systèmes de méthanation connus de l'état de l'art compensent le vieillissement du catalyseur par l'augmentation de la température et/ou de la pression opératoire. Si cette méthode fonctionne avec un taux de conversion inférieur à 90%, elle a l'inconvénient de rendre les conditions opératoires défavorables au catalyseur, ce qui accélère son vieillissement (la perte d'activité du catalyseur). L'invention a la particularité d'utiliser la circulation-valorisation pour permettre de maintenir une conversion performante via la réaction de méthanation catalytique de Sabatier et/ou de Fischer-Tropsch sans augmenter la sévérité des conditions opératoires (température et pression) et de limiter au maximum le vieillissement afin de diminuer la fréquence des opérations de maintenance.It should be noted that most of the methanation systems known in the state of the art compensate for the aging of the catalyst by increasing the temperature and / or the operating pressure. If this method works with a conversion rate of less than 90%, it has the disadvantage of making the operating conditions unfavorable for the catalyst, which accelerates its aging (the loss of activity of the catalyst). The invention has the particularity of using circulation-recovery to enable efficient conversion to be maintained via the catalytic methanation reaction of Sabatier and / or Fischer-Tropsch without increasing the severity of the operating conditions (temperature and pressure) and of limiting aging as much as possible in order to reduce the frequency of maintenance operations.

En référence à la figure 2, les gaz résultant des sources (2, 3) sont injectés dans la boucle de circulation-recirculation (1) en amont du condenseur (5). Ce mode de réalisation est adapté pour une source riche en dihydrogène comportant une part importante d'eau.With reference to FIG. 2, the gases resulting from the sources (2, 3) are injected into the circulation-recirculation loop (1) upstream of the condenser (5). This embodiment is suitable for a source rich in dihydrogen comprising a large part of water.

En référence à la figure 3, les gaz résultant des sources (2) sont injectés dans la boucle (1) en amont du réacteur-échangeur et les gaz résultant des sources (3) sont injectés dans la boucle de (1) en amont du condenseur (5). Ce mode de réalisation est adapté pour une source riche en hydrocarbure, notamment en méthane.With reference to FIG. 3, the gases resulting from the sources (2) are injected into the loop (1) upstream of the reactor-exchanger and the gases resulting from the sources (3) are injected into the loop of (1) upstream of the condenser (5). This embodiment is suitable for a source rich in hydrocarbons, in particular methane.

Avantageusement, le système comprend plusieurs réacteurs échangeur montés en série ou en parallèle pour améliorer le taux de conversion du dioxyde de carbone et du dihydrogène et obtenir en sortie un taux de conversion en hydrocarbure, notamment en méthane supérieur à 90% de préférence supérieur à 98%.Advantageously, the system comprises several exchanger reactors mounted in series or in parallel to improve the conversion rate of carbon dioxide and of dihydrogen and to obtain at the output a conversion rate into hydrocarbon, in particular into methane, greater than 90% preferably greater than 98 %.

Dans le cas où le système comprend plusieurs réacteurs échangeurs (4) en série, seul le premier réacteur-échangeur (4) est capable de réaliser une méthanation quantitative, les autres réacteurséchangeurs (4) étant adaptés pour réaliser une méthanation qualitative par la purification de l'hydrocarbure (méthane) en sortie et la valorisation des autres gaz via la circulation et la valorisation dans la boucle (1). Les autres réacteurs-échangeurs (4) sont dans ce cas utilisés comme étant des purificateurs.In the case where the system comprises several exchanger reactors (4) in series, only the first exchanger reactor (4) is capable of carrying out quantitative methanation, the other exchanger reactors (4) being adapted to carry out qualitative methanation by purification of the hydrocarbon (methane) at the outlet and the recovery of other gases via circulation and recovery in the loop (1). The other reactor-exchangers (4) are in this case used as being purifiers.

Dans le cas où le système comprend plusieurs réacteurs-échangeurs en parallèle, tous les réacteurs échangeurs sont adaptés pour réaliser une conversion quantitative via les réactions de Sabatier et/ou de Fischer-Tropsch pour augmenter de la production, c'est-à-dire, plus de gaz en entrée et plus de gaz en sortie.In the case where the system comprises several reactor-exchangers in parallel, all the exchanger reactors are adapted to carry out a quantitative conversion via the Sabatier and / or Fischer-Tropsch reactions to increase production, that is to say , more inlet gas and more outlet gas.

