WO2011004122A2 - Procédé de production d'hydrocarbures synthétiques à partir de matières carbonées - Google Patents

Procédé de production d'hydrocarbures synthétiques à partir de matières carbonées Download PDF

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Definitions

  • the present invention generally relates to processes for producing synthetic hydrocarbons from carbonaceous materials.
  • Such units must be installed next to a very large source of carbonaceous material, or must be supplied from many smaller sources spread over a large area.
  • the invention aims to provide a synthetic hydrocarbon production process that can be implemented, among other things, far from the important sources of carbonaceous materials, with a low energy cost for supply.
  • the invention relates to a process for producing synthetic hydrocarbons from at least one carbonaceous material, the process comprising the following steps:
  • each basic production unit having an elementary production capacity of between 100 and 1000 barrels per day of synthetic hydrocarbons ; - construct the said number of elementary production units in the said territory;
  • the territory has an area of less than 10 000 km 2 ;
  • the resources of said carbonaceous material come from a plurality of localized sources, the elementary production units being constructed on the same site, said site being less than 200 km from each of the sources of said carbonaceous material;
  • the resources of said carbonaceous material come from a plurality of localized sources, the elementary production units being built on the same site, said site being chosen such that the average distance of said sources of carbonaceous material at said site is less than 100; km;
  • each elementary production unit has an elementary production capacity of between 100 and 500 barrels per day of synthetic hydrocarbons
  • each basic production unit includes:
  • An electrolyzer capable of supplying hydrogen to the conversion module and to the production module of the first hydrocarbon stream and possibly oxygen to the production module of the first gas stream; the conversion module and the production module of the first synthetic hydrocarbon stream are dedicated to the corresponding elementary production unit;
  • the production module of the first gas stream is dedicated to the corresponding elementary production unit
  • the production module of the first gas stream is common to at least two elementary production units
  • each elementary production unit comprises a post-processing module designed to produce at least a second stream of synthetic hydrocarbons from the first stream of synthetic hydrocarbons, the post-treatment module being dedicated to the corresponding elementary production unit;
  • each elementary production unit comprises a post-treatment module designed to produce at least a second stream of synthetic hydrocarbons from the first synthetic hydrocarbon stream, the post-treatment module being common to at least two elementary production units;
  • the electrolyser is dedicated to the corresponding elementary production unit
  • the electrolysers of the elementary production units are supplied with electricity from an electrical distribution network serving at least one electrical consumer other than the elementary production units, the method comprising the following steps:
  • Figure 1 is a step diagram showing the main steps of the method of the invention.
  • FIG. 2 is a schematic representation of the territories considered for the method of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a schematic representation of the sources of carbonaceous material in some territories of Figure 2;
  • FIG. 4 is a schematic representation of the synthetic hydrocarbon production facilities of the territories of FIG. 3, showing that each installation consists of several modules;
  • FIG. 5 is a schematic representation of the modules of the installations of FIG. 4, for a first embodiment of the invention
  • FIG. 6 is a schematic representation similar to that of FIG. 5, for a second embodiment of FIG. the invention.
  • the process shown schematically in FIG. 1 aims at optimizing the production of synthetic hydrocarbons from carbonaceous material in a geographical area, and in particular aims at optimizing the logistic operations of supplying carbonaceous material for the production facilities.
  • the method comprises the following steps:
  • each unit of elementary production having an elementary production capacity of between 100 and 1000 barrels per day of synthetic hydrocarbons ;
  • the geographical area considered in the present process may be an entire country. It can be, as illustrated in Figure 2, a country like France.
  • the geographical area considered could also be only a part of a country or on the contrary could encompass several countries of small sizes.
  • territories are selected for the supply of carbonaceous material, for example the territories T1 to T5 in Figure 2.
  • a facility for the production of synthetic hydrocarbon will be installed in each territory.
  • These territories can be selected on the basis of the following criteria:
  • the sources of carbonaceous materials are of two kinds:
  • non-renewable carbon sources for example of the coal type, combustion fumes from blast furnaces or cement plants,
  • renewable carbon sources for example of the type of vegetable waste, animal waste, the organic part of the sorted municipal waste etc.
  • Non-renewable carbon sources are generally concentrated (mines, factories). On the other hand, renewable carbon sources are rarely concentrated, they are rather spread over the territory.
  • renewable carbon sources are more particularly considered.
  • the carbonaceous material may therefore include one or more of the following:
  • the available carbon resources are evaluated.
  • one or more sources of carbonaceous material are identified in each territory, denoted R1 to R5 and R'1 to R'7 for the two territories T1 and T3 of FIG. source, the amount of carbonaceous material likely to be supplied to the facility for the production of synthetic hydrocarbon is evaluated. This quantity is for example a flow, in tons of carbon per year.
  • the total production capacity of synthetic hydrocarbons that can be obtained from the resources of each territory is determined.
  • This operation is a conventional sizing operation, which will not be detailed here. It will only be specified that the total production capacity is a function of the nature of the synthetic hydrocarbons to be produced and the production process chosen.
  • the synthetic hydrocarbons can be chosen so that the installation produces essentially diesel, and / or kerosene, and / or any other type of hydrocarbon that can be envisaged.
  • the elementary production units are standardized units, all identical to each other, having the same elementary production capacity. Only the module for preparing the raw material depends on the nature of the raw material.
  • the elementary production capacity is typically between 100 and 1000 barrels per day of synthetic hydrocarbons, and is typically between 100 and 500 barrels per day of synthetic hydrocarbons. Each unit of elementary production thus has a low production capacity compared to the known installations to date for the manufacture of synthetic hydrocarbons.
