WO2014068205A1 - Chemical looping combustion process using an oxidation/reduction mass comprising pyrolusite enriched with nickel oxide - Google Patents

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Tiago SOZINHO
Florent Guillou
Hélène STAINTON
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IFP Energies Nouvelles
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Definitions

  • the field of the invention is that of the combustion of hydrocarbons by chemical redox oxidation (CLC) to produce energy, synthesis gas and / or hydrogen.
  • CLC chemical redox oxidation
  • the invention relates in particular to an oxido-reducing active mass for CLC process and a CLC process using this active mass.
  • CLC Chemical Looping Combustion
  • the CLC process consists in carrying out oxidation-reduction reactions of an active mass, typically a metal oxide, in order to decompose the combustion reaction into two successive reactions.
  • a first oxidation reaction of the active mass with air or a gas acting as an oxidant, makes it possible to oxidize the active mass.
  • a second reduction reaction of the active mass thus oxidized by means of a reducing gas then makes it possible to obtain a reusable active mass and a gaseous mixture essentially comprising carbon dioxide and water, or even gas synthesis product containing hydrogen and nitric oxide. This technique therefore makes it possible to isolate carbon dioxide or synthesis gas in a gaseous mixture that is substantially free of oxygen and nitrogen.
  • No. 5,447,024 discloses a chemical loop combustion process comprising a first reduction reactor of an active mass using a reducing gas and a second oxidation reactor for restoring the active mass in its state. oxidized by an oxidation reaction with moist air. Circulating fluidized bed technology is used to allow the continuous passage of the active mass from its oxidized state to its reduced state.
  • the active mass passing alternately from its oxidized form to its reduced form and vice versa, describes an oxidation-reduction cycle.
  • the active mass (M x O y ) is first reduced to the state M x O y -2n- m / 2, via a hydrocarbon C n H m , which is correlatively oxidized to CO 2 and H 2 O, according to reaction (1), or optionally in CO + H 2 mixture according to the proportions used.
  • the active mass is restored to its oxidized state (M x O y ) in contact with the air according to reaction (2), before returning to the first reactor.
  • M represents a metal.
  • CLC chemical loop
  • the reactivity of the oxidation-reduction pair (s) involved as well as the associated oxygen transfer capacity are parameters that influence the design of the reactors and the particle circulation speeds.
  • the lifetime of the particles as for it depends on the mechanical resistance of the particles as well as their chemical stability.
  • the particles used are generally composed of a pair or a set of oxido-reducing pairs chosen from CuO / Cu, Cu 2 O / Cu, NiO / Ni, Fe 2 03 Fe 3 O 4 , FeO / Fe, Fe 3 O 4 / FeO, MnO 2 / Mn 2 O 3 , ⁇ 2 O 3 / ⁇ 3 ⁇ 4 , Mn 3 O 4 / MnO, MnO / Mn, Co 3 0 4 / CoO, CoO / Co, and a binder providing the necessary physicochemical stability.
  • NiO / Ni pair is often cited as a reference active mass for the CLC process for its oxygen transport capacity and its rapid reduction kinetics, especially in the presence of methane. Since nickel oxide does not exist in the natural state in a sufficiently concentrated manner to obtain properties of interest for the CLC process, it is therefore generally used in a concentrated manner in synthetic active-mass particles.
  • nickel poses some problems because the nickel oxide is suspected of being carcinogenic which causes significant constraints on the smoke filtration system. It also loses its reactive capacities in the presence of sulfur compounds, which does not allow to consider for the use of fuels, such as coal, which contain it.
  • the main problem posed by the use of synthetic particles is their high manufacturing cost. Since the process requires the circulation of the solid in reactors where the gas velocities are relatively high, continuous consumption of solid by attrition can not be prevented. If the cost of active mass is relatively high, then the booster active mass can become a significant part of the operating cost. It is therefore important to find a low cost active mass in order to reduce the impact of the cost of the particles on the price of C0 2 capture by CLC.
  • Natural manganese ores have also been tested as oxygen carriers in CLC processes by Fossdal et al. ("Study of inexpensive oxygen carriers for chemical looping combustion", A. Fossdal et al., International Journal of Greenhouse Gas Control 5, 201 1, pp. 483-488).
  • manganese oxides from natural ores as an active mass in a CLC process can be a satisfactory solution in terms of cost, it is less suitable for methane combustion than for combustion. solid or liquid charges in terms of process performance.
  • the mixture shows a low surface area suggesting that the effect on the performance of reactions can not be significant.
  • the impregnation on the natural hematite particles showing an 80% Fe 2 0 3 hematite content, makes it possible to form nickel oxide particles on the hematite particles, but also results in a reaction. with the elements already present to form a stable phase, such as spinel NiAI 2 0 4 .
  • Another undesirable effect of the impregnation carried out is the dissolution of a fraction of the iron by the impregnating solution (the Fe / Si ratio is modified).
  • the invention consists in providing and using natural manganese ores containing mainly MnO 2 originally, in combination with NiO, as an oxido-reducing active mass for a chemical-loop oxidation-reduction process.
  • the redox active mass is in the form of particles whose size makes it possible to obtain easy flow and transport properties. It is activated by a rise in temperature under an oxidizing atmosphere, and is used in a chemical loop combustion plant comprising a reduction zone in which the fuel is oxidized by the oxygen supplied by reduction of the particles, and an oxidation zone. of these same particles in the presence of air, the particles circulating continuously between these two zones of reduction and oxidation.
  • the method makes it possible to carry out the combustion of the fuel and in particular to produce nitrogen-free concentrated C0 2 -free gases facilitating the C0 2 sequestration.
  • the mixture of natural ore of manganese and NiO used according to the invention (active mass), once activated, is particularly interesting because it has a large oxygen transport capacity, kinetic properties allowing rapid reactions, it is not is not sensitive to sulfur that may be contained in the fuel, it meets the environmental standards for toxicity and emissions, and it provides a high performance process, particularly in terms of chemistry and thermomechanical resistance, for a wide range of types of hydrocarbon feeds, in particular for the combustion of gaseous feeds such as methane.
  • the active mass according to the invention has a low tendency to agglomeration.
  • the gaseous hydrocarbon feedstocks comprise the hydrocarbon feeds in the form of gas, the liquid feeds after vaporization, and the volatile hydrocarbons of solid feedstocks.
  • the hydrocarbon feedstocks used as fuel in the combustion process according to the invention may be of fossil origin, come from biomass, or be synthetic fuels.
  • the invention relates to an oxido-reducing active mass for a chemical loop-redox process (CLC) comprising a natural pyrolusite-type manganese ore initially comprising at least 60% by mass of MnO 2 , said mass being enriched with NiO and in the form of particles.
  • CLC chemical loop-redox process
  • the oxido-reducing active mass initially comprises from 0.1% to 10% by weight, preferably from 1% to 5% by weight of NiO.
  • the initial MnO 2 content of the ore is between 70% and 90% by weight, more preferably between 76% and 82% by mass.
  • the redox active mass comprises a mixture of particles of the natural ore of pyrolusite-type manganese and NiO particles.
  • the NiO may be shaped on a support of alumina and / or silica.
  • the oxido-reducing active mass has a particle size such that more than 90% of the particles of the active mass have a size of between 100 ⁇ and 500 ⁇ , preferably between 150 ⁇ and 300 ⁇ .
  • the invention also relates to a process for the combustion of solid hydrocarbon feeds, liquid or gaseous by oxido-reduction in a chemical loop using this redox active mass.
  • the active mass is formed into particles having a particle size adapted to implementation in a fluidized bed.
  • the natural manganese ore is previously ground and sieved in order to obtain particles of particle size compatible with a fluidized bed implementation, and the nickel oxide is chosen such that it is in the form of particles of granulometry also compatible with a fluidized bed implementation.
  • a combustion of the gaseous effluents from the first reaction zone is carried out in the presence of the particles of the oxido-reducing active mass;
  • the particle stream of the active mass coming from the second reaction zone is divided into a first sub-flow going back into the second reaction zone and a second sub-flow going into an oxidation zone; the particles of the active mass are reoxidized in the oxidation zone before returning them to the zone;
  • the particle size of the NiO particles may be different from the particle size of the natural manganese ore particles such that the size of the NiO particles is greater or smaller than that of the natural manganese ore particles.
  • the method may comprise the following steps:
  • the hydrocarbon feeds are contacted with the particles of natural ore of pyrolusite-type manganese and the NiO particles;
  • a combustion of the gaseous effluents from the first reaction zone is carried out in the presence of particles of pyrolusite-type natural ore of manganese and particles of NiO;
  • pyrolusite-type manganese and NiO particles in a mixture from the zone comprising flue gas, pyrolusite-type natural ore particles and NiO particles;
  • the pyrolusite-type natural manganese ore particles are re-oxidized in an oxidation zone before being returned to the zone.
  • the oxidation-reduction active mass is activated by a gradual rise in temperature under an oxidizing atmosphere to a temperature greater than or equal to 600 ° C., preferably greater than or equal to 800 ° C., still more preferably greater than or equal to 800 ° C. equal to 900 ⁇ .
  • This gradual rise in temperature under an oxidizing atmosphere can be carried out at a speed of between 5 Oh and 100 ° C / h.
  • the redox active mass is activated in a chemical loop combustion plant in which the process is implemented.
  • the oxidation-reduction active mass can be used for the combustion of gaseous hydrocarbons.
  • the oxido-reducing active mass can be reduced in contact with the hydrocarbon feedstocks in a reduction zone of the chemical loop, and the flow rate of the oxido-reducing active mass measured at the inlet of said reduction zone. can be between 30 and 100 kg / h per kg / h of oxygen consumed in the reduction zone.
  • the reduction of the oxido-reducing active mass in contact with the hydrocarbon feeds is carried out at a temperature of between 600 ° C. and 1400 ° C.
  • the process according to the invention is advantageously used for the capture of C0 2 .
  • Figure 1 is a diagram illustrating the implementation of the CLC method according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a second embodiment of the CLC method according to the invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a third embodiment of the CLC method according to the invention.
  • Fig. 4 is a diagram showing the normalized conversion rate Xc of methane versus the number N of oxidation reduction rings in a CLC process using pyrolusite particles alone as the redox active mass (Example 1).
  • FIG. 5 is a diagram showing the evolution as a function of time of the measured gas concentrations (CH 4 , CO, CO 2 ) at the outlet of the reactor during the reduction phase at CH 4 of the tenth oxidation reduction cycle; reduction, in the case of the use of pyrolusite particles alone as oxido-reducing active mass (Example 1).