La figure 4 montre une courbe de conversion du dioxyde de carbone dans le réacteur-échangeur en fonction de l'autorégulation du débit en entrée du réacteur-échangeur, mettant en évidence la maîtrise du vieillissement du catalyseur. Lorsque l'activité du catalyseur diminue, notamment la durée de vie du catalyseur diminue, le taux de conversion du dioxyde de carbone chute et le débit de gaz augmente afin de maintenir une production quasiment constante d'hydrocarbure en sortie avec une teneur accrue supérieure à 90%. Ainsi, même avec un catalyseur vieillissant, il est possible de produire d'hydrocarbure (du méthane) à une teneur accrue via une augmentation de la valorisation (circulation du fluide pour valorisation).FIG. 4 shows a curve for the conversion of carbon dioxide in the reactor-exchanger as a function of the self-regulation of the flow rate at the inlet of the reactor-exchanger, showing the control of the aging of the catalyst. When the activity of the catalyst decreases, in particular the lifetime of the catalyst decreases, the conversion rate of carbon dioxide drops and the gas flow rate increases in order to maintain an almost constant production of hydrocarbon at the output with an increased content greater than 90%. Thus, even with an aging catalyst, it is possible to produce hydrocarbon (methane) at an increased content via an increase in recovery (circulation of the fluid for recovery).

Avantageusement, la boucle réactionnelle de circulation (1) comprend en outre un mélangeur, un échangeur de chaleur, un capteur de température et un capteur de débit. Avantageusement, la boucle 1 comprend au moins deux mélangeurs, de préférence un mélangeur en amont du réacteur-échangeur (4) et/ou un mélangeur en amont du condenseur (5), permettant de mélanger le fluide réactif circulant et valorisé dans ladite boucle (1).Advantageously, the circulation reaction loop (1) further comprises a mixer, a heat exchanger, a temperature sensor and a flow sensor. Advantageously, the loop 1 comprises at least two mixers, preferably a mixer upstream of the reactor-exchanger (4) and / or a mixer upstream of the condenser (5), making it possible to mix the reactive fluid circulating and recovered in said loop ( 1).

Avantageusement, la boucle (1) comprend au moins un échangeur de chaleur en amont et/ou en aval du réacteur-échangeur, en amont et/ou en aval du séparateur pour refroidir et/ou éviter la condensation et enfin porter les gaz circulant dans la boucle (1) à une température opérationnelle prédéterminée pour la réaction de méthanation.Advantageously, the loop (1) comprises at least one heat exchanger upstream and / or downstream of the reactor-exchanger, upstream and / or downstream of the separator to cool and / or avoid condensation and finally carry the gases circulating in the loop (1) at a predetermined operating temperature for the methanation reaction.

Plusieurs capteurs de température sont placés dans la boucle (1), notamment au niveau du réacteur-échangeur (4) ou autres échangeurs pour contrôler la gestion de la température desdits échangeurs et/ou du réacteur-échangeur (4). De préférence, ces capteurs sont des thermocouples ou des sondes à résistance.Several temperature sensors are placed in the loop (1), in particular at the level of the reactor-exchanger (4) or other exchangers to control the management of the temperature of said exchangers and / or of the reactor-exchanger (4). Preferably, these sensors are thermocouples or resistance probes.

Egalement, plusieurs capteurs de débits sont placés dans la boucle (1), notamment au niveau des vannes, notamment en entrée et sorties des différents équipement constituant la boucle (1), pour contrôler, réguler et gérer de manière autonome les débits de fluide réactif circulant dans la boucle (1) et le débit de fluide venant des différents sources et entrant dans la boucle (1) et afin de respecter la stœchiométrie voulue en entrée du réacteur-échangeur (4).Also, several flow sensors are placed in the loop (1), in particular at the level of the valves, in particular at the input and output of the various equipment constituting the loop (1), to control, regulate and manage autonomously the flow rates of reactive fluid. circulating in the loop (1) and the fluid flow rate coming from the different sources and entering the loop (1) and in order to respect the desired stoichiometry at the inlet of the reactor-exchanger (4).

Selon d'autres variantes de réalisation, la source (2) de dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone est reliée en amont du condenseur (5) et la source (3) de dihydrogène est directement reliée à l'entrée du réacteur-échangeur (4). Ce principe est adapté au système avec une source riche en méthane par exemple une unité de méthanisation, dans l'objectif de valoriser ledit méthane via la réaction de méthanation.According to other alternative embodiments, the source (2) of carbon dioxide and / or carbon monoxide is connected upstream of the condenser (5) and the source (3) of dihydrogen is directly connected to the inlet of the reactor. -exchanger (4). This principle is suitable for the system with a rich source of methane, for example a methanation unit, with the aim of recovering said methane via the methanation reaction.