  • each territory there is built on each territory a number of elementary production units which may be different, and which is a function of the carbon resource resources available in said territory.
  • the installation 11 for the production of hydrocarbons for the T1 territory can include five units of elementary production, while the facility 13 for the production of synthetic hydrocarbons for the territory T3 has only three units of elementary production.
  • each unit of elementary production is represented as a rectangle.
  • Each synthetic hydrocarbon production plant typically comprises between 1 and 20 elementary production units, typically between 1 and 10 elementary production units.
  • the construction site of the synthetic hydrocarbon production facility is chosen for each territory. All the basic production units of the same facility are built on the same site.
  • the site is chosen so that all sources of carbonaceous matter are separated from within 200 km of the site.
  • the site is chosen such that the distance between said site and each source of carbonaceous material is less than 100 km.
  • the site is chosen so that the average distance between the site and the sources of carbonaceous material is less than 100 km, preferably less than 50 km.
  • the distance between the site and a given source of carbonaceous material can be calculated in many ways, including depending on the nature of the source. If the source is located, for example in the case of municipal waste from a waste sorting workshop, the distance chosen will correspond to the distance between the sorting workshop and the site. If the source is geographically extended, for example in the case of biomass produced in several fields spread over a certain area, one can for example consider the distance between the geographical center of said area and the site. Distances can be calculated in many other ways that will not be detailed here.
  • the number of individual units of production determined for each territory is built on the site.
  • each territory is carried out by transporting the carbonaceous material from the various sources of said territory to the basic production units, and producing the synthetic hydrocarbons in the various elementary production units from the transported carbonaceous material.
  • the synthetic hydrocarbons are then distributed. They can be distributed only in the corresponding territory, or on the contrary be distributed in a wider geographical area.
  • each elementary production unit is practically entirely independent of the other elementary production units of the same installation.
  • each unit of elementary production is of the type described in the US patent application filed under No. US12 / 319861.
  • each unit of elementary production can, as shown in Figure 5, include the following modules:
  • a post-treatment module 22 intended to produce a second stream of synthetic hydrocarbons from the first stream of synthetic hydrocarbons
  • each of the modules 10, 14, 16, 18, 20, 22, as well as the electrolyser 24, is dedicated to the corresponding elementary production unit.
  • each elementary production unit comprises modules 10, 14, 16, 18, 20, 22 and an electrolyzer 24 of its own.
  • the module 10 for producing the first gas stream is for example a gasifier.
  • the gasifier may be of the partial oxidation type or a steam gasifier or a gasifier implementing both methods in combination (of the POS type).
  • the module 10 is supplied with carbonaceous material via line 26, and with oxygen from electrolyser 24, via line 28.
  • the conditioning module 14 separates the first gas stream into two streams, a second gas stream 30 comprising mainly CO2, and a third gas stream 32 comprising mainly CO.
  • This conditioning module is of known type, and will not be described in more detail here.
  • the conversion module 16 is of the type RWGS (Reverse Water Gas Shift).
  • the water is for example recycled in the electrolyser 24.
  • the CO leaves the conversion module via line 36.
  • the CO 2 conversion module in CO 2 is for example of the WGS (Water Gas Shift) type. It is supplied with CO from the gas conditioning module via line 38. Line 38 is shunted by line 32. Conversion module 18 is also supplied with water via line 40. outside the module. Conversion module 18 converts CO to CO 2 , according to the following general chemical equation:
  • the H 2 leaves the conversion module 18 via the line 42.
  • the CO 2 leaves the conversion module 18 via the line 44.
  • CO 2 leaving module 18 via line 44 is released into the atmosphere, or stored in any form, gaseous or liquid.
  • the module 20 for producing the first stream of synthetic hydrocarbons operates for example according to the Fischer-Tropsch process. This process is known and will not be detailed here.
  • the module 20 is supplied with CO by the line 32. It also receives the CO of the line 36, this line directly supplying the module 20 or supplying the module 20 via the line 32, as shown in FIG.
  • the module 20 is also fed with hydrogen H 2 . It receives hydrogen H 2 from electrolyser 24 via line 46. It also receives hydrogen from line 42, from conversion module 18.
  • the post-treatment module 22 produces from the first synthetic hydrocarbon stream a second stream of synthetic hydrocarbons and a third stream of synthetic hydrocarbons.
  • the module 22 is a refining unit of a type known per se in the petroleum field.
  • the second flow corresponds for example to the final product of the production facility.
  • This second stream is, for example, diesel fuel or kerosene, etc.
  • the third stream corresponds, for example, to the by-products of module 22 other than the desired end product. It includes, for example, naphthas or any other type of product.
  • the second stream of synthetic hydrocarbons leaves module 22 via line 50 and the third stream through line 52.
  • the second and third streams are collected in storage tanks or can be recycled in the facility.
  • the electrolysis unit 24 of known type, is designed to produce oxygen and hydrogen from water and electricity supplied by the local electricity distribution network. Oxygen leaves the electrolyser via line 28 and hydrogen via line 54.
  • the elementary production unit also comprises means for controlling the different modules 10, 14, 16, 18, 20 and 22 and driving the electrolyser 24. These means are not shown. They are especially designed to selectively distribute the flow of hydrogen leaving the electrolyser by the line 54 between the lines 34 and 46. These means are furthermore provided for selectively distributing the flow of CO leaving the gas conditioning module 14 to the production module 20 and / or to the conversion module 18.