  • FIG. 6 is a diagram representing the standardized conversion rate Xc of methane as a function of the number N of oxidation-reduction cycles in a CLC process using an active mass according to the invention based on pyrolusite and nickel oxide ( example 2).
  • FIG. 7 is a diagram showing the evolution as a function of time of the measured gas concentrations (CH 4 , CO, CO 2 ) at the outlet of the reactor during the reduction phase at CH 4 of the tenth oxidation reduction cycle; reduction, in the case of the use of an active mass according to the invention based on pyrolusite and nickel oxide (Example 2).
  • FIG. 8 is a diagram representing the standardized conversion rate Xc of methane as a function of the number N of oxidation-reduction cycles in a CLC process using an active mass according to the invention based on pyrolusite and nickel oxide ( example 3).
  • the same references designate identical or similar elements.
  • the invention relates to an oxido-reducing active mass for a chemical-based oxidation-reduction process based on a natural manganese ore of the pyrolusite type initially comprising at least 60% by weight of MnO 2 , and enriched with NiO.
  • the active mass is in the form of particles.
  • the initial amount of nickel oxide in the active mass may vary from 0.1 wt.% To 10 wt.% In the natural manganese / NiO ore mixture, preferably from 0.1 wt.% To 5 wt. more preferably from 0.5 wt% to 5 wt%, even more preferably from 1 wt% to 5 wt%, and still more preferably from 0.5 wt% to 2 wt%.
  • the initial MnO 2 content (before introduction of the particles into the chemical loop) is between 70% and 90% by mass, and very preferably between 76% and 82% by mass, which corresponds to metallurgical grade pyrolusite. commercially available.
  • Synthesis gas conversion reactions (equations (4) and (5)) exhibit very high kinetics compared to the formation reaction of this synthesis gas (equation (3)).
  • MnO 2 manganese dioxide
  • IV manganese oxide
  • the pyrolusite may be used in combination with NiO as an oxido-reducing active mass for a chemical loop redox process.
  • the latter In order to obtain properties of reactivity and of sufficient oxygen transport capacity for the process, the latter must initially comprise at least 60% by mass of MnO 2 .
  • the initial MnO 2 content is between 70% and 90% by mass, and very preferably between 76% and 82% by mass.
  • the enrichment of the active mass with NiO can be carried out in different ways.
  • the active mass comprises a mixture of particles of natural ore of pyrolusite-type manganese and NiO particles.
  • the enrichment consists in this case in mechanically mixing pyrolusite particles and nickel oxide particles.
  • the NiO may in this case be shaped on a solid support of alumina and / or silica, for example in the form of a spinel NiO / NiAl 2 O 4 .
  • spinel is advantageously formed, which stabilizes the support with respect to the migration of NiO
  • the active mass comprising the natural ore of manganese can be enriched with NiO by forming the NiO directly on the manganese oxide or by synthesizing a mixed manganese oxide material of the pyrolusite / nickel oxide type, according to several techniques well known to those skilled in the art. By way of non-limiting examples, mention may be made of the following techniques:
  • Binder type charge forming nickel particles and / or pyrolusite This method consists, for example, in bringing the particles of nickel and / or pyrolusite into the presence of a suspension also containing one or more organic or inorganic species whose function is to ensure the cohesion of the building. resulting from the shaping and subsequent calcination, hence the name of binder given to these species.
  • This suspension is generally, but not exclusively, aqueous.
  • the solvent content in general of the water, depends on the chosen shaping: extrusion, "oil drop", atomization ("spray drying" in English).
  • the object resulting from the shaping usually requires cooking or calcination to have its full thermomechanical properties. The cooking conditions depend on the binder used. In general, we can use the peptized bohemite as inorganic binder.
  • precursors of each of the targeted phases are dissolved, for example, but not exclusively, in aqueous solution.
  • aqueous solution aqueous solution
  • Precursors such as manganese salts and nickel salts can be selected.
  • the counterions be as close as possible. It is for example advantageous to dissolve nitrate salts of each of the chosen species.
  • These salts may be chosen from the following list given by way of examples and not limited to: chlorides, nitrates, sulphates, carbonates.
  • the solution (s) comprising the salts of the dissolved precursors are gradually added in a medium whose pH and composition are adjusted so that each of the species in solution precipitates, for example in the form of hydroxide.
  • the precipitates formed can be recovered by filtration and then treated in temperature to reveal the desired phases.
  • This synthetic route can be carried out by bringing into contact a natural pyrolusite-type manganese ore and a nickel precipitate to form a nickel-manganese compound after heat treatment.
  • the target phase is obtained by heat treatment in air of the resin at a temperature such that the organic component of the resin will be removed, leaving only the inorganic species, ie the metals, which will subsequently react to form the desired phase.
  • This synthetic route can be done by bringing into contact a natural ore of pyrolusite type manganese with a nickel resin to form a nickel-manganese compound.
  • precursor oxide powders of the targeted phases such as pyrolusite and nickel oxide according to the invention, are finely ground then intimately mixed before undergoing heat treatment under air at high temperature (typically 800 to 1200 °).
  • high temperature typically 800 to 1200 °.
  • the high temperature favors the atomic mobility of the metals in the presence, which allows the formation of mixed oxide phase.
  • the process of extracting natural manganese ore usually involves a crushing step.
  • the fines produced during this initial crushing can be used for the application targeted by the invention. These fines generally have a particle size less than or equal to 10 mm.
  • the natural manganese ore of the pyrolusite type is advantageously milled and sieved to obtain a particle size compatible with its implementation in a fluidized bed.
  • the active mass comprises a mixture of distinct pyrolusite and NiO particles
  • the nickel oxide generally of synthetic origin, is advantageously chosen so that it is in the form of particles of particle size which is also compatible with a use in fluidized bed.
  • the particle size of the particles at the end of the setting in form or synthesis may not be the one sought, unless a spray drying technique, to obtain a material in the form of powder to a desired particle size, is used.
  • the particles formed are smaller than the desired particle size, the solids formed can be pelletized, then crushed and sieved and / or elutriated. to obtain the desired particle size.
  • sieving and / or elutriation can improve the dispersibility.
  • the particle size of implementation of the active mass in the chemical loop combustion process is indeed important for the proper operation of the process.
  • the manganese ore into fine particles which can then be mixed with fine NiO particles, or which can be doped with NiO by, for example, an impregnation technique or any other technique permitting to synthesize a mixed MnO 2 / NiO material from natural pyrolusite ore.
  • the division of manganese ore into fine particles can be carried out for example by grinding the ore using the ore grinding technologies well known to those skilled in the art.
  • non-mechanical valves such as L-shaped valves, the principle of which is described in patent FR 2 948 177, makes it possible to effectively control the circulation at high temperature while minimizing the presence of internal elements in the flow.
  • the use of these non-mechanical valves is preferable with relatively large particles, in order to obtain in the L-shaped valves a sufficiently large range of gas / particle slip rates to control the circulation in a relatively wide range.
  • the particle-type oxido-reducing active mass introduced into the chemical loop combustion plant therefore has a particle size such that more than 90% of the particles have a size of between 100 micrometers and 500 micrometers.
  • the particle-forming oxido-reducing active mass introduced into the plant has a particle size such that more than 90% of the particles have a particle diameter of between 150 micrometers and 300 micrometers.
  • the particle-forming oxido-reducing active mass introduced into the plant has a particle size such that more than 95% of the particles have a diameter of between 150 micrometers and 300 micrometers.
  • the particle size of the particles of natural ore of pyrolusite-type manganese is different from the particle size of the NiO particles, so as to be able to separate the NiO particles from those of the natural manganese ore during of the CLC process.
  • the NiO particles are shaped to a particle size smaller or larger than that of the particles of natural manganese ore.
  • the particle size of the particles of natural ore of pyrolusite-type manganese and that of the NiO particles is substantially identical.
  • the active mass according to the invention is preferably activated by a phase of gradual rise in temperature under an oxidizing atmosphere.
  • the solid in the form of particles advantageously undergoes an activation phase comprising a gradual rise in temperature under an oxidizing atmosphere, constituted for example by the air.
  • the temperature reached is generally greater than or equal to 535 ° C., advantageously greater than or equal to 600 ° C., preferably greater than or equal to 800 ° C., and very preferably greater than or equal to 900 ° C.
  • the activation phase is preferably carried out in the chemical loop combustion plant in the combustion reactor.
  • the non-activated solid is preferably introduced into an area of the plant containing an excess of oxygen, namely the oxidation reactor, for its activation.
  • the chemical loop combustion plant comprises an oxidation reaction zone in which the active mass is oxidized, and a reduction reaction zone in which the active mass is reduced.
  • the non-activated solid at room temperature can be introduced at the bottom of the oxidation zone, which is advantageously at a temperature of between 400 ° C and 550 ° C under an oxidizing atmosphere, for example air.
  • This preferential temperature range of the oxidation zone at the time of introduction of the redox mass into the installation makes it possible, for example, to minimize the air to be introduced into the process.
  • the redox mass then equilibrates thermally with the oxidizing atmosphere in the oxidation zone where it is introduced, almost instantaneously.
  • the charging time of the cold solid in the oxidation zone is for example between 12h and 72h, depending on the flow rate of the solid introduced and the dimensions of the installation.
  • the redox mass then undergoes a rise ramp under this oxidizing atmosphere to a temperature generally greater than or equal to 535 ° C, preferably greater than or equal to ⁇ ' ⁇ , preferably greater than or equal to 800 ° ⁇ , and very preferably greater than or equal to 900 ' ⁇ .
  • the temperature rise in an oxidizing atmosphere can be done in a progressive manner, preferably at a speed of between 5 Oh and 100 Oh, more preferably at a speed of between 10 ° C./h and 50 ° C / h.
  • the temperature rise of the oxidation reactor can be done by introducing hot air, possibly by the use of gas burners, or a combination of both.
  • the temperature rise of the installation by increasing the Preheating air temperature, by starting gas burners, or a combination of both, allows the circulation of the solid between the reaction zone of reduction and that of oxidation.
  • the oxygen concentration in the oxidation zone is preferably at least 5% excess of O 2 .
  • the NiO of the redox mass itself undergoes an activation in order to maximize its catalytic power.