Selon d'autres variantes de réalisation, la source (2) de dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone et la source (3) de dihydrogène sont reliées en amont du réacteur-échangeur (4) ou à l'entrée condenseur. Ce principe est adapté au système avec une source pauvre en méthane par exemple une unité de captage de dioxyde ou monoxyde de carbone, dans l'objectif de recycler lesdits gaz par la production du méthane via la méthanation catalytique.According to other alternative embodiments, the source (2) of carbon dioxide and / or carbon monoxide and the source (3) of dihydrogen are connected upstream of the reactor-exchanger (4) or to the condenser inlet. This principle is suitable for the system with a poor methane source, for example a carbon dioxide or carbon monoxide capture unit, with the objective of recycling said gases by producing methane via catalytic methanation.

Avantageusement, le fluide circulant dans le moyen (10) entre la sortie du réacteur-échangeur (4) et l'entrée du condenseur (5) est un mélange comprenant du méthane, du dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone, du dihydrogène et des vapeurs d'eau.Advantageously, the fluid circulating in the means (10) between the outlet of the reactor-exchanger (4) and the inlet of the condenser (5) is a mixture comprising methane, carbon dioxide and / or carbon monoxide, hydrogen and water vapors.

Le fluide circulant dans le moyen (10) entre la sortie du condenseur (4) et l'entrée du séparateur (8) est un mélange comprenant du méthane, du dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone et du dihydrogène.The fluid flowing in the means (10) between the outlet of the condenser (4) and the inlet of the separator (8) is a mixture comprising methane, carbon dioxide and / or carbon monoxide and dihydrogen.

Le fluide circulant dans le moyen (10) entre la sortie du compresseur (9) et l'entrée du réacteuréchangeur (4) est un mélange comprenant du méthane, du dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone, du dihydrogène et éventuellement des vapeurs d'eau et autres gaz. Ceuxci pour mieux valoriser les gaz non purifiés et améliorer la purification du méthane en sortie du séparateur.The fluid circulating in the means (10) between the outlet of the compressor (9) and the inlet of the heat exchanger reactor (4) is a mixture comprising methane, carbon dioxide and / or carbon monoxide, dihydrogen and possibly water vapors and other gases. These to better recover unpurified gases and improve the purification of methane leaving the separator.

Les différents moyens constituant la boucle (1) sont adaptés, en termes de contrainte mécanique, pour pouvoir fonctionner avec un débit de fluide ajustable en fonction du taux de conversion.The different means constituting the loop (1) are adapted, in terms of mechanical stress, to be able to operate with an adjustable fluid flow rate as a function of the conversion rate.

Pour un bon contrôle de débit, la boucle (1) comprend au moins un moyen de mesure de débit couplé à un moyen de calcul, lesdits moyens étant capables de réguler le débit du fluide circulant dans ladite boucle (1) de manière à maintenir la pureté d'hydrocarbure de synthèse en sortie à une teneur supérieure à 90%. Ce moyen de calcul peut être couplé à un système d'asservissement et de contrôle.For good flow control, the loop (1) comprises at least one flow measurement means coupled to a calculation means, said means being capable of regulating the flow rate of the fluid circulating in said loop (1) so as to maintain the purity of synthetic hydrocarbon at output at a content greater than 90%. This calculation means can be coupled to a servo and control system.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention, la boucle réactionnelle (1) comprend au moins un moyen de mesure du taux de conversion catalytique couplé au moyen de calcul, lesdits moyens étant capables d'évaluer le vieillissement du catalyseur et de réguler le débit du fluide circulant dans ladite boucle de manière à maintenir la pureté d'hydrocarbure de synthèse en sortie à une teneur supérieure à 90%.According to other characteristics of the invention, the reaction loop (1) comprises at least one means for measuring the catalytic conversion rate coupled to the calculation means, said means being capable of evaluating the aging of the catalyst and of regulating the flow rate of the fluid circulating in said loop so as to maintain the purity of synthetic hydrocarbon at the outlet at a content greater than 90%.