  • the control of the production unit can for example be performed in the following manner.
  • the control means direct all the CO out of the module 14 to the module 20.
  • the conversion module 18 is therefore at a standstill.
  • the electrolyser is used to produce a large amount of hydrogen, partly directed to the conversion module 16 and partly to the production module 20.
  • the control means direct a portion of the CO from the conditioning module 14 to the conversion module 18 and a portion of the CO to the module.
  • the conversion module 16 is shut down. All the hydrogen leaving the electrolyser 24 is directed to the production module 20 via line 46.
  • the electrolyser operates at a low capacity, and produces a smaller amount of hydrogen than in the first case.
  • the CO 2 separated in the gas conditioning unit 14 is directed out of the unit of elemental production via the line 56.
  • each unit of elementary production for the second embodiment, is substantially identical to that implemented for the first embodiment of the invention.
  • certain modules are common to several elementary production units, and are therefore no longer dedicated to a specific unit, as in the first embodiment.
  • the production module 10 of the first gas stream is common to at least two elementary production units. It can be common to several basic production units, or even be common to all elementary production units.
  • the first gas stream is distributed among the different elementary production units sharing the production module 10.
  • the post-processing module 22 is also shared between several elementary production units. It can be common to two basic production units, or even three, and can be common to all elementary production. As visible in FIG. 6, the first synthetic hydrocarbon stream 48 produced by each of the elementary production units is collected in a buffer storage 58, for example in a set of storage tanks. The post-processing module 22 is fed from this buffer storage 58. The second synthetic hydrocarbon stream 50, containing the final product, is collected at the output of the post-processing module 22 in a storage 60. Similarly, the third stream of synthetic hydrocarbons 52, comprising for example the other hydrocarbons, is collected at the outlet of the post-treatment module 22 in a storage 62.
  • the process is particularly adapted to territories of small areas. It makes it possible to place the synthetic hydrocarbon production site at a moderate distance from the sources of carbonaceous matter in the territory.
  • the transport needed to transport the carbonaceous material to the synthetic hydrocarbon production facility is short distances, which limits the fuel consumption associated with this transport as well as CO 2 emissions.
  • transport for distribution of the final product is also limited distances, which saves fuel and limits CO 2 emissions.
  • the installation is designed to be able to fade at least partially vis-à-vis the electrical distribution network.
  • This partial erasure is achieved by stopping one or more elementary production units.
  • the erasure can also be achieved by using CO 2 conversion unit CO 2 , which makes it possible to produce hydrogen from carbon monoxide. This relieves the electrolyser, whose electricity consumption and hydrogen production can be reduced accordingly.
  • This also facilitates the management of the electricity grid at the local level, by making local demand quasi-constant electric. This operational flexibility makes it possible to take advantage of attractive rates on electricity by adapting the production load of the installation according to the price of electricity.
  • the process for the production of synthetic hydrocarbons described above can have multiple variants.
  • Each unit of elementary production can implement a process of hydrocarbon synthesis different from the Fischer-Tropsch process. It may for example implement a process known by the acronym MTG (Methanol To Gazoline).
  • the modules that are common or dedicated to the different elementary production units may be different from what is shown in FIG. 6.
  • the production module 10 of the first gas stream may be common while the post-processing module may be dedicated. Or vice versa.
  • the electrolyser may be common, or any other module.

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Abstract

Procédé de production d'hydrocarbures synthétiques à partir d'au moins une matière carbonée, le procédé comprenant les étapes suivantes : évaluer les ressources en ladite matière carbonée disponibles sur un territoire déterminé; déterminer à partir desdites ressources une capacité de production totale d'hydrocarbures synthétiques; déterminer à partir de la capacité de production totale un nombre d'unités de production élémentaires nécessaire pour obtenir la capacité de production totale, chaque unité de production élémentaire ayant une capacité de production élémentaire comprise entre 100 et 1000 barils par jour d'hydrocarbures synthétiques; construire ledit nombre d'unités de production élémentaires sur ledit territoire; transporter la matière carbonée depuis le territoire jusqu'aux unités de production élémentaires; produire les hydrocarbures synthétiques dans les unités de production élémentaires à partir de la matière carbonée transportée.

Description

Procédé de production d'hydrocarbures synthétiques
à partir de matières carbonées
La présente invention concerne en général les procédés de production d'hydrocarbures synthétiques à partir de matières carbonées.
Les procédés connus à ce jour pour la production d'hydrocarbures synthétiques à partir de matières carbonées sont mis en œuvre dans des installations de grandes capacités, ayant par exemple des capacités de production de 10 000 ou 20 000 barils d'hydrocarbures par jour.
De telles unités doivent être installées à côté d'une source très importante de matières carbonées, ou doivent être approvisionnées à partir de nombreuses sources plus petites, réparties sur un grand territoire.
Il existe peu de sources importantes. Par ailleurs, quand l'approvisionnement est fait à partir de nombreuses sources réparties sur un grand territoire, certaines sources sont nécessairement éloignées. L'approvisionnement de l'installation de production d'hydrocarbures synthétiques nécessite alors de nombreux transports, coûteux en énergie.
Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un procédé de production d'hydrocarbures synthétiques qui puissent être mis en œuvre, entre autre, loin des sources importantes de matières carbonées, avec un faible coût en énergie pour l'approvisionnement.