  • the activation of the NiO consists of reducing the degree of oxidation of the nickel compound, that is to say of passing from the form of NiO metal oxide to the Ni metal form, which can be achieved when the particles of the NiO 2 active mass pass into the reduction reactor.
  • the combustion reaction (reduction of the active mass) is carried out in the presence of steam.
  • the injection of water vapor is inherent to the process. Indeed to promote the contact between a liquid charge and the metal oxide, it is preferable to atomize the liquid charge and this can be effected effectively in two-phase atomizers in the presence of water vapor.
  • water vapor promotes the gasification of hydrocarbons, and it is preferable in the case of liquid or solid feeds to maintain in the reduction reactor a high pressure of water vapor favoring the gasification reactions.
  • the invention also relates to a method of combustion of solid hydrocarbon feeds, liquid or gaseous by oxidation-reduction in a chemical loop using an active mass according to the invention.
  • the active compounds according to the invention act as oxygen carriers for the oxidation-reduction loop combustion process and can be used to treat gaseous fuels (eg natural gas, syngas, biogas), liquids (eg fuel, bitumen, diesel, species, etc.), or solids (eg coal, coke, petcoke, biomass, oil sands, waste etc.) in a circulating fluidized bed.
  • gaseous fuels eg natural gas, syngas, biogas
  • liquids eg fuel, bitumen, diesel, species, etc.
  • solids eg coal, coke, petcoke, biomass, oil sands, waste etc.
  • the general scheme of an oxidation-reduction chemical loop combustion plant is as follows: the plant comprises an oxidation reaction zone and a reduction reaction zone.
  • the solid particles of the active mass are oxidized, at least in part, in an oxidation zone comprising at least one fluidized bed at a temperature generally between 600 ° C. and 1400 ° C., preferably between 800 and 1000 ° C.
  • These are then transferred to a reduction zone comprising at least one fluidized bed reactor where the active mass is brought into contact with the fuel at a temperature generally of between 600 ° C. and 1400 ° C., preferably between 800 ° C. and 1000 ° C.
  • the contact time varies depending on the type of fuel load used.
  • the ratio between the amount of active mass in circulation and the quantity of oxygen to be transferred between the two reaction zones is advantageously between 30 and 100, preferably between 40 and 70.
  • the combustion can be partial or total.
  • the active mass / fuel ratio is adjusted so as to achieve partial oxidation of the fuel, producing a synthesis gas in the form of a mixture rich in CO + H 2 .
  • the process can therefore be used for the production of synthesis gas.
  • This synthesis gas can be used as a feedstock for other chemical transformation processes, for example the Fischer Tropsch process making it possible to produce liquid hydrocarbons with long hydrocarbon chains which can subsequently be used as fuel bases from synthesis gas.
  • the fluidization gas used is water vapor or a mixture of water vapor and other gas (s)
  • the reaction of CO gas with water (or water gas shift in English terms) Saxons, CO + H 2 O " '* - C0 2 + H 2 ) can also take place, resulting in the production of a C0 2 + H 2 mixture at the reactor outlet.
  • the flue gas can be used for energy production purposes given its calorific value.
  • this gas for the production of hydrogen, for example to supply hydrogenation units, hydrotreating units for refining or a hydrogen distribution network (after reaction of water gas shift).
  • the gas flow at the outlet of the reduction reactor is composed essentially of CO 2 and water vapor.
  • a flow of C0 2 ready to be sequestered is then obtained by condensation of the water vapor.
  • the energy production is integrated in the Chemical Looping Combustion process by heat exchange in the reaction zone and on the fumes which are cooled.
  • the invention therefore also relates to a process for capturing CO 2 by total combustion in a chemical loop in a process according to the invention.
  • the sulfur oxides that could be produced during the total combustion of sulfur-containing fuels can be separated, depending on the implementation of the chosen process, of the concentrated C0 2 stream by a conventional method such as absorption on solvent or by the addition of a desulfurization reagent (lime or limestone).
  • the use according to the invention of the active mass based on pyrolusite and NiO makes it possible not to reject sulfur oxide in the flow leaving the oxidation reactor, thus advantageously limiting the flow to be treated, in the a case where the redox mass consists of a mixture of particles of natural manganese ore and NiO particles that can be separated so that the majority of the NiO particles are recycled to the reduction reactor and do not circulate in the oxidation reactor.
  • the sulfur oxides produced by the process during the use of sulfur-containing fuels are thus advantageously recovered only on the outflow of the reduction reactor ("fuel" reactor).
  • the process pressure is adjusted.
  • To produce synthesis gas it is advantageously possible in certain cases to work under pressure, in order to avoid compression of the synthesis gas upstream of the downstream synthesis process: the Fischer Tropsch process working for example with pressures between 20 bar and 40 bar, it may be advantageous to produce the gas at a higher pressure.
  • the process according to the invention can be implemented as illustrated in FIGS. 1 and 2. According to these embodiments, it is possible to carry out a separation of the particles of NiO that of manganese oxide. This separation advantageously makes it possible to send to the oxidation zone only the particles requiring reoxidation, that is to say the particles of natural ore of manganese, which constitutes a significant energy and financial gain for the whole. of the process.
  • this configuration allows the initial dopant NiO of the redox mass to remain mainly in the active form Ni.
  • these embodiments can furthermore make it possible to separate the unburnt particles and the ash from the remainder of the effluents leaving the reduction zone.
  • a combustion of the gaseous effluents from the first reaction zone R1 is carried out in the presence of the particles of natural ore of pyrolusite-type manganese and NiO particles.
  • a separation zone S3 the particles of natural pyrolusite-type manganese ore and the NiO particles are separated in a mixture from zone R2 comprising flue gas, the particles of natural manganese ore from Pyrolusite type and NiO particles.
  • the majority of the NiO particles are returned to the first reaction zone R1, and the majority of the natural manganese ore particles are reoxidized in an oxidation zone R4 before returning them to the zone R1.
  • a first embodiment illustrated in Figure 1 is adapted to the case where the NiO particles are smaller than the particles of natural manganese ore.
  • the installation used is similar to that described in the patent application FR 2 960 740.
  • a hydrocarbon feedstock is contacted with the particles in a first reaction zone R 1 operating in a dense fluidized bed. of natural ore of pyrolusite-type manganese and NiO particles, introduced through a conduit 3.
  • the conduit 1 through which the fuel is introduced can be penetrated inside the reactor R1.
  • the reaction zone R1 is also fed by a fluidization gas fed via a pipe 2.
  • the fluidization means are well known to those skilled in the art and are, for example, flat or frustoconical distribution grids, distribution crowns or "spargers".
  • the injected fluidization gas is, for example, water vapor, optionally a steam and CO 2 mixture, or consists of the gaseous hydrocarbon feedstock which is reduced in the reduction reactor.
  • the temperature in the reaction zone R1 is substantially homogeneous in view of the fluidization conditions leading to the formation of a dense phase.
  • the temperature is preferably between 600 and 1400, preferably between 800 and 1000 ° C.
  • the duct 4 transfers the gaseous mixture containing the particles to a second reaction zone R2.
  • the duct 4 is preferably a duct of variable section so as to join the reaction zones R1 and R2.
  • a pipe 5 can extract in the lower part of the reaction zone R1, in the case of a combustion of solid hydrocarbon feeds producing ash and unburnt particles, said ash formed and agglomerated with each other in the reactor as well as possibly oxygen carrier particles and unburnt particles.
  • the average residence time of the fuel and of the oxido-reducing active mass is, for example, between 1 minute and 5 minutes if a solid or liquid combustible charge is used, and for example between 1 second and 20 seconds in the case of a gaseous fuel charge.
  • the superficial gas velocity is generally between 0.3 and 3 m / s (at the reaction conditions at the outlet of the reaction zone (R1)).
  • the concentration of metal oxides in the reaction zone (R1) is at least 10% by volume.
  • a combustion of the gaseous effluents from the first reaction zone R1 is carried out in the presence of the particles of natural ore of pyrolusite-type manganese and NiO particles.
  • a mixture comprising combustion gas, the particles of pyrolusite-type natural ore of manganese and the NiO particles is extracted via a pipe 8 to be sent to a separation zone S3 in which takes place a rapid separation between the lightest particles, that is to say mainly the NiO particles of smaller size than the other particles of the mass, extracted by the conduit 10 with the gas, and the particles the heaviest - mostly particles of natural manganese ore - extracted in the lower part of the separation zone S3 by a conduit 13 feeding an enclosure F4.
  • This enclosure F4 serves as a buffer zone, and may be materialized by a concentric fluid bed and peripheral to the second reaction zone R2, the fluidization being obtained by injecting a gas supplied by a pipe 14.
  • the latter participates in the separation in the separation zone S3 by being channeled to it by a pipe 17.
  • heat exchange means 16 which can be tubes in wall or in the fluidized bed to recover a variable part generally representing 5 to 60% of the heat produced in the chemical loop combustion process.
  • a conduit 15 makes it possible to extract the particles of the active mass constituted, for the most part, by the natural manganese ore from the buffer zone to an oxidation zone R4 to re-oxidize the latter, and then send them back to the reaction zone R 1 by the conduit 3.
  • the separation zone S3 it is also possible to introduce via a pipe 9 a gas coming from an external source.
  • This gas may contain oxygen or an oxidizing gas to continue the combustion reactions of CO and hydrogen in the separator S3.
  • a part of the decanted heavy particles (mainly particles of natural manganese ore) is extracted via a pipe 1 1 to be recycled to the reaction zone R1. It is thus possible to promote the temperature homogeneity in the reaction zones R1, R2 and in the separation zone S3.
  • the pipe 10 conveys the gas stream containing the lighter particles - mainly NiO particles and possibly a minor fraction of particles of natural manganese ore - to at least one gas separation stage.
  • -solid for example two gas-solid separation stages (S5, S6), for example cyclones, as shown in FIG.
  • the gas stream is extracted by a pipe 17 to be sent to the second cyclone S6 and at the outlet of this cyclone S6, the substantially particle-free gas is extracted via a pipe 18, the latter no longer containing that a particle content generally between 100 mg / m 3 and 1 g / m 3 .
  • a dense fluidized bed is understood to mean a fluidized bed in which the gas fraction ⁇ 9 is less than 0.9, preferably less than 0.8.
  • Diluted fluidized bed means a fluidized bed in which the volume fraction of the particles of the redox active mass is less than 10% by volume.
  • the majority of the NiO is activated once within the second reaction zone R2.
  • the flow of the solid fuel particles can be either continuous or intermittent with an injection frequency corresponding to a period equal to at least half the time average residence time of all the solid fuel particles in the reaction zone R1.