Il convient de noter que l'introduction des gaz réactifs est faite soit juste avant le réacteuréchangeur, soit après le réacteur-échangeur, de manière à utiliser au mieux la surface d'échange. Dans certains cas, il est possible d'introduire les réactifs frais en amont de la pompe (selon la pression des sources), de manière à profiter de la plus faible pression à cet endroit pour les aspirer et ainsi pour réaliser un mélange rapide des réactifs frais avec le milieu réactionnel.It should be noted that the introduction of the reactive gases is made either just before the reactor-exchanger, or after the reactor-exchanger, so as to make the best use of the exchange surface. In some cases, it is possible to introduce fresh reagents upstream of the pump (depending on the pressure of the sources), so as to take advantage of the lower pressure at this point to suck them up and thus to achieve a rapid mixing of the reagents fresh with the reaction medium.

La conception d'un tel système de méthanation tient compte du temps de séjour des réactifs dans la boucle (1), le volume total de milieu réactionnel étant déterminé, celui des moyens (6, 7) de récupération est déduite des volumes correspondant à la boucle (1). Le débit de circulation est compris entre 1 et 20 fois le débit d'alimentation. Ainsi, lorsque le catalyseur a une faible activité et pour un taux de circulation égal à 20 fois, la teneur en méthane produite reste quasiment inchangée. Le rapport entre le débit de circulation et le débit d'injection de gaz dans la boucle (1) devrait être d'autant plus que la conversion est plus importante.The design of such a methanation system takes account of the residence time of the reactants in the loop (1), the total volume of reaction medium being determined, that of the recovery means (6, 7) is deducted from the volumes corresponding to the buckle (1). The circulation flow is between 1 and 20 times the supply flow. Thus, when the catalyst has a low activity and for a circulation rate equal to 20 times, the methane content produced remains almost unchanged. The ratio between the circulation flow rate and the gas injection flow rate in the loop (1) should be all the more the greater the conversion.

Un autre élément à prendre en compte pour autoréguler le taux de circulation est relatif à l'échange thermique. En effet, la différence de température entre l'entrée et la sortie du réacteur-échangeur sera d'autant plus faible que le taux de circulation (valorisation) sera plus élevé.Another element to take into account to self-regulate the circulation rate relates to the heat exchange. Indeed, the temperature difference between the inlet and the outlet of the reactor-exchanger will be lower the higher the circulation rate (recovery).

Les différents moyens constituant la boucle réactionnelle (1) sont adaptés, en termes de contrainte mécanique et thermique, pour pouvoir fonctionner avec un débit de fluide ajustable en fonction du taux de conversion. Les dimensions de chaque section de la boucle (1) sont choisies de manière à respecter ces contraintes, elles sont déterminées en fonction du besoin en fluide. Une fois le dimensionnement de la boucle (1) réalisé, la première étape pour la conception d'une boucle de circulation et de valorisation (1) en vue de faire circuler et valoriser les fluides consiste à évaluer le rythme auquel cette boucle (1) perdra de la chaleur.The different means constituting the reaction loop (1) are adapted, in terms of mechanical and thermal stress, to be able to operate with an adjustable fluid flow rate as a function of the conversion rate. The dimensions of each section of the loop (1) are chosen so as to respect these constraints, they are determined according to the need for fluid. Once the design of the loop (1) has been completed, the first step in the design of a circulation and recovery loop (1) in order to circulate and enhance the fluids consists in evaluating the rate at which this loop (1) will lose heat.

On voit donc qu'il est possible de réaliser de façon industrielle un système de production d'hydrocarbure de synthèse de formule CnH2n+2 avec n compris entre 1 et 15, avec un taux de conversion en hydrocarbure de synthèse supérieur à 90%, à partir des réactions catalytiques de Sabatier et/ou Fischer-Tropsch, directement utilisable même avec un vieillissement du catalyseur prononcé et en valorisant de manière raisonnable des gaz réactifs, c'est-à-dire sans perte de gaz réactif.It can therefore be seen that it is possible to industrially produce a system for the production of synthetic hydrocarbon of formula CnH2n + 2 with n between 1 and 15, with a conversion rate to synthetic hydrocarbon greater than 90%, at starting from the catalytic reactions of Sabatier and / or Fischer-Tropsch, directly usable even with a pronounced aging of the catalyst and by developing reactive gases in a reasonable manner, that is to say without loss of reactive gas.