A cette fin, l'invention porte sur un procédé de production d'hydrocarbures synthétiques à partir d'au moins une matière carbonée, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- évaluer les ressources en ladite matière carbonée disponible sur un territoire déterminé ;
- déterminer à partir desdites ressources une capacité de production totale d'hydrocarbures synthétiques ;
- déterminer à partir de la capacité de production totale un nombre d'unités de production élémentaires nécessaire pour obtenir la capacité de production totale, chaque unité de production élémentaire ayant une capacité de production élémentaire comprise entre 100 et 1000 barils par jour d'hydrocarbures synthétiques ; - construire ledit nombre d'unités de production élémentaires sur ledit territoire ;
- transporter la matière carbonée depuis le territoire jusqu'aux unités de production élémentaires ;
- produire les hydrocarbures synthétiques dans les unités de production élémentaires à partir de la matière carbonée transportée.
Le procédé peut également présenter une ou plusieurs caractéristiques ci- dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le territoire présente une superficie inférieure à 10 000 km2 ;
- les ressources en ladite matière carbonée proviennent d'une pluralité de sources localisées, les unités de production élémentaires étant construites sur un même site, ledit site étant éloigné de moins de 200 km de chacune des sources de ladite matière carbonée ;
- les ressources en ladite matière carbonée proviennent d'une pluralité de sources localisées, les unités de production élémentaires étant construites sur un même site, ledit site étant choisi de telle sorte que la distance moyenne desdites sources de matière carbonée audit site soit inférieure à 100 km ;
- chaque un ité de production élémentaire a une capacité de production élémentaire comprise entre 100 et 500 barils par jour d'hydrocarbures synthétiques ;
- chaque unité de production élémentaire comprend :
• un module de production d'un premier flux gazeux comprenant au moins du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone à partir de la matière carbonée, • un module de conversion d'au moins une partie du dioxyde de carbone du premier flux gazeux en monoxyde de carbone,
• un module de production d'au moins un premier flux d'hydrocarbures synthétiques au moins à partir de monoxyde de carbone du premier flux gazeux et de monoxyde de carbone provenant du module de conversion,
• un électrolyseur, apte à fournir de l'hydrogène au module de conversion et au module de production du premier flux d'hydrocarbures et éventuellement de l'oxygène au module de production du premier flux gazeux ; - le module de conversion et le module de production du premier flux d'hydrocarbures synthétiques sont dédiés à l'unité de production élémentaire correspondante ;
- le module de production du premier flux gazeux est dédié à l'unité de production élémentaire correspondante ;
- le module de production du premier flux gazeux est commun à au moins deux unités de production élémentaires ;
- chaque unité de production élémentaire comprend un module de post traitement prévu pour produire au moins un second flux d'hydrocarbures synthétiques à partir du premier flux d'hydrocarbures synthétiques, le module de post traitement étant dédié à l'unité de production élémentaire correspondante ;
- chaque unité de production élémentaire comprend un module de post traitement prévu pour produire au moins un second flux d'hydrocarbures synthétiques à partir du premier flux d'hydrocarbures synthétiques, le module de post traitement étant commun à au moins deux unités de production élémentaires ;
- l'électrolyseur est dédié à l'unité de production élémentaire correspondante ;
- les électrolyseurs des unités de production élémentaires sont alimentés en électricité à partir d'un réseau de distribution électrique desservant au moins un consommateur électrique autre que les unités de production élémentaires, le procédé comportant les étapes suivantes :
• évaluer la puissance électrique disponible sur le réseau de distribution électrique ;
• effacer au moins partiellement au moins une unité de production élémentaire du réseau électrique en fonction de la puissance disponible.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
la figure 1 est un diagramme d'étapes montrant les principales étapes du procédé de l'invention ;
- la figure 2 est une représentation schématique des territoires considérés pour la méthode de la figure 1 ;
la figure 3 est une représentation schématique des sources de matière carbonée dans certains territoires de la figure 2 ; la figure 4 est une représentation schématique des installations de production d'hydrocarbures synthétiques des territoires de la figure 3, mettant en évidence que chaque installation est constituée de plusieurs modules ;
la figure 5 est une représentation schématique des modules des installations de la figure 4, pour un premier mode de réalisation de l'invention, et la figure 6 est une représentation schématique similaire à celle de la figure 5, pour un second mode de réalisation de l'invention.
Le procédé représenté de manière schématique dans la figure 1 vise à optimiser la production d'hydrocarbures synthétiques à partir de matière carbonée dans une zone géographique, et notamment vise à optimiser les opérations logistiques d'alimentation en matière carbonée des installations de production.
Le procédé comporte les étapes suivantes :
sélectionner, à l'intérieur de la zone géographique considérée, un ou plusieurs territoires destinés à fournir la matière carbonée ;
- évaluer les ressources en ladite matière carbonée disponibles sur chaque territoire ;
déterminer à partir desdites ressources évaluées une capacité de production totale d'hydrocarbures synthétiques ;
déterminer à partir de la capacité de production totale, un nombre d'unités de production élémentaires nécessaire pour obtenir la capacité de production totale, chaque unité de production élémentaire ayant une capacité de production élémentaire comprise entre 100 et 1000 barils par jour d'hydrocarbures synthétiques ;
choisir, dans chaque territoire considéré, le site de construction des unités de production élémentaires ;
construire le nombre d'unités de production élémentaire déterminé sur le site retenu pour chaque territoire ;
transporter la matière carbonée depuis le territoire jusqu'aux unités de production élémentaires ;
- produire les hydrocarbures synthétiques dans les unités de production élémentaires à partir de la matière carbonée transportée. La zone géographique considérée dans le présent procédé peut être un pays entier. Elle peut être, comme illustré sur la figure 2, un pays comme la France.