  • the solid fuel undergoes, on contact with the particles of the active mass, a devolatilization of the volatile compounds, which generally represent from 5 to 50% by weight of the solid fuel according to its origin.
  • the temperature in the reaction zone R 1 is preferably greater than 800% and preferably between 900% and 6%, so as to minimize the time required to gasify the solid fuel. From the reaction zone R1 exits through the pipe 4, in addition to the particles of the active mass and the combustion gas, a unburned solid fuel fraction.
  • unburnt particles and possibly fly ash can be extracted together with the NiO particles and sent to the separators S5 and S6 via the line 10.
  • the solid particles passing through S5 and S6 can then be recovered almost completely, after possible removal of fly ash by fluidized bed elutriation, for example.
  • a second embodiment illustrated in FIG. 2 is adapted to the case where the NiO particles have a size greater than that of the particles of natural manganese ore.
  • the reaction zones R1, R2, R4 function in a manner similar to that described with reference to FIG. 1. With reference to FIG. 2, the following steps are performed:
  • the mixture of particles brought by the pipe 205 is brought into contact with the combustible charge introduced via the pipe 1 into a first reaction zone R 1 operating in a dense fluidized bed; a combustion of the gaseous effluents from the first reaction zone R1 is carried out by the pipe 4 in the presence of the particles of the active mass in a second reaction zone R2;
  • a separation zone S3 the natural pyrolusite-type manganese ore particles and the NiO particles are separated in a mixture coming from the zone R2 by the pipe 8 and comprising combustion gas, the particles of pyrolusite-type natural manganese ore and NiO particles.
  • Larger and heavier NiO particles are mostly returned to reaction zone R1 via line 11, and the rest of the particles - mostly natural manganese ore particles - are sent with combustion by the pipe 10 in a solid-gas separation zone S5, for example a cyclone, for separating the combustion gas that escapes through a pipe 18 and a flux composed mainly of particles of manganese oxide sent by a pipe 201 to an oxidation zone R4 to be re-oxidized;
  • the particles of manganese oxide are re-oxidized in the oxidation zone R4 by means of an oxidizing gas such as air introduced via a pipe 22.
  • the re-oxidized particles are then returned to the first reduction zone R1;
  • the solid particles from the oxidation reactor R4 are sent via a pipe 203 to a solid-solid division zone R5, operating in a fluidized bed, which allows to divide the partially oxidized solid stream leaving the oxidation reactor R4, composed mainly of a major fraction of particles of natural manganese ore and a minor fraction of NiO particles, into two sub-streams.
  • a first sub-flow returns via a pipe 204 to the oxidation reactor R4 to be further oxidized, and a second sub-flow is conveyed to the reduction reactor R1 through a pipe 205 to provide the oxygen required for the combustion of the charges. fuels introduced into R1.
  • the solid-solid division zone R5 can also be used to recover the heat produced by the oxidation of methane, for example by integrating heat exchange means.
  • the majority of the NiO is activated once within the second reaction zone R2.
  • At least one first reaction zone R1 operating in a dense fluidized bed and making it possible to bring into contact the gaseous, solid or liquid hydrocarbon feedstock with the particles of the redox active mass.
  • this first reaction zone R1 makes it possible to gasify the particles of the solid fuel in the presence of particles of the redox mass.
  • a second combustion or reduction reaction zone R2 preferably operating in a diluted fluidized bed and making it possible to carry out the combustion of the gaseous effluents originating from the first reaction zone R1 in the presence of the particles of the oxido-reducing active mass;
  • a separating zone S3 effecting a separation in a mixture containing gas, particles of natural ore of pyrolusite-type manganese and NiO particles, said mixture coming from the second reaction zone R2, and said zone separation device comprising an enclosure in which the admission of the mixture of particles to be separated is carried out in a dilute phase in which a gas flows at an ascending speed which is imposed;
  • FIG. 3 illustrates a third embodiment for implementing the method according to the invention.
  • This embodiment is particularly adapted to the case where the particle size of the particles of natural ore of pyrolusite-type manganese and that of the NiO particles is similar, and in the case where the active mass is not a mixture of distinct particles of NiO and of manganese ore, but comprises particles formed from the same material comprising NiO-doped pyrolusite-type natural ore of manganese.
  • the hydrocarbon feedstocks coming from a pipe 1 are brought into contact with the particles of the oxido-reducing active mass arriving via a pipe 308 in an oxidized state, in a first reaction zone R 1 operating in dense fluidized bed.
  • the gaseous effluent resulting from the combustion and containing the particles of the active mass is then sent via a pipe 8 into a first gas-solid separator S1, for example a cyclone, from which the combustion gas is extracted via a pipe 18 and a flow of particles through a conduit 301.
  • the latter is divided into a first division zone R3 operating in a fluidized bed in a first sub-flow returned by a pipe 302 to the second reaction zone R2 where it is advantageously recycled, and a second sub-flow going in a zone d R4 oxidation by 303.
  • the recycling of the first sub-flow makes it possible to increase the activated form Ni of the dopant in the reaction zone R2.
  • the particles of the second sub-flux are reoxidized in the oxidation zone R4 and then returned to the reduction zone R1.
  • the particles of the active mass are first recovered by means of a solid-gas separator S2 of the cyclone type, which are then sent through line 306 to a second division zone R5 operating in a fluidized bed.
  • the particle flow of the active mass from the oxidation zone R4 is divided into a third sub-flow going back into the oxidation zone R4 via a pipe 307, to be further re-oxidized. , and a fourth sub-flow going into the first reaction zone R1 via a pipe 308.
  • the NiO of the redox mass is activated at each passage within the second reaction zone R2 when said mass comes from the oxidation zone R4.
  • pyrolusite-based oxygen-carrying particles having the following properties are used:
  • ROAx The pyrolusite utilization rate, ROAx, is 2%, which means that for every 100 grams of oxide, 2 grams of oxygen are used.
  • the temperature of the oxygen carrier in the reactor varies between 870 ° C and 900 ° C, the average temperature being 890 ° C.
  • the apparent residence time of the gas in the reactor is 1 second. This calculated residence time does not take into account the hydrodynamics of the fluidized bed, and corresponds to the ratio between the height of the bed and the superficial velocity of the gas.
  • FIG. 4 represents the evolution of the conversion of methane Xc (%) over the first 35 oxidation-reduction cycles of the process (Number of cycles N on the abscissa).
  • the conversion rate of methane Xc corresponds to the ratio between the amount of C0 2 formed
  • Figure 5 illustrates gas profiles CH 4, CO and C0 2 measured obtained at the reactor outlet during the reduction phase of the 10 th redox cycle.
  • the gases at the outlet are analyzed with the Rosemount NGA2000 analyzer.
  • CO 2 , CO and CH 4 are measured with a non-dispersive infra-red spectrometer
  • Example 2 Combustion of methane at 890 ° C in the presence of a mixture comprising 99% pyrolusite and 0.59% NiO.
  • pyrolusite-based oxygen carrier particles having the following properties:
  • the pyrolusite utilization rate, ROAx is 2%, that is to say that for each 100 grams of oxide, 2 grams of oxygen are used.
  • nickel oxide is used to dope the redox mass comprising pyrolusite.
  • the NiO is shaped under a NiO / NiAl 2 4 spinel (60% / 40% by mass), the properties of which are as follows: density: 2217 kg / m 3
  • the temperature of the oxygen carrier in the reactor varies between 870 ° and 900 ° C, the average temperature being 890 ° C.
  • the apparent residence time of the gas in the reactor is 1 second. This calculated residence time does not take into account the hydrodynamics of the fluidized bed, and corresponds to the ratio between the height of the bed and the superficial velocity of the gas.
  • the redox mass is activated by a rise in temperature of 20% per minute in air, up to a temperature of 900%.
  • FIG. 6 describes the evolution of the methane conversion Xc (%) over the first 35 oxidation-reduction cycles of the process (Number of cycles N on the abscissa).
  • the conversion rate of methane Xc corresponds to the ratio between the amount of C0 2 formed (in moles), and the amount of CH 4 injected (in moles), standardized to take account of the carbon footprint.
  • Figure 7 illustrates the profiles of CH 4, CO and C0 2 obtained at the reactor outlet during the reduction phase of the 10 th redox cycle.
  • the gases at the outlet are analyzed with the Rosemount NGA2000 analyzer.
  • CO 2 , CO and CH 4 are measured with a non-dispersive infra-red spectrometer
  • Example 3 Combustion of methane at 880 ° C in the presence of a mixture comprising 95% pyrolusite and 2.53% NiO.
  • pyrolusite-based oxygen carrier particles having the following properties:
  • the pyrolusite utilization rate, ROAx is 2%, that is to say that for each 100 grams of oxide, 2 grams of oxygen are used.
  • nickel oxide is used to dope the redox mass comprising pyrolusite.
  • the NiO is shaped under a NiO / NiAl 2 4 spinel (60% / 40% by mass), the properties of which are as follows:
  • the temperature of the oxygen carrier in the reactor varies between 870 ° C and 900 ° C, the average temperature being 880 ° C.
  • the apparent residence time of the gas in the reactor is 1 second. This calculated residence time does not take into account the hydrodynamics of the fluidized bed, and corresponds to the ratio between the height of the bed and the superficial velocity of the gas.
  • the redox mass is activated by a rise in temperature of 20 q C / minute in air, up to a temperature of 900 ' ⁇ .
  • FIG. 8 describes the evolution of the methane conversion Xc (%) over the first 35 oxidation-reduction cycles of the process (Number of cycles N on the abscissa).
  • the conversion rate of methane Xc corresponds to the ratio between the amount of C0 2 formed (in moles), and the amount of CH 4 injected (in moles), standardized to take account of the carbon footprint.
  • the same measuring devices as those described for the other examples are used.

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Abstract

The invention relates to an oxidation/reduction active mass comprising a pyrolusite natural manganese ore initially comprising at least 60% by weight of MnO2, wherein said mass is enriched with nickel oxide and is in particle form. The invention also relates to a process for chemical looping combustion (CLC) of solid, liquid or gaseous hydrocarbon-based fillers by oxidation/reduction using such an oxidation/reduction active mass. Advantageously, the invention is applied in the CO2 uptake field.