Contrairement aux préjugés qui consistaient à croire qu'il est difficile de produire d'hydrocarbure de synthèse, notamment du méthane de synthèse, à une teneur supérieure à 90% sans perte de réactif avec les réactions Sabatier et/ou Fischer-Tropsch, il est désormais possible de dimensionner et fabriquer un système de méthanation mettant en évidence les réactions Sabatier et/ou Fischer-Tropsch, capable de produire d'hydrocarbure, notamment du méthane à une 10 teneur supérieure à 90% sans perte et même avec une faible activité du catalyseur tout en recyclant des gaz réactifs. II est donc possible de faire circuler et valoriser les gaz via la boucle de circulation et de valorisation (1) autorégulé pour produire un hydrocarbure de synthèse très concentré.Contrary to the prejudices which consisted in believing that it is difficult to produce synthetic hydrocarbon, in particular synthetic methane, at a content greater than 90% without loss of reagent with the Sabatier and / or Fischer-Tropsch reactions, it is now possible to size and manufacture a methanation system demonstrating the Sabatier and / or Fischer-Tropsch reactions, capable of producing hydrocarbon, in particular methane at a content greater than 90% without loss and even with a low activity of the catalyst while recycling reactive gases. It is therefore possible to circulate and recover the gases via the self-regulating circulation and recovery loop (1) to produce a highly concentrated synthetic hydrocarbon.

Le système de méthanation selon l'invention n'est nullement limité aux modes de réalisation 15 décrits et représentés mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit, particulièrement dans d'autres domaines techniques de la conversion catalytique.The methanation system according to the invention is in no way limited to the embodiments described and shown, but a person skilled in the art will know how to make any variant which conforms to his spirit, particularly in other technical fields of catalytic conversion.

Claims (9)