La zone géographique considérée pourrait également être seulement une partie d'un pays ou au contraire pourrait englober plusieurs pays de petites tailles.
Au sein de la zone géographique considérée, des territoires sont sélectionnés pour la fourniture de matière carbonée, par exemple les territoires T1 à T5 sur la figure 2. Une installation de production d'hydrocarbure synthétique sera installée sur chaque territoire. Ces territoires peuvent être sélectionnés sur la base des critères suivants :
- superficie inférieure à 10 000 km2 ;
- ressources en matière carbonée disponible sur le territoire supérieures à un équivalent de 300 000 tonnes de biomasse sèche par an.
D'une manière générale, les sources de matières carbonées sont de deux sortes :
- les sources carbonées non renouvelables par exemple du type charbon, fumées de combustion de hauts fourneaux ou de cimenterie,
- les sources carbonées renouvelables par exemple du type déchets végétaux, déchets animaux, la partie organique des déchets municipaux triés etc..
Les sources carbonées non renouvelables sont en général concentrées (mines, usines). En revanche les sources carbonées renouvelables sont rarement concentrées, elles sont plutôt réparties sur le territoire.
Dans le présent procédé, on considère plus particulièrement les sources carbonées renouvelables.
La matière carbonée peut donc comprendre un ou plusieurs des éléments suivants :
- déchets municipaux,
- déchets d'animaux,
- biomasse,
- matière plastique telle que le polyéthylène, ... etc
De manière à réduire les transports entre les sources de matière carbonée et l'installation de production d'hydrocarbures synthétiques, il est important que le territoire considéré ne soit pas trop grand et que ce territoire présente des ressources suffisantes en matière carbonée.
Pour chaque territoire ainsi sélectionné, les ressources en matière carbonée disponibles sont évaluées. Pour ce faire, comme illustré sur la figure 3, on identifie dans chaque territoire une ou plusieurs sources de matière carbonée, notées R1 à R5 et R'1 à R'7 pour les deux territoires T1 et T3 de la figure 3. Pour chaque source, on évalue la quantité de matière carbonée susceptible d'être fournie à l'installation de production d'hydrocarbure synthétique. Cette quantité est par exemple un flux, en tonnes de carbone par an.
A l'étape suivante, la capacité de production totale d'hydrocarbures synthétiques susceptible d'être obtenue à partir des ressources de chaque territoire est déterminée. Cette opération est une opération de dimensionnement classique, qui ne sera pas détaillée ici. On précisera seulement que la capacité de production totale est fonction de la nature des hydrocarbures synthétiques à produire et du procédé de production retenu. Les hydrocarbures synthétiques peuvent être choisis de telle sorte que l'installation produise essentiellement du diesel, et/ou du kérosène, et/ou tout autre type d'hydrocarbure envisageable.
A l'étape suivante, on détermine, à partir de la capacité de production totale pour chaque territoire, le nombre d'unités de production élémentaires qu'il est nécessaire de mettre en œuvre pour obtenir ladite capacité de production totale.
Les unités de production élémentaires sont des unités standardisées, toutes identiques les unes aux autres, ayant la même capacité de production élémentaire. Seul le module de préparation de la matière première dépend de la nature de celle-ci.
La capacité de production élémentaire est typiquement comprise entre 100 et 1000 barils par jour d'hydrocarbures synthétiques, et est typiquement comprise entre 100 et 500 barils par jour d'hydrocarbures synthétiques. Chaque unité de production élémentaire a donc une faible capacité de production au regard des installations connues à ce jour pour la fabrication d'hydrocarbures synthétiques.
Ainsi, dans le procédé de l'invention, on construit sur chaque territoire un nombre d'unités de production élémentaires qui peut être différent, et qui est fonction des ressources de matière carbonée disponibles sur ledit territoire. Comme illustré sur la figure 4, l'installation 11 de production d'hydrocarbures synthétiques pour le territoire T1 peut comprendre cinq unités de production élémentaire, alors que l'installation 13 de production d'hydrocarbures synthétiques pour le territoire T3 ne comporte que trois unités de production élémentaire. Sur la figure 4, chaque unité de production élémentaire est représentée comme un rectangle.
Chaque installation de production d'hydrocarbures synthétiques comporte typiquement entre 1 et 20 unités de production élémentaire, typiquement entre 1 et 10 unités de production élémentaires.
A l'étape suivante, le site de construction de l'installation de production d'hydrocarbures synthétiques est choisi pour chaque territoire. Toutes les unités de production élémentaires d'une même installation sont construites sur le même site.
De préférence, on choisit le site de telle sorte que toutes les sources de matière carbonée soient éloignées de moins de 200 km du site. De préférence, on choisit le site de telle sorte que la distance entre ledit site et chaque source de matière carbonée soit inférieure à 100 km.
Alternativement, le site est choisi de telle sorte que la distance moyenne entre le site et les sources de matière carbonée soit inférieure à 100 km, de préférence inférieure à 50 km.
La distance entre le site et une source donnée de matière carbonée peut être calculée de multiples façons, notamment en fonction de la nature de la source. Si la source est localisée, par exemple dans le cas de déchets municipaux issus d'un atelier de tri de déchets, la distance retenue correspondra à la distance entre l'atelier de tri et le site. Si la source est étendue géographiquement, par exemple dans le cas de biomasse produite dans plusieurs champs répartis sur une certaine superficie, on peut par exemple considérer la distance entre le centre géographique de ladite superficie et le site. Les distances peuvent être calculées de multiples autres façons qui ne seront pas détaillées ici.