Description

PROCEDE DE COMBUSTION EN BOUCLE CHIMIQUE UTILISANT UNE MASSE OXYDO- REDUCTRICE COMPRENANT DE LA PYROLUSITE ENRICHIE AVEC DE L'OXYDE DE  CHEMICAL LOOP COMBUSTION PROCESS USING OXYDO-REDUCING MASS COMPRISING PYROLUSITE ENRICHED WITH OXIDE
NICKEL  NICKEL
Domaine de l'invention Field of the invention
Le domaine de l'invention est celui de la combustion d'hydrocarbures par oxydo-réduction en boucle chimique (CLC) pour produire de l'énergie, du gaz de synthèse et/ou de l'hydrogène. L'invention porte en particulier sur une masse active oxydo-réductrice pour procédé CLC et sur un procédé CLC utilisant cette masse active.  The field of the invention is that of the combustion of hydrocarbons by chemical redox oxidation (CLC) to produce energy, synthesis gas and / or hydrogen. The invention relates in particular to an oxido-reducing active mass for CLC process and a CLC process using this active mass.
Contexte général General context
Procédé de Chemical Looping Combustion ou CLC : Dans la suite du texte, on entend par procédé CLC (Chemical Looping Combustion) un procédé d'oxydo-réduction en boucle sur masse active. Il convient de noter que, de manière générale, les termes oxydation et réduction sont utilisés en relation avec l'état respectivement oxydé ou réduit de la masse active. Le réacteur d'oxydation est celui dans lequel la masse oxydo-réductrice est oxydée et le réacteur de réduction est le réacteur dans lequel la masse oxydo-réductrice est réduite.  Process of Chemical Looping Combustion or CLC: In the remainder of the text, the term CLC (Chemical Looping Combustion) is understood to mean a process of oxidation-reduction in loop on active mass. It should be noted that, in general, the terms oxidation and reduction are used in relation to the respectively oxidized or reduced state of the active mass. The oxidation reactor is one in which the redox mass is oxidized and the reduction reactor is the reactor in which the redox mass is reduced.
Dans un contexte de demande énergétique mondiale croissante, la capture du dioxyde de carbone en vue de sa séquestration est devenue une nécessité incontournable afin de limiter l'émission de gaz à effet de serre préjudiciable à l'environnement. Le procédé d'oxydo- réduction en boucle sur masse active, ou Chemical Looping Combustion (CLC) dans la terminologie anglo-saxonne, permet de produire de l'énergie à partir de combustibles hydrocarbonés tout en facilitant la capture du dioxyde de carbone émis lors de la combustion. In a context of increasing global energy demand, the capture of carbon dioxide for sequestration has become an unavoidable necessity in order to limit the emission of greenhouse gases that are harmful to the environment. The active-loop-based oxidation-reduction method, or Chemical Looping Combustion (CLC) in the English terminology, makes it possible to produce energy from hydrocarbon fuels while facilitating the capture of the carbon dioxide emitted during of combustion.
Le procédé CLC consiste à mettre en œuvre des réactions d'oxydo-réduction d'une masse active, typiquement un oxyde métallique, pour décomposer la réaction de combustion en deux réactions successives. Une première réaction d'oxydation de la masse active, avec de l'air ou un gaz jouant le rôle de comburant, permet d'oxyder la masse active. Une seconde réaction de réduction de la masse active ainsi oxydée à l'aide d'un gaz réducteur permet ensuite d'obtenir une masse active réutilisable ainsi qu'un mélange gazeux comprenant essentiellement du dioxyde de carbone et de l'eau, voire du gaz de synthèse contenant de l'hydrogène et du monoxyde d'azote. Cette technique permet donc d'isoler le dioxyde de carbone ou le gaz de synthèse dans un mélange gazeux pratiquement dépourvu d'oxygène et d'azote. The CLC process consists in carrying out oxidation-reduction reactions of an active mass, typically a metal oxide, in order to decompose the combustion reaction into two successive reactions. A first oxidation reaction of the active mass, with air or a gas acting as an oxidant, makes it possible to oxidize the active mass. A second reduction reaction of the active mass thus oxidized by means of a reducing gas then makes it possible to obtain a reusable active mass and a gaseous mixture essentially comprising carbon dioxide and water, or even gas synthesis product containing hydrogen and nitric oxide. This technique therefore makes it possible to isolate carbon dioxide or synthesis gas in a gaseous mixture that is substantially free of oxygen and nitrogen.
La combustion étant globalement exothermique, il est possible de produire de l'énergie à partir de ce procédé, sous la forme de vapeur ou d'électricité, en disposant des surfaces d'échange dans la boucle de circulation de la masse active ou sur les effluents gazeux en aval des réactions de combustion ou d'oxydation.  As the combustion is generally exothermic, it is possible to produce energy from this process, in the form of steam or electricity, by having exchange surfaces in the circulation loop of the active mass or on the gaseous effluents downstream of combustion or oxidation reactions.
Le brevet US 5 447 024 décrit un procédé de combustion en boucle chimique comprenant un premier réacteur de réduction d'une masse active à l'aide d'un gaz réducteur et un second réacteur d'oxydation permettant de restaurer la masse active dans son état oxydé par une réaction d'oxydation avec de l'air humide. La technologie du lit fluidisé circulant est utilisée pour permettre le passage continu de la masse active de son état oxydé à son état réduit.  No. 5,447,024 discloses a chemical loop combustion process comprising a first reduction reactor of an active mass using a reducing gas and a second oxidation reactor for restoring the active mass in its state. oxidized by an oxidation reaction with moist air. Circulating fluidized bed technology is used to allow the continuous passage of the active mass from its oxidized state to its reduced state.
La masse active, passant alternativement de sa forme oxydée à sa forme réduite et inversement, décrit un cycle d'oxydo-réduction. The active mass, passing alternately from its oxidized form to its reduced form and vice versa, describes an oxidation-reduction cycle.
Ainsi, dans le réacteur de réduction, la masse active (MxOy) est tout d'abord réduite à l'état MxOy-2n-m/2, par l'intermédiaire d'un hydrocarbure CnHm, qui est corrélativement oxydé en C02 et H20, selon la réaction (1 ), ou éventuellement en mélange CO + H2 selon les proportions utilisées. Thus, in the reduction reactor, the active mass (M x O y ) is first reduced to the state M x O y -2n- m / 2, via a hydrocarbon C n H m , which is correlatively oxidized to CO 2 and H 2 O, according to reaction (1), or optionally in CO + H 2 mixture according to the proportions used.
CnHm + MxOy n C02+ m/2 H20 + MxO: y-2n-m/2 (1 ) C n H m + M x O y n C0 2 + m / 2 H 2 0 + M x O : y-2n-m / 2 (1)
Dans le réacteur d'oxydation, la masse active est restaurée à son état oxydé (MxOy) au contact de l'air selon la réaction (2), avant de retourner vers le premier réacteur. In the oxidation reactor, the active mass is restored to its oxidized state (M x O y ) in contact with the air according to reaction (2), before returning to the first reactor.
MxOy_ ■;2n-m/2 + (n+m/4) 02 MxOy (2) M x O y _ ■ ; 2n-m / 2 + (n + m / 4) 0 2 M x O y (2)
Dans les équations ci-dessus, M représente un métal. L'efficacité du procédé de combustion en boucle chimique (CLC) en lit fluidisé circulant repose dans une large mesure sur les propriétés physico-chimiques de la masse active d'oxydo-réduction. In the equations above, M represents a metal. The efficiency of the circulating fluidized bed chemical loop (CLC) combustion process relies to a large extent on the physicochemical properties of the oxidation-reduction active mass.
La réactivité du ou des couples oxydo-réducteurs mis en jeu ainsi que la capacité de transfert d'oxygène associée sont des paramètres qui influent sur le dimensionnement des réacteurs et sur les vitesses de circulation des particules.  The reactivity of the oxidation-reduction pair (s) involved as well as the associated oxygen transfer capacity are parameters that influence the design of the reactors and the particle circulation speeds.
La durée de vie des particules quant à elle dépend de la résistance mécanique des particules ainsi que de leur stabilité chimique.  The lifetime of the particles as for it depends on the mechanical resistance of the particles as well as their chemical stability.
Afin d'obtenir des particules utilisables pour ce procédé, les particules mises en jeu sont généralement composées d'un couple ou d'un ensemble de couples oxydo-réducteur choisi parmi CuO/Cu, Cu20/Cu, NiO/Ni, Fe203 Fe304, FeO/Fe, Fe304/FeO, Mn02/Mn203, Μη203/Μη3θ4, Mn304/MnO, MnO/Mn, Co304/CoO, CoO/Co, et d'un liant apportant la stabilité physico-chimique nécessaire. In order to obtain particles that can be used for this process, the particles used are generally composed of a pair or a set of oxido-reducing pairs chosen from CuO / Cu, Cu 2 O / Cu, NiO / Ni, Fe 2 03 Fe 3 O 4 , FeO / Fe, Fe 3 O 4 / FeO, MnO 2 / Mn 2 O 3 , Μη 2 O 3 / Μη 3 θ 4 , Mn 3 O 4 / MnO, MnO / Mn, Co 3 0 4 / CoO, CoO / Co, and a binder providing the necessary physicochemical stability.
Le couple NiO/Ni est souvent cité comme masse active de référence pour le procédé CLC pour ses capacités de transport d'oxygène et sa cinétique rapide de réduction, notamment en présence de méthane. Comme l'oxyde de nickel n'existe pas à l'état naturel de façon suffisamment concentrée pour pouvoir obtenir des propriétés intéressante pour le procédé CLC, il est donc généralement utilisé de façon concentrée dans des particules de masse active synthétiques. The NiO / Ni pair is often cited as a reference active mass for the CLC process for its oxygen transport capacity and its rapid reduction kinetics, especially in the presence of methane. Since nickel oxide does not exist in the natural state in a sufficiently concentrated manner to obtain properties of interest for the CLC process, it is therefore generally used in a concentrated manner in synthetic active-mass particles.
L'utilisation de nickel pose cependant quelques problèmes car l'oxyde de nickel est suspecté d'être cancérigène ce qui entraîne des contraintes importantes sur le système de filtration des fumées. Il perd en outre ses capacités réactives en présence de composés soufrés, ce qui ne permet pas de l'envisager pour l'utilisation de combustibles, comme le charbon, qui en contiennent. The use of nickel, however, poses some problems because the nickel oxide is suspected of being carcinogenic which causes significant constraints on the smoke filtration system. It also loses its reactive capacities in the presence of sulfur compounds, which does not allow to consider for the use of fuels, such as coal, which contain it.