1) Système de production d'hydrocarbure de synthèse de formule CnH2n+2 avec n compris entre 1 et 15, a conversion élevée, supérieure à 90%, avec valorisation d'au moins un fluide et a vieillissement maîtrise, à partir des réactions de Fischer-Tropsch et/ou de Sabatier, comprenant au moins une source (2) de dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone et au moins une source (3) de dihydrogène, lesdites sources étant capable de produire et d'injecter lesdits fluides dans une boucle réactionnelle de circulation (1) adaptée à la circulation et à la valorisation d'un fluide avec un débit régulé tenant compte de la nature du catalyseur, lesdits fluides circulant dans ladite boucle réactionnelle de circulation (1) étant constitué d'un mélange de dihydrogène, de monoxyde de carbone et/ou de dioxyde de carbone, d'hydrocarbure et d'autres gaz, ladite boucle réactionnelle de circulation (1) comprenant :1) Synthetic hydrocarbon production system of formula CnH2n + 2 with n between 1 and 15, with high conversion, greater than 90%, with recovery of at least one fluid and with controlled aging, from the reactions of Fischer-Tropsch and / or Sabatier, comprising at least one source (2) of carbon dioxide and / or carbon monoxide and at least one source (3) of dihydrogen, said sources being capable of producing and injecting said fluids in a reaction circulation loop (1) suitable for the circulation and recovery of a fluid with a regulated flow taking into account the nature of the catalyst, said fluids circulating in said reaction circulation loop (1) consisting of a mixture of dihydrogen, carbon monoxide and / or carbon dioxide, hydrocarbon and other gases, said circulation reaction loop (1) comprising: des moyens de circulation et valorisation de fluide (10), des moyens de régulation de débit capable de réguler le débit de fluide dans la boucle (1), au moins un réacteur-échangeur (4) adapté pour les réactions Sabatier et/ou FischerTropsch, notamment pour la réaction d'hydrogénation catalytique du dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone en méthane de synthèse, en vapeur d'eau et autres gaz, ledit réacteur-échangeur comprenant au moins une entrée de fluide réactif et au moins une sortie de fluide, au moins un condenseur (5), relié au réacteur-échangeur via les moyens de circulation (10), capable de séparer et d'évacuer la vapeur d'eau résultant des réactions Sabatier et/ou Fischer-Tropsch des autres gaz, ledit condenseur (5) comprenant au moins une entrée de fluide résultant du réacteur-échangeur (4) et deux sorties de fluide dont l'un comprenant au moins un moyen récupération de la vapeur d'eau produite (6) et l'autre destinée à la circulation du fluide non séparé dans boucle via les moyens de circulation (10), au moins un séparateur (8), relié au condenseur (5) via les moyens de circulationrecirculation (10), capable de séparer et d'évacuer le méthane résultant du condenseur (5) des autres gaz, ledit séparateur (8) comprenant une entrée de fluide réactif et deux sorties de fluide réactif dont l'un comprenant au moins un moyen de récupération d'hydrocarbure, notamment du méthane, produit (7) et l'autre assurant la continuité de la boucle (1) par la circulation et la valorisation du fluide réactif non séparé, au moins un compresseur (9), relié au séparateur (8) et au réacteur-échangeur (4) via les moyens de circulation et de valorisation (10), capable de valoriser et de faire circuler le fluide réactif non séparé de la boucle (1) avec un débit adapté de manière à assurer la continuité de la réaction d'hydrogénation catalytique et compenser les pertes de charges résultant des différents équipements de la boucle (1), ledit compresseur (9) comprenant une entrée et une sortie de fluide.means for circulating and upgrading fluid (10), means for regulating flow capable of regulating the flow of fluid in the loop (1), at least one reactor-exchanger (4) suitable for the Sabatier and / or FischerTropsch reactions , in particular for the catalytic hydrogenation reaction of carbon dioxide and / or carbon monoxide into synthetic methane, water vapor and other gases, said reactor-exchanger comprising at least one inlet for reactive fluid and at least one fluid outlet, at least one condenser (5), connected to the reactor-exchanger via the circulation means (10), capable of separating and evacuating the water vapor resulting from the Sabatier and / or Fischer-Tropsch reactions from the others gas, said condenser (5) comprising at least one fluid inlet resulting from the reactor-exchanger (4) and two fluid outlets, one of which comprising at least one means for recovering the water vapor produced (6) and the other intended for the circulation of fluid not separated in the loop via the circulation means (10), at least one separator (8), connected to the condenser (5) via the circulation recirculation means (10), capable of separating and evacuating the methane resulting from the condenser ( 5) of other gases, said separator (8) comprising a reactive fluid inlet and two reactive fluid outlets, one of which comprises at least one means for recovering hydrocarbon, in particular methane, product (7) and the other ensuring the continuity of the loop (1) by circulation and recovery of the non-separated reactive fluid, at least one compressor (9), connected to the separator (8) and to the reactor-exchanger (4) via the circulation and recovery (10), capable of recovering and circulating the reactive fluid not separated from the loop (1) with a suitable flow rate so as to ensure the continuity of the catalytic hydrogenation reaction and compensate for the pressure losses resulting from the different teams elements of the loop (1), said compressor (9) comprising an inlet and an outlet for fluid. 