Une fois le site choisi pour chaque territoire, on construit sur ledit site le nombre d'unités de production élémentaires déterminé, et ce pour chaque territoire.
L'exploitation de l'installation de chaque territoire est effectuée en transportant la matière carbonée depuis les différentes sources dudit territoire jusqu'aux unités de production élémentaires, et en produisant les hydrocarbures synthétiques dans les différentes unités de production élémentaires à partir de la matière carbonée transportée. Les hydrocarbures synthétiques sont ensuite distribués. Ils peuvent être distribués seulement sur le territoire correspondant, ou au contraire être distribués dans une zone géographique plus large.
Dans un premier mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 5, chaque unité de production élémentaire est pratiquement entièrement indépendante des autres unités de production élémentaire de la même installation. Par exemple, chaque unité de production élémentaire est du type décrit dans la demande de brevet américaine déposée sous le n° US12/319861. Alternativement, chaque unité de production élémentaire peut, comme le montre la figure 5, comporter les modules suivants :
un module 10 de production d'un premier flux gazeux 12 à partir de la matière carbonée, le premier flux gazeux comprenant au moins du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone ;
un module 14 de conditionnement du premier flux gazeux 12, prévu pour séparer le monoxyde de carbone et le dioxyde de carbone dans le premier flux gazeux des autres gaz éventuels ;
un module 16 de conversion de dioxyde de carbone en monoxyde de carbone ;
un module 18 de conversion du monoxyde de carbone en dioxyde de carbone ;
un module 20 de production d'un premier flux d'hydrocarbures synthétiques à partir de monoxyde de carbone ;
- un module 22 de post-traitement, prévu pour produire un second flux d'hydrocarbures synthétiques à partir du premier flux d'hydrocarbures synthétiques ;
un électrolyseur 24.
Chacun des modules 10, 14, 16, 18, 20, 22, ainsi que l'électrolyseur 24, est dédié à l'unité de production élémentaire correspondante. En d'autres termes, chaque unité de production élémentaire comporte des modules 10, 14, 16, 18, 20, 22 et un électrolyseur 24 qui lui est propre. Le module 10 de production du premier flux gazeux est par exemple un gazéfieur. Le gazéifieur peut être du type à oxydation partielle ou un gazéfieur à vapeur ou un gazéfieur mettant en œuvre les deux procédés en combinaison (du type POS). Le module 10 est alimenté en matière carbonée par la ligne 26, et en oxygène à partir de l'électrolyseur 24, par la ligne 28.
Le module de conditionnement 14 sépare le premier flux gazeux en deux flux, un second flux gazeux 30 comprenant majoritairement du CO2, et un troisième flux gazeux 32 comprenant majoritairement du CO. Ce module de conditionnement est de type connu, et ne sera pas décrit plus en détail ici.
Le module de conversion 16 est du type RWGS (Reverse Water Gas Shift).
Il est alimenté en CO2 par la ligne 30 et en hydrogène, à partir de l'électrolyseur 24, par la ligne 32. Dans le module de conversion 16, le CO2 est converti en CO selon l'équation chimique générale suivante :
CO2 + H2 ^ CO +H2O
L'eau est par exemple recyclée dans l'électrolyseur 24. Le CO quitte le module de conversion par la ligne 36.
Le module de conversion du CO en CO2 est par exemple du type WGS (Water Gas Shift). Il est alimenté en CO venant du module de conditionnement des gaz par la ligne 38. La ligne 38 est montée en dérivation de la ligne 32. Le module de conversion 18 est également alimenté en eau par la ligne 40. L'eau provient de l'extérieur du module. Le module de conversion 18 permet de convertir le CO en CO2, selon l'équation chimique générale suivante :
CO + H2O -> H2 + CO2
Le H2 quitte le module de conversion 18 par la ligne 42. Le CO2 quitte le module de conversion 18 par la ligne 44.
Le CO2 quittant le module 18 par la ligne 44 est relâché dans l'atmosphère, ou stocké sous une forme quelconque, gazeuse ou liquide.
Le module 20 de production du premier flux d'hydrocarbures synthétiques fonctionne par exemple selon le procédé de Fischer-Tropsch. Ce procédé est connu et ne sera pas détaillé ici. Le module 20 est alimenté en CO par la ligne 32. Il reçoit également le CO de la ligne 36, cette ligne alimentant directement le module 20 ou alimentant le module 20 par l'intermédiaire de la ligne 32, comme représenté sur la figure 5. Le module 20 est également alimenté en hydrogène H2. II reçoit de l'hydrogène H2 venant de l'électrolyseur 24 par la ligne 46. Il reçoit également l'hydrogène de la ligne 42, provenant du module de conversion 18.
Dans le module de production 20, le monoxyde de carbone et l'hydrogène réagissent sur des catalyseurs et forment un grand nombre d'hydrocarbures synthétiques. Ce premier flux d'hydrocarbures synthétiques quitte le module de production 20 par la ligne 48.
Le module de post-traitement 22 produit à partir du premier flux d'hydrocarbures synthétiques un second flux d'hydrocarbures synthétiques et un troisième flux d'hydrocarbures synthétiques. Le module 22 est une unité de raffinage de type connu en soi dans le domaine pétrolier. Le deuxième flux correspond par exemple au produit final de l'installation de production. Ce second flux est donc par exemple du carburant diesel ou du kérosène, ...etc. Le troisième flux correspond par exemple aux sous-produits du module 22 autres que le produit final recherché. Il comprend par exemple des naphtas ou tout autre type de produit.