D'une façon plus générale, la problématique principale posée par l'utilisation de particules synthétiques est leur coût de fabrication élevé. Le procédé nécessitant la circulation du solide dans des réacteurs où les vitesses de gaz sont relativement élevées, on ne peut empêcher une consommation continue de solide par attrition. Si le coût de masse active est relativement élevé, alors le poste d'appoint en masse active peut devenir une part importante du coût opératoire. Il est donc important de trouver une masse active à faible coût afin de diminuer l'impact du coût des particules sur le prix de captage du C02 par CLC. A ce titre, la possibilité d'utiliser un minerai naturel d'ilménite (FeTi03) a été divulguée par l'Instituto de Catalisis y Petroleoquimica (CSIC), Madrid ("Titania-supported iron oxide as oxygen carrier for chemical-looping combustion of méthane, Corbella, Beatriz M.; Palacios, José Maria, Fuel (2006), Volume Date 2007, 86(1 -2), 1 13-122). Cependant, ce minerai n'a qu'une capacité de transport d'oxygène très réduite et une très faible réactivité. In a more general way, the main problem posed by the use of synthetic particles is their high manufacturing cost. Since the process requires the circulation of the solid in reactors where the gas velocities are relatively high, continuous consumption of solid by attrition can not be prevented. If the cost of active mass is relatively high, then the booster active mass can become a significant part of the operating cost. It is therefore important to find a low cost active mass in order to reduce the impact of the cost of the particles on the price of C0 2 capture by CLC. As such, the possibility of using a natural ilmenite ore (FeTiO 3 ) has been disclosed by the Instituto de Catalisis y Petroleoquimica (CSIC), Madrid ("Titania-supported iron oxide as oxygen carrier for chemical-looping combustion"). of methane, Corbella, Beatriz M. Palacios, José Maria, Fuel (2006), Volume Date 2007, 86 (1-2), 1 13-122), however this ore has only a transport capacity of oxygen very low and very low reactivity.
Dans la demande de brevet GB 2 058 828, divers oxydes métalliques, dont un minerai naturel de manganèse, sont utilisés en tant que sources d'oxygène pour gazéifier des espèces carbonées. In GB patent application 2,058,828, various metal oxides, including a natural manganese ore, are used as oxygen sources to gasify carbon species.
Des minerais naturels de manganèse ont également été testés en tant que transporteurs d'oxygène dans des procédés CLC par Fossdal et al. ("Study of inexpensive oxygen carriers for chemical looping combustion", A. Fossdal et al., International Journal of Greenhouse Gas control 5, 201 1 , pp. 483-488). Natural manganese ores have also been tested as oxygen carriers in CLC processes by Fossdal et al. ("Study of inexpensive oxygen carriers for chemical looping combustion", A. Fossdal et al., International Journal of Greenhouse Gas Control 5, 201 1, pp. 483-488).
Bien que l'utilisation d'oxydes de manganèse issus de minerais naturels en tant que masse active dans un procédé CLC peut constituer une solution satisfaisante en termes de coût, elle s'avère moins bien adaptée à la combustion de méthane qu'à la combustion de charges solides ou liquides en termes de performance du procédé. Although the use of manganese oxides from natural ores as an active mass in a CLC process can be a satisfactory solution in terms of cost, it is less suitable for methane combustion than for combustion. solid or liquid charges in terms of process performance.
Des mélanges d'oxydes métalliques naturels provenant de minerais avec de l'oxyde de nickel ont également fait l'objet d'études. Mixtures of natural metal oxides from ores with nickel oxide have also been studied.
Ainsi, un mélange d'ilménite naturelle et d'oxyde de nickel a été expérimenté par Rydén et al. dans le cadre d'un procédé CLC, en particulier pour la combustion de méthane ("Nmenite with addiction of NiO as oxygen carrier for chemical-looping combustion", Rydén M. et al., Fuel 2010, 89, pp 3523-3533). Il apparaît que des transformations importantes de la structure de l'ilménite se produisent, notamment une diminution de la densité et une augmentation de la porosité de l'oxyde métallique, pouvant affecter la durée de vie des particules. Des problèmes d'agglomération et de frittage des particules, entraînant des arrêts de l'installation CLC, ont également été constatés. Ces problèmes remettent sérieusement en question l'intérêt d'utiliser un tel mélange en tant que transporteur d'oxygène dans un procédé CLC. L'utilisation d'un mélange d'hématite naturelle et d'oxyde de nickel a également été testée par Chen et al., ("Expérimental investigation of hématite oxygen carrier decorated with niO for chemical-loopong combustion of coal", Chen D. et al., Journal of Fuel Chemistry and Technology 2012, 40, 267-272). Cependant, ce procédé est limité à la combustion du charbon, et la réactivité du mélange diffère selon les méthodes de préparation du mélange, avec l'apparition d'un blocage de la porosité dans certains cas. Selon cette étude, le mélange d'hématite naturelle et d'oxyde de nickel est obtenu soit par mélange mécanique, soit par une méthode d'imprégnation. Dans le cas de l'imprégnation réalisée d'une solution de nitrates de Nickel sur de l'hématite naturelle, le mélange montre une faible surface spécifique suggérant que l'effet sur les performances de réactions ne peut être significatif. Par ailleurs, l'imprégnation sur les particules d'hématite naturelle, montrant une teneur en hématite Fe203 de 80%, permet de former des particules d'oxyde de nickel sur les particules d'hématite, mais aboutit également à une réaction avec les éléments déjà présents pour former un phase stable, comme la spinelle NiAI204. Un autre effet indésirable de l'imprégnation réalisée est la dissolution d'une fraction du fer par la solution d'imprégnation (le rapport Fe/Si est modifié). Ces deux effets, l'apparition d'une phase stable et la dissolution de la phase transporteuse d'oxygène, ont pour conséquence la baisse de la concentration massique en sites actifs fournisseurs d'oxygène au système. Dans le cas d'un mélange mécanique d'hématite naturelle et d'oxyde de nickel, des problèmes de stabilité et de frittage en conditions réductrices, particulièrement liés à l'utilisation d'hématite naturelle, sont attendus. Dans tous les cas, le mélange étudié par Chen et al. pose des problèmes d'interaction chimique avec les matériaux réfractaires liés à la diffusion du fer aux températures mises en œuvre dans les procédés CLC. Thus, a mixture of natural ilmenite and nickel oxide has been tested by Rydén et al. in the context of a CLC process, in particular for the combustion of methane (Rydén M. et al., Fuel 2010, 89, pp. 3523-3533) . It appears that important transformations of the ilmenite structure occur, including a decrease in density and an increase in the porosity of the metal oxide, which may affect the lifetime of the particles. Problems of agglomeration and sintering of the particles, leading to shutdowns of the CLC plant, have also been noted. These problems seriously question the value of using such a mixture as an oxygen carrier in a CLC process. The use of a mixture of natural hematite and nickel oxide has also been tested by Chen et al., ("Experimental investigation of hematite oxygen carrier decorated with niO for chemical-loopong combustion of coal", Chen D. et al., Journal of Fuel Chemistry and Technology 2012, 40, 267-272). However, this process is limited to the combustion of the coal, and the reactivity of the mixture differs according to the methods of preparation of the mixture, with the appearance of a blockage of the porosity in certain cases. According to this study, the mixture of natural hematite and nickel oxide is obtained either by mechanical mixing or by an impregnation method. In the case of the impregnation carried out with a solution of nickel nitrates on natural hematite, the mixture shows a low surface area suggesting that the effect on the performance of reactions can not be significant. Furthermore, the impregnation on the natural hematite particles, showing an 80% Fe 2 0 3 hematite content, makes it possible to form nickel oxide particles on the hematite particles, but also results in a reaction. with the elements already present to form a stable phase, such as spinel NiAI 2 0 4 . Another undesirable effect of the impregnation carried out is the dissolution of a fraction of the iron by the impregnating solution (the Fe / Si ratio is modified). These two effects, the appearance of a stable phase and the dissolution of the oxygen transport phase, result in the decrease of the mass concentration of active sites supplying oxygen to the system. In the case of a mechanical mixture of natural hematite and nickel oxide, problems of stability and sintering under reducing conditions, particularly related to the use of natural hematite, are expected. In all cases, the mixture studied by Chen et al. poses problems of chemical interaction with the refractory materials related to the diffusion of iron at the temperatures implemented in the CLC processes.
Il existe donc un besoin de fournir un procédé CLC performant permettant notamment un captage élevé du C02, adapté au traitement de tout type de charges hydrocarbonées, qu'elles soient solides, liquides ou gazeuses, et qui utilise un matériau en tant que masse active oxydo-réductrice peu coûteux, et répondant aux normes environnementales en termes de toxicité et d'émissions réductrice. There is therefore a need to provide a high-performance CLC process which, in particular, allows high capture of C0 2 , suitable for treating any type of hydrocarbon feedstock, whether solid, liquid or gaseous, and which uses a material as an active mass. oxido-reducer inexpensive, and meeting environmental standards in terms of toxicity and reducing emissions.
Objectifs et résumé de l'invention Objectives and summary of the invention
Les demandeurs ont mis à jour que certains minerais naturels de manganèse communément appelés pyrolusite et usuellement utilisés pour la production métallurgique, peuvent, une fois enrichis avec de faibles quantités d'oxyde de nickel (NiO), et après une phase d'activation, être utilisés dans un procédé de combustion en boucle redox permettant notamment la séquestration du C02. L'utilisation d'un tel mélange permet de répondre, au moins en partie, aux besoins de l'art antérieur tels que décrits ci-dessus. Applicants have discovered that certain natural manganese ores commonly known as pyrolusite and usually used for metallurgical production, can, once enriched with small amounts of nickel oxide (NiO), and after an activation phase, be used in a redox loop combustion process that allows, in particular, the sequestration of C0 2 . The use of such a mixture makes it possible to meet, at least in part, the needs of the prior art as described above.