2) Système de production selon la revendication 1 caractérisé en ce que la boucle réactionnelle de circulation (1) comprend en outre :2) Production system according to claim 1 characterized in that the reaction circulation loop (1) further comprises: au moins un mélangeur capable de mélanger le fluide réactif circulant dans ladite boucle réactionnelle de circulation (1).at least one mixer capable of mixing the reactive fluid circulating in said reaction circulation loop (1). Au moins un échangeur de chaleur capable de refroidir, d'éviter la condensation et porter les gaz circulant dans la boucle (1) à une température opérationnelle prédéterminée,At least one heat exchanger capable of cooling, preventing condensation and bringing the gases circulating in the loop (1) to a predetermined operating temperature, 3) Système de production selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la boucle réactionnelle de circulation (1) comprend en outre :3) Production system according to claim 1 or 2 characterized in that the reaction circulation loop (1) further comprises: au moins un capteur de température capable de contrôler la gestion de la température dudit échangeurs et/ou du réacteur-échangeur (4).at least one temperature sensor capable of controlling the management of the temperature of said exchanger and / or of the reactor-exchanger (4). Au moins un capteur de débit capable de contrôler, de réguler et gérer de manière autonome les débits de fluide réactif circulant dans la boucle (1) et le débit de fluide venant des différentes sources et entrant dans la boucle (1) afin de respecter la stœchiométrie voulue en entrée du réacteur-échangeur (4).At least one flow sensor capable of controlling, regulating and managing autonomously the flow rates of reactive fluid circulating in the loop (1) and the flow of fluid coming from the different sources and entering the loop (1) in order to respect the desired stoichiometry at the inlet of the reactor-exchanger (4). 4) Système de production selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la source (2) de dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone est directement reliée en amont du condenseur (5) et la source (3) de dihydrogène est directement reliée en amont du réacteur-échangeur (4).4) Production system according to any one of the preceding claims, characterized in that the source (2) of carbon dioxide and / or carbon monoxide is directly connected upstream of the condenser (5) and the source (3) of dihydrogen is directly connected upstream of the reactor-exchanger (4). 5) Système de production selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la source (2) de dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone et la source (3) de dihydrogène sont directement reliées en amont du réacteur-échangeur (4) ou en amont condenseur.5) Production system according to any one of the preceding claims, characterized in that the source (2) of carbon dioxide and / or carbon monoxide and the source (3) of dihydrogen are directly connected upstream of the reactor-exchanger (4) or upstream of the condenser. 6) Système de production selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que :6) Production system according to any one of the preceding claims, characterized in that: le fluide circulant dans le moyen de circulation et de valorisation (10) entre la sortie du réacteur-échangeur (4) et l'entrée du condenseur (5) est un mélange comprenant au moins un hydrocarbure, du dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone, du dihydrogène et des vapeurs d'eau et, le fluide circulant dans le moyen de circulation et de valorisation (10) entre la sortie du condenseur (4) et l'entrée du séparateur (8) est un mélange comprenant au moins un hydrocarbure, du dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone et du dihydrogène, le fluide circulant dans le moyen de circulation et de valorisation (10) entre la sortie du compresseur (9) et l'entrée du réacteur-échangeur (4) est un mélange comprenant au moins un hydrocarbure, du dioxyde de carbone et/ou du monoxyde de carbone, du dihydrogène et éventuellement des vapeurs d'eau et autre gaz.the fluid circulating in the circulation and recovery means (10) between the outlet of the reactor-exchanger (4) and the inlet of the condenser (5) is a mixture comprising at least one hydrocarbon, carbon dioxide and / or carbon monoxide, dihydrogen and water vapors and, the fluid circulating in the circulation and recovery means (10) between the outlet of the condenser (4) and the inlet of the separator (8) is a mixture comprising at minus a hydrocarbon, carbon dioxide and / or carbon monoxide and dihydrogen, the fluid circulating in the circulation and recovery means (10) between the outlet of the compressor (9) and the inlet of the reactor-exchanger ( 4) is a mixture comprising at least one hydrocarbon, carbon dioxide and / or carbon monoxide, dihydrogen and optionally water vapors and other gases. 7) Système de production selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les différents moyens constituant la boucle réactionnelle (1) sont adaptés, en terme de contrainte mécanique, pour pouvoir fonctionner avec un débit de fluide ajustable en fonction du taux de conversion.7) Production system according to any one of the preceding claims, characterized in that the different means constituting the reaction loop (1) are adapted, in terms of mechanical stress, to be able to operate with an adjustable fluid flow rate as a function of the rate of conversion. 8) Système de production selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la boucle réactionnelle (1) comprend au moins un moyen de mesure de débit couplé à un moyen de calcul, lesdits moyens étant capables de réguler le débit du fluide circulant dans ladite boucle (1) de manière à maintenir la pureté d'hydrocarbure de synthèse en sortie à une teneur supérieure à 90%.8) Production system according to any one of the preceding claims, characterized in that the reaction loop (1) comprises at least one flow measurement means coupled to a calculation means, said means being capable of regulating the flow of the circulating fluid in said loop (1) so as to maintain the purity of synthetic hydrocarbon at the output at a content greater than 90%. 