Le second flux d'hydrocarbures synthétiques quitte le module 22 par la ligne 50 et le troisième flux par la ligne 52.
Le second et le troisième flux sont collectés dans des cuves de stockage ou peuvent être recyclés dans l'installation.
L'unité d'électrolyse 24, de type connu en soi, est prévue pour produire de l'oxygène et de l'hydrogène à partir d'eau et d'électricité fournie par le réseau local de distribution d'électricité. L'oxygène quitte l'électrolyseur par la ligne 28 et l'hydrogène par la ligne 54.
L'unité de production élémentaire comporte également des moyens de pilotage des différents modules 10, 14, 16, 18, 20 et 22 et de pilotage de l'électrolyseur 24. Ces moyens ne sont pas représentés. Ils sont notamment prévus pour répartir sélectivement le flux d'hydrogène quittant l'électrolyseur par la ligne 54 entre les lignes 34 et 46. Ces moyens sont prévus par ailleurs pour répartir sélectivement le flux de CO quittant le module de conditionnement des gaz 14 vers le module de production 20 et/ou vers le module de conversion 18.
Le pilotage de l'unité de production peut par exemple être effectué de la manière suivante. Quand l'électricité est disponible en abondance sur le réseau, les moyens de contrôle orientent tout le CO sortant du module 14 vers le module de production 20. Le module de conversion 18 est donc à l'arrêt. Par ailleurs, l'électrolyseur est utilisé de manière à produire une grande quantité d'hydrogène, dirigée en partie vers le module de conversion 16 et en partie vers le module de production 20.
Au contraire, quand l'électricité n'est disponible qu'en faible quantité sur le réseau, les moyens de contrôle dirigent une partie du CO sortant du module de conditionnement 14 vers le module de conversion 18 et une partie du CO vers le module de production 20. En revanche, le module de conversion 16 est mis à l'arrêt. Tout l'hydrogène quittant l'électrolyseur 24 est dirigé vers le module de production 20 par la ligne 46. L'électrolyseur fonctionne à faible capacité, et produit une quantité d'hydrogène plus faible que dans le premier cas. Le CO2 séparé dans l'unité de conditionnement des gaz 14 est dirigé vers l'extérieur de l'unité de production élémentaire, via la ligne 56.
Un second mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit, en référence à la figure 6. Seuls les points par l'intermédiaire desquels le second mode de réalisation diffère du premier seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques ou assurant la même fonction dans les deux modes de réalisation seront désignés par les mêmes références.
Le procédé mis en œuvre dans chaque unité de production élémentaire, pour le second mode de réalisation, est sensiblement identique à celui mis en œuvre pour le premier mode de réalisation de l'invention. En revanche, certains modules sont communs à plusieurs unités de production élémentaires, et ne sont donc plus dédiés à une unité déterminée, comme dans le premier mode de réalisation.
Comme le montre la figure 6, le module de production 10 du premier flux gazeux est commun à au moins deux unités de production élémentaires. Il peut être commun à plusieurs unités de production élémentaires, voire même être commun à toutes les unités de production élémentaires. Le premier flux gazeux est réparti entre les différentes unités de production élémentaires partageant le module de production 10.
Le module de post-traitement 22 est également partagé entre plusieurs unités de production élémentaires. Il peut être commun à deux unités de production élémentaires, voire trois et peut être commun à toutes les unités de production élémentaires. Comme visible sur la figure 6, le premier flux d'hydrocarbures synthétiques 48 produit par chacune des unités de production élémentaires est collecté dans un stockage tampon 58, par exemple dans un ensemble de cuves de stockage. Le module de post-traitement 22 est alimenté à partir de ce stockage tampon 58. Le deuxième flux d'hydrocarbures synthétiques 50, contenant le produit final, est collecté en sortie du module de post-traitement 22 dans un stockage 60. De même, le troisième flux d'hydrocarbures synthétiques 52, comprenant par exemple les autres hydrocarbures, est collecté en sortie du module de post-traitement 22 dans un stockage 62.
Le procédé de production décrit ci-dessus présente de multiples avantages.
Du fait que ce procédé repose sur l'utilisation de plusieurs unités de capacité comprise entre 100 et 1000 barils par jour, en nombre déterminé en fonction des ressources du territoire considéré, il est possible de mettre en œuvre le procédé de l'invention loin des sources importantes de matière carbonée, sur des territoires de taille limitée et ayant chacun des ressources totales limitées.
Le procédé est particulièrement adapté aux territoires de faibles superficies. Il permet de placer le site de construction de production d'hydrocarbures synthétiques à distance modérée des sources de matière carbonée du territoire.
Les transports nécessaires pour acheminer la matière carbonée jusqu'à l'installation de production d'hydrocarbures synthétiques se font sur des courtes distances, ce qui permet de limiter la consommation de carburant liée à ce transport ainsi que les émission de CO2.
De même, les transports en vue de la distribution du produit final se font également sur des distances limitées, ce qui permet d'économiser le carburant et de limiter les émissions de CO2.