L'invention consiste à fournir et à utiliser des minerais naturels de manganèse contenant principalement du Mn02 à l'origine, en combinaison avec du NiO, en tant que masse active oxydo-réductrice pour procédé d'oxydo-réduction en boucle chimique. La masse active oxydo-réductrice se présente sous la forme de particules dont la taille permet d'obtenir des propriétés d'écoulement et de transport facilitées. Elle est activée par une montée en température sous atmosphère oxydante, et est utilisée dans une installation de combustion en boucle chimique comprenant une zone de réduction dans laquelle le combustible est oxydé par l'oxygène fourni par réduction des particules, et une zone d'oxydation de ces mêmes particules en présence d'air, les particules circulant en continu entre ces deux zones de réduction et d'oxydation. The invention consists in providing and using natural manganese ores containing mainly MnO 2 originally, in combination with NiO, as an oxido-reducing active mass for a chemical-loop oxidation-reduction process. The redox active mass is in the form of particles whose size makes it possible to obtain easy flow and transport properties. It is activated by a rise in temperature under an oxidizing atmosphere, and is used in a chemical loop combustion plant comprising a reduction zone in which the fuel is oxidized by the oxygen supplied by reduction of the particles, and an oxidation zone. of these same particles in the presence of air, the particles circulating continuously between these two zones of reduction and oxidation.
Le procédé permet d'effectuer la combustion du combustible et notamment de produire des fumées concentrées en C02 exemptes d'azote facilitant la séquestration du C02. Le mélange de minerai naturel de manganèse et de NiO utilisé selon l'invention (masse active), une fois activé, est particulièrement intéressant, car il possède une grande capacité de transport d'oxygène, des propriétés cinétiques permettant des réactions rapides, il n'est pas sensible au soufre que pourrait contenir le combustible, il permet de respecter les normes environnementales concernant la toxicité et les émissions, et il permet de fournir un procédé performant, notamment en termes de chimie et de résistance thermomécanique, pour un éventail large de types de charges hydrocarbonées, en particulier pour la combustion de charges gazeuses telles que le méthane. En outre, la masse active selon l'invention présente une faible tendance à l'agglomération. The method makes it possible to carry out the combustion of the fuel and in particular to produce nitrogen-free concentrated C0 2 -free gases facilitating the C0 2 sequestration. The mixture of natural ore of manganese and NiO used according to the invention (active mass), once activated, is particularly interesting because it has a large oxygen transport capacity, kinetic properties allowing rapid reactions, it is not is not sensitive to sulfur that may be contained in the fuel, it meets the environmental standards for toxicity and emissions, and it provides a high performance process, particularly in terms of chemistry and thermomechanical resistance, for a wide range of types of hydrocarbon feeds, in particular for the combustion of gaseous feeds such as methane. In addition, the active mass according to the invention has a low tendency to agglomeration.
Selon l'invention, les charges hydrocarbonées gazeuses, comprennent les charges hydrocarbonées sous forme de gaz, les charges liquides après vaporisation, et les hydrocarbures volatils de charges solides. According to the invention, the gaseous hydrocarbon feedstocks comprise the hydrocarbon feeds in the form of gas, the liquid feeds after vaporization, and the volatile hydrocarbons of solid feedstocks.
Les charges hydrocarbonées utilisées en tant que combustible dans le procédé de combustion selon l'invention peuvent être d'origine fossile, provenir de la biomasse, ou être des combustibles de synthèse. De manière générale, l'invention concerne une masse active oxydo-réductrice pour procédé d'oxydo-réduction en boucle chimique (CLC) comprenant un minerai naturel de manganèse de type pyrolusite comprenant initialement au moins 60% massique de Mn02, ladite masse étant enrichie avec du NiO et se présentant sous forme de particules. The hydrocarbon feedstocks used as fuel in the combustion process according to the invention may be of fossil origin, come from biomass, or be synthetic fuels. In general, the invention relates to an oxido-reducing active mass for a chemical loop-redox process (CLC) comprising a natural pyrolusite-type manganese ore initially comprising at least 60% by mass of MnO 2 , said mass being enriched with NiO and in the form of particles.
De manière préférée, la masse active oxydo-réductrice comprend initialement de 0,1 % à 10 % massique, de préférence de 1 % à 5 % massique de NiO. Preferably, the oxido-reducing active mass initially comprises from 0.1% to 10% by weight, preferably from 1% to 5% by weight of NiO.
De manière préférée, la teneur initiale en Mn02 du minerai est comprise entre 70 % et 90 % massique, plus préférentiellement comprise entre 76 % et 82 % massique. Preferably, the initial MnO 2 content of the ore is between 70% and 90% by weight, more preferably between 76% and 82% by mass.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la masse active oxydo-réductrice comprend un mélange de particules du minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et de particules de NiO. According to one embodiment of the invention, the redox active mass comprises a mixture of particles of the natural ore of pyrolusite-type manganese and NiO particles.
Le NiO peut être mis en forme sur un support d'alumine et/ou de silice.  The NiO may be shaped on a support of alumina and / or silica.
De manière préférée, la masse active oxydo-réductrice a une granulométrie telle que plus de 90 % des particules de la masse active ont une taille comprise entre 100 μηι et 500 μηι, de préférence comprise entre 150 μηι et 300 μηι In a preferred manner, the oxido-reducing active mass has a particle size such that more than 90% of the particles of the active mass have a size of between 100 μηι and 500 μηι, preferably between 150 μηι and 300 μηι.
L'invention concerne également un procédé de combustion de charges hydrocarbonées solides, liquides ou gazeuses par oxydo-réduction en boucle chimique utilisant cette masse active oxydo-réductrice.  The invention also relates to a process for the combustion of solid hydrocarbon feeds, liquid or gaseous by oxido-reduction in a chemical loop using this redox active mass.
De manière préférée, la masse active est mise sous forme de particules ayant une granulométrie adaptée à une mise en œuvre en lit fluidisé.  Preferably, the active mass is formed into particles having a particle size adapted to implementation in a fluidized bed.
De manière avantageuse, le minerai naturel de manganèse est préalablement broyé et tamisé afin d'obtenir des particules de granulométrie compatible avec une mise en œuvre en lit fluidisé, et l'oxyde de nickel est choisi tel qu'il soit sous forme de particules de granulométrie également compatible avec une mise en œuvre en lit fluidisé.  Advantageously, the natural manganese ore is previously ground and sieved in order to obtain particles of particle size compatible with a fluidized bed implementation, and the nickel oxide is chosen such that it is in the form of particles of granulometry also compatible with a fluidized bed implementation.
Selon un mode de réalisation du procédé: According to one embodiment of the method:
- on met en contact, dans une première zone de réaction opérant en lit fluidisé dense, les charges hydrocarbonées, avec les particules de la masse active oxydo-réductrice;  - In a first reaction zone operating in a dense fluidized bed, the hydrocarbon feeds are brought into contact with the particles of the oxido-reducing active mass;
- on effectue, dans une seconde zone de réaction, une combustion des effluents gazeux issus de la première zone de réaction en présence des particules de la masse active oxydo-réductrice;  in a second reaction zone, a combustion of the gaseous effluents from the first reaction zone is carried out in the presence of the particles of the oxido-reducing active mass;
- on effectue, dans une première zone de division opérant en lit fluidisé, une division du flux de particules de la masse active issu de la seconde zone de réaction en un premier sous-flux allant de nouveau dans la seconde zone de réaction et un deuxième sous-flux allant dans une zone d'oxydation; - on effectue une réoxydation des particules de la masse active dans la zone d'oxydation avant de les renvoyer vers la zone; in a first division zone operating in a fluidized bed, the particle stream of the active mass coming from the second reaction zone is divided into a first sub-flow going back into the second reaction zone and a second sub-flow going into an oxidation zone; the particles of the active mass are reoxidized in the oxidation zone before returning them to the zone;
- on effectue, dans une deuxième zone de division opérant en lit fluidisé, une division du flux de particules de la masse active issu de la zone d'oxydation en un troisième sous- flux allant de nouveau dans la zone d'oxydation et un quatrième sous- flux allant dans la première zone de réaction.  in a second division zone operating in a fluidized bed, a division of the particle stream of the active mass coming from the oxidation zone into a third sub-flow going back into the oxidation zone and a fourth sub-flow going into the first reaction zone.
La granulométrie des particules de NiO peut être différente de la granulométrie des particules de minerai naturel de manganèse telle que la taille des particules de NiO soit supérieure ou inférieure à celle des particules de minerai naturel de manganèse.  The particle size of the NiO particles may be different from the particle size of the natural manganese ore particles such that the size of the NiO particles is greater or smaller than that of the natural manganese ore particles.
Dans ce cas, le procédé peut comprendre les étapes suivantes: In this case, the method may comprise the following steps:
- on met en contact, dans une première zone de réaction opérant en lit fluidisé dense, les charges hydrocarbonées avec les particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et les particules de NiO ;  - In a first reaction zone operating in a dense fluidized bed, the hydrocarbon feeds are contacted with the particles of natural ore of pyrolusite-type manganese and the NiO particles;
- on effectue, dans une seconde zone de réaction, une combustion des effluents gazeux issus de la première zone de réaction en présence des particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et des particules de NiO;  in a second reaction zone, a combustion of the gaseous effluents from the first reaction zone is carried out in the presence of particles of pyrolusite-type natural ore of manganese and particles of NiO;
- on sépare, dans une zone de séparation, les particules de minerai naturel de  - in a separation zone, particles of natural ore are separated from
manganèse de type pyrolusite et les particules de NiO au sein d'un mélange issu de la zone comprenant du gaz de combustion, les particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et les particules de NiO;  pyrolusite-type manganese and NiO particles in a mixture from the zone comprising flue gas, pyrolusite-type natural ore particles and NiO particles;
- on effectue une ré-oxydation des particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite dans une zone d'oxydation avant de les renvoyer vers la zone.  the pyrolusite-type natural manganese ore particles are re-oxidized in an oxidation zone before being returned to the zone.
De manière préférée, la masse active d'oxydo-réduction est activée par une montée progressive en température sous atmosphère oxydante jusqu'à une température supérieure ou égale à 600 ^, de préférence supérieure ou égale à 800 'C, encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 900^.  Preferably, the oxidation-reduction active mass is activated by a gradual rise in temperature under an oxidizing atmosphere to a temperature greater than or equal to 600 ° C., preferably greater than or equal to 800 ° C., still more preferably greater than or equal to 800 ° C. equal to 900 ^.
Cette montée progressive en température sous atmosphère oxydante peut être réalisée à une vitesse comprise entre 5 Oh et 100°C/h.  This gradual rise in temperature under an oxidizing atmosphere can be carried out at a speed of between 5 Oh and 100 ° C / h.
De manière préférée, la masse active oxydo-réductrice est activée dans une installation de combustion en boucle chimique dans laquelle le procédé est mis en œuvre.  Preferably, the redox active mass is activated in a chemical loop combustion plant in which the process is implemented.