9) Système de production selon la revendication 8 caractérisé en ce que la boucle réactionnelle (1) comprend au moins un moyen de mesure du taux de conversion catalytique couplé au moyen de calcul, lesdits moyens étant capables d'évaluer le vieillissement du catalyseur et de réguler le débit du fluide circulant dans ladite boucle de manière à maintenir la pureté d'hydrocarbure de synthèse en sortie à une teneur supérieure à 90%.9) Production system according to claim 8 characterized in that the reaction loop (1) comprises at least one means for measuring the catalytic conversion rate coupled to the calculation means, said means being capable of evaluating the aging of the catalyst and of regulate the flow rate of the fluid circulating in said loop so as to maintain the purity of synthetic hydrocarbon at an output at a content greater than 90%. F i G AF i G A RÉPUBLIQUE FRANÇAISE irai — I INSTITUT NATIONALFRENCH REPUBLIC irai - I NATIONAL INSTITUTE DE LA PROPRIÉTÉPROPERTY INDUSTRIELLEINDUSTRIAL RAPPORT DE RECHERCHE PRÉLIMINAIRE établi sur la base des dernières revendications déposées avant le commencement de la recherchePRELIMINARY SEARCH REPORT based on the latest claims filed before the start of the search N° d'enregistrement nationalNational registration number FA 847275FA 847275 FR 1701115FR 1701115 EPO FORM 1503 12.99 (P04C14)EPO FORM 1503 12.99 (P04C14) DOCUMENTS CONSIDÉRÉS COMME PERTINENTS DOCUMENTS CONSIDERED AS RELEVANT Revend ication(s) concernée(s) Relevant claim (s) Classement attribué à l'invention par ΙΊΝΡΙ Classification attributed to the invention by ΙΊΝΡΙ Catégorie Category Citation du document avec indication, en cas de besoin, des parties pertinentes Citation of the document with indication, if necessary, of the relevant parts X A X AT De Saint Jean: Power-to-gas process with high température electrolysis and C02 methanation, 30 novembre 2013 (2013-11-30), XP055475558, Extrait de l'Internet: URL:https://ha1-cea.archi ves-ouvertes.fr/c ea-00958864/document [extrait le 2018-05-16] * page 13 * * pages 7, 10-16 * US 2010/175320 Al (SCHUETZLE DENNIS [US] ET AL) 15 juillet 2010 (2010-07-15) * figures 1-2 * * alinéas [0073] - [0075] * De Saint Jean: Power-to-gas process with high temperature electrolysis and C02 methanation, November 30, 2013 (2013-11-30), XP055475558, Extract from the Internet: URL: https: //ha1-cea.archi ves-ouvertes.fr/c ea-00958864 / document [extract 2018-05-16] * page 13 * * pages 7, 10-16 * US 2010/175320 Al (SCHUETZLE DENNIS [US] ET AL) July 15, 2010 (2010-07-15) * figures 1-2 * * paragraphs [0073] - [0075] * 1-9 1-9 1-9 1-9 C10G2/00 C07C9/04 C10G2 / 00 C07C9 / 04 DOMAINES TECHNIQUES RECHERCHÉS (IPC) TECHNICAL AREAS SOUGHT (IPC) C10G C07C C10G C07C Date d'achèvement de la recherche Examinateur 16 mai 2018 Bernet, Olivier Research Completion Date Examiner May 16, 2018 Bernet, Olivier CATÉGORIE DES DOCUMENTS CITÉS T : théorie ou principe à la base de l'invention E : document de brevet bénéficiant d'une date antérieure X : particulièrement pertinent à lui seul à la date de dépôt et qui n'a été publié qu'à cette date Y : particulièrement pertinent en combinaison avec un de dépôt ou qu'à une date postérieure. autre document de la même catégorie D ; cité dans la demande A : arrière-plan technologique L : cité pour d'autres raisons O : divulaation non-écrite P : document intercalaire & : membre de la même famille, document correspondant CATEGORY OF DOCUMENTS CITED T: theory or principle underlying the invention E: patent document with an earlier date X: particularly relevant on its own at the filing date and which was not published until that date Y: particularly relevant in combination with a deposit or at a later date. other document of the same category D; cited in request A: technological background L: cited for other reasons O: unwritten disclosure P: interlayer document &: member of the same family, corresponding document
ANNEXE AU RAPPORT DE RECHERCHE PRÉLIMINAIREANNEX TO THE PRELIMINARY RESEARCH REPORT RELATIF A LA DEMANDE DE BREVET FRANÇAIS NO. FR 1701115 FA 847275RELATING TO THE FRENCH PATENT APPLICATION NO. FR 1701115 FA 847275 La présente annexe indique les membres de la famille de brevets relatifs aux documents brevets cités dans le rapport de recherche préliminaire visé ci-dessus.This appendix indicates the members of the patent family relating to the patent documents cited in the preliminary search report referred to above. Les dits membres sont contenus au fichier informatique de l'Office européen des brevets à la date dulo-05-2üloThe said members are contained in the computer file of the European Patent Office on the date dulo-05-2ülo Les renseignements fournis sont donnés à titre indicatif et n'engagent pas la responsabilité de l'Office européen des brevets, ni de l'Administration françaiseThe information provided is given for information only and does not engage the responsibility of the European Patent Office or the French Administration
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20100175320A1 (en) * 2006-12-29 2010-07-15 Pacific Renewable Fuels Llc Energy efficient system and process for the continuous production of fuels and energy from syngas

Patent Citations (1)

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US20100175320A1 (en) * 2006-12-29 2010-07-15 Pacific Renewable Fuels Llc Energy efficient system and process for the continuous production of fuels and energy from syngas

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DE SAINT JEAN: "Power-to-gas process with high temperature electrolysis and CO2 methanation", 30 November 2013 (2013-11-30), XP055475558, Retrieved from the Internet <URL:https://hal-cea.archives-ouvertes.fr/cea-00958864/document> [retrieved on 20180516] *

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