Par ailleurs, l'installation est conçue pour pouvoir s'effacer au moins partiellement vis-à-vis du réseau de distribution électrique. Cet effacement partiel est réalisé en mettant à l'arrêt une ou plusieurs unités de production élémentaires. L'effacement peut aussi être réalisé en utilisant l'unité 18 de conversion des CO en CO2, qui permet de produire de l'hydrogène à partir de monoxyde de carbone. On soulage ainsi l'électrolyseur, dont la consommation d'électricité et la production d'hydrogène peuvent être diminuées en conséquence. Ceci facilite également la gestion du réseau électrique au niveau local, en rendant localement la demande électrique quasi-constante. Cette souplesse de fonctionnement permet de profiter de tarifs attractifs sur l'électricité en adaptant la charge de production de l'installation en fonction du prix de l'électricité.
Par ailleurs, l'utilisation d'unités de production élémentaires standardisées toutes identiques permet de réduire les coûts de construction et de maintenance de ces unités par effet de série, et donc de réduire les coûts de production des hydrocarbures synthétiques.
Le procédé de production d'hydrocarbures synthétiques décrit ci-dessus peut présenter de multiples variantes.
Chaque unité de production élémentaire peut mettre en œuvre un procédé de synthèse d'hydrocarbures différent du procédé de Fischer-Tropsch. Il peut par exemple mettre en œuvre un procédé connu sous le sigle MTG (Methanol To Gazoline).
Les modules communs ou dédiés aux différentes unités de production élémentaire peuvent être différents de ce qui est représenté sur la figure 6. Par exemple, le module de production 10 du premier flux gazeux peut être commun alors que le module de post-traitement peut être dédié ou inversement. Par ailleurs l'électrolyseur peut être commun, ou tout autre module.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de production d'hydrocarbures synthétiques à partir d'au moins une matière carbonée, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- évaluer les ressources en ladite matière carbonée disponibles sur un territoire (T 1 - T5) déterminé ;
- déterminer à partir desdites ressources une capacité de production totale d'hydrocarbures synthétiques ;
- déterminer à partir de la capacité de production totale un nombre d'unités de production élémentaires nécessaire pour obtenir la capacité de production totale, chaque unité de production élémentaire ayant une capacité de production élémentaire comprise entre 100 et 1000 barils par jour d'hydrocarbures synthétiques ;
- construire ledit nombre d'unités de production élémentaires sur ledit territoire (T 1 - T5) ;
- transporter la matière carbonée depuis le territoire (T 1 - T5) jusqu'aux unités de production élémentaires ;
- produire les hydrocarbures synthétiques dans les unités de production élémentaires à partir de la matière carbonée transportée.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le territoire (T 1 - T5) présente une superficie inférieure à 10 000 km2.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les ressources en ladite matière carbonée proviennent d'une pluralité de sources (R1 - R5 ; R'1 -
R'7) localisées, les unités de production élémentaires étant construites sur un même site, ledit site étant éloigné de moins de 200 km de chacune des sources (R1 - R5 ; R'1 - R'7) de ladite matière carbonée.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les ressources en ladite matière carbonée proviennent d'une pluralité de sources (R1 - R5 ; R'1 - R'7) localisées, les unités de production élémentaires étant construites sur un même site, ledit site étant choisi de telle sorte que la distance moyenne desdites sources (R1 - R5 ; R'1 - R'7) de matière carbonée audit site soit inférieure à 100 km.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque unité de production élémentaire a une capacité de production élémentaire comprise entre 100 et 500 barils par jour d'hydrocarbures synthétiques.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque unité de production élémentaire comprend :
- un module de production (10) d'un premier flux gazeux (12) comprenant au moins du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone à partir de la matière carbonée,
- un module de conversion (16) d'au moins une partie du dioxyde de carbone du premier flux gazeux (12) en monoxyde de carbone,
- un module de production (20) d'au moins un premier flux (48) d'hydrocarbures synthétiques au moins à partir de monoxyde de carbone du premier flux gazeux (12) et de monoxyde de carbone provenant du module de conversion (16),
- un électrolyseur (24), apte à fournir de l'hydrogène au module de conversion (16) et au module de production (20) du premier flux d'hydrocarbures et éventuellement de l'oxygène au module de production (10) du premier flux gazeux (12).
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'au moins le module de conversion (16) et le module de production (20) du premier flux d'hydrocarbures synthétiques sont dédiés à l'unité de production élémentaire correspondante.
8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le module (10) de production du premier flux gazeux (12) est dédié à l'unité de production élémentaire correspondante.
9. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le module (10) de production du premier flux gazeux est commun à au moins deux unités de production élémentaires.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que chaque unité de production élémentaire comprend un module de post traitement (22) prévu pour produire au moins un second flux d'hydrocarbures synthétiques (50) à partir du premier flux d'hydrocarbures synthétiques (48), le module de post traitement (22) étant dédié à l'unité de production élémentaire correspondante.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que chaque unité de production élémentaire comprend un module de post traitement (22) prévu pour produire au moins un second flux d'hydrocarbures synthétiques (50) à partir du premier flux d'hydrocarbures synthétiques (48), le module de post traitement (22) étant commun à au moins deux unités de production élémentaires.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 11 , caractérisé en ce que l'électrolyseur (24) est déd ié à l 'un ité de production élémenta ire correspondante.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que les électrolyseurs (24) des unités de production élémentaires sont alimentés en électricité à partir d'un réseau de distribution électrique desservant au moins un consommateur électrique autre que les unités de production élémentaires, le procédé comportant les étapes suivantes :
- évaluer la puissance électrique disponible sur le réseau de distribution électrique ;
- effacer au moins partiellement au moins une unité de production élémentaire du réseau électrique en fonction de la puissance disponible.
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