De manière préférée, la masse active d'oxydo-réduction peut être utilisée pour la combustion d'hydrocarbures gazeux. Preferably, the oxidation-reduction active mass can be used for the combustion of gaseous hydrocarbons.
Avantageusement, la masse active oxydo-réductrice peut être réduite au contact des charges hydrocarbonées dans une zone de réduction de la boucle chimique, et le débit de circulation de la masse active oxydo-réductrice mesuré à l'entrée de ladite zone de réduction peut être compris entre 30 et 100 kg/h par kg/h d'oxygène consommé dans la zone de réduction. Advantageously, the oxido-reducing active mass can be reduced in contact with the hydrocarbon feedstocks in a reduction zone of the chemical loop, and the flow rate of the oxido-reducing active mass measured at the inlet of said reduction zone. can be between 30 and 100 kg / h per kg / h of oxygen consumed in the reduction zone.
De manière avantageuse, la réduction de la masse active oxydo-réductrice au contact des charges hydrocarbonées est effectuée à une température comprise entre 600 'C et 1400°C. Le procédé selon l'invention est avantageusement utilisé pour le captage du C02. Advantageously, the reduction of the oxido-reducing active mass in contact with the hydrocarbon feeds is carried out at a temperature of between 600 ° C. and 1400 ° C. The process according to the invention is advantageously used for the capture of C0 2 .
La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description et des exemples ci-après, nullement limitatifs, et illustrés par les figures annexées. The present invention will be better understood and its advantages will appear more clearly on reading the description and examples below, in no way limiting, and illustrated by the appended figures.
Brève description des figures Brief description of the figures
La figure 1 est un schéma illustrant la mise en œuvre du procédé CLC selon un premier mode de réalisation de l'invention.  Figure 1 is a diagram illustrating the implementation of the CLC method according to a first embodiment of the invention.
La figure 2 est un schéma illustrant un deuxième mode de réalisation procédé CLC selon l'invention.  FIG. 2 is a diagram illustrating a second embodiment of the CLC method according to the invention.
La figure 3 est un schéma illustrant un troisième mode de réalisation procédé CLC selon l'invention.  FIG. 3 is a diagram illustrating a third embodiment of the CLC method according to the invention.
La figure 4 est un diagramme représentant le taux de conversion normalisé Xc du méthane en fonction du nombre N de cycles d'oxydo-réduction dans un procédé CLC utilisant des particules de pyrolusite seules en tant que masse active oxydo-réductrice (exemple 1 ).  Fig. 4 is a diagram showing the normalized conversion rate Xc of methane versus the number N of oxidation reduction rings in a CLC process using pyrolusite particles alone as the redox active mass (Example 1).
La figure 5 est un diagramme représentant l'évolution en fonction du temps des concentrations des gaz mesurées (CH4, CO, C02) à la sortie du réacteur lors de la phase de réduction au CH4 du dixième cycle réduction d'oxydo-réduction, dans le cas de l'utilisation de particules de pyrolusite seules en tant que masse active oxydo-réductrice (exemple 1 ). FIG. 5 is a diagram showing the evolution as a function of time of the measured gas concentrations (CH 4 , CO, CO 2 ) at the outlet of the reactor during the reduction phase at CH 4 of the tenth oxidation reduction cycle; reduction, in the case of the use of pyrolusite particles alone as oxido-reducing active mass (Example 1).
La figure 6 est un diagramme représentant le taux de conversion normalisé Xc du méthane en fonction du nombre N de cycles d'oxydo-réduction dans un procédé CLC utilisant une masse active selon l'invention à base de pyrolusite et d'oxyde de nickel (exemple 2). FIG. 6 is a diagram representing the standardized conversion rate Xc of methane as a function of the number N of oxidation-reduction cycles in a CLC process using an active mass according to the invention based on pyrolusite and nickel oxide ( example 2).
La figure 7 est un diagramme représentant l'évolution en fonction du temps des concentrations des gaz mesurées (CH4, CO, C02) à la sortie du réacteur lors de la phase de réduction au CH4 du dixième cycle réduction d'oxydo-réduction, dans le cas de l'utilisation d'une masse active selon l'invention à base de pyrolusite et d'oxyde de nickel (exemple 2). La figure 8 est un diagramme représentant le taux de conversion normalisé Xc du méthane en fonction du nombre N de cycles d'oxydo-réduction dans un procédé CLC utilisant une masse active selon l'invention à base de pyrolusite et d'oxyde de nickel (exemple 3). Sur les figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou analogues. FIG. 7 is a diagram showing the evolution as a function of time of the measured gas concentrations (CH 4 , CO, CO 2 ) at the outlet of the reactor during the reduction phase at CH 4 of the tenth oxidation reduction cycle; reduction, in the case of the use of an active mass according to the invention based on pyrolusite and nickel oxide (Example 2). FIG. 8 is a diagram representing the standardized conversion rate Xc of methane as a function of the number N of oxidation-reduction cycles in a CLC process using an active mass according to the invention based on pyrolusite and nickel oxide ( example 3). In the figures, the same references designate identical or similar elements.
Description de l'invention Description of the invention
L'invention concerne une masse active oxydo-réductrice pour procédé d'oxydo-réduction en boucle chimique à base d'un minerai naturel de manganèse de type pyrolusite comprenant initialement au moins 60% massique de Mn02, et enrichie avec du NiO. La masse active se présente sous forme de particules. The invention relates to an oxido-reducing active mass for a chemical-based oxidation-reduction process based on a natural manganese ore of the pyrolusite type initially comprising at least 60% by weight of MnO 2 , and enriched with NiO. The active mass is in the form of particles.
La quantité initiale d'oxyde de nickel de la masse active peut varier de 0,1 % massique à 10 % massique dans le mélange minerai naturel de manganèse/NiO, de manière préférée de 0,1 % massique à 5 % massique, de manière plus préférée de 0,5 % massique à 5 % massique, de manière encore plus préférée de 1 % à 5 % massique, et encore plus préférée de 0,5 % massique à 2 % massique. The initial amount of nickel oxide in the active mass may vary from 0.1 wt.% To 10 wt.% In the natural manganese / NiO ore mixture, preferably from 0.1 wt.% To 5 wt. more preferably from 0.5 wt% to 5 wt%, even more preferably from 1 wt% to 5 wt%, and still more preferably from 0.5 wt% to 2 wt%.
De préférence, la teneur initiale en Mn02 (avant introduction des particules dans la boucle chimique) est comprise entre 70 % et 90 % massique, et de manière très préférée entre 76 % et 82 % massique, qui correspond à la pyrolusite de qualité métallurgique disponible commercialement. Preferably, the initial MnO 2 content (before introduction of the particles into the chemical loop) is between 70% and 90% by mass, and very preferably between 76% and 82% by mass, which corresponds to metallurgical grade pyrolusite. commercially available.
Dans le cas de la conversion des charges hydrocarbonées gazeuses dans un procédé CLC , deux étapes peuvent être distinguées. Tout d'abord, la molécule d'hydrocarbure est transformée en un gaz de synthèse sur le porteur d'oxygène selon l'équation (3), puis le gaz de synthèse formé est oxydé sur le porteur d'oxygène en CO et H2 selon les équations (4) et (5). In the case of the conversion of gaseous hydrocarbon feedstocks in a CLC process, two steps can be distinguished. Firstly, the hydrocarbon molecule is converted into a synthesis gas on the oxygen carrier according to equation (3), and then the synthesis gas formed is oxidized on the CO and H 2 oxygen carrier. according to equations (4) and (5).
Les réactions de conversion du gaz de synthèse (équations (4) et (5)) présentent une cinétique très élevée en comparaison à la réaction de formation de ce gaz de synthèse (équation (3)).  Synthesis gas conversion reactions (equations (4) and (5)) exhibit very high kinetics compared to the formation reaction of this synthesis gas (equation (3)).
CnHm + nMnxOy→nCO + -H2 +nMnxOy_1 (3) C n H m + nMn x O y → n CO + -H 2 + nMn x O y _ 1 (3)
CO + MnxOy→ C02 + ΜηχΟγ_, (4) CO + Mn x O y → C0 2 + Μη χ Ο γ ,, (4)
H2 + MnxOy→H20 + MnxOy_1 (5) H 2 + Mn x O y → H 2 0 + Mn x O y _ 1 (5)
L'enrichissement de la masse active avec de faibles quantités de NiO permet d'accélérer la réaction de formation du gaz de synthèse selon les équations (6) et (7) ci-dessous. CnHm + nH20^^→nCO + (n +—)H2 (6) Enriching the active mass with small amounts of NiO accelerates the synthesis gas formation reaction according to equations (6) and (7) below. C n H m + nH 2 0 ^^ → nCO + (n + -) H 2 (6)
777 777
CnHm + nC02 ^L→2nCO +— H2 (7) C n H m + nC0 2 ^ L → 2nCO + - H 2 (7)
Préparation et activation de masse active pour procédé CLC selon l'invention Active mass preparation and activation for CLC process according to the invention
Minerai naturel de manganèse Natural Manganese Ore
Le manganèse est présent naturellement sous forme de minerais. Plus de 300 minerais sont aujourd'hui connus pour contenir du manganèse, mais seule une trentaine sont exploités pour le manganèse qu'ils contiennent. Le tableau ci-dessous répertorie les plus couramment utilisés, leur formule chimique, ainsi que leur teneur moyenne en manganèse en %:  Manganese is naturally present in the form of ores. More than 300 ores are now known to contain manganese, but only about thirty are exploited for the manganese they contain. The table below lists the most commonly used, their chemical formula, as well as their average manganese content in%:
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La pyrolusite est donc une variété naturelle de dioxyde de manganèse, Mn02, aussi connue sous le nom oxyde de manganèse (IV). De manière générale, la concentration en Mn02 de la pyrolusite naturelle extraite des mines de pyrolusite actuellement exploitées est supérieure ou égale à une concentration de l'ordre de 60 % massique de Mn02. Pyrolusite is therefore a natural variety of manganese dioxide, MnO 2 , also known as manganese oxide (IV). In general, the MnO 2 concentration of the natural pyrolusite extracted from the pyrolusite mines currently exploited is greater than or equal to a concentration of about 60% by mass of Mn0 2 .
Plusieurs qualités commerciales de Mn02 naturel sont disponibles : Several commercial grades of natural Mn0 2 are available:
- pyrolusite (minerai et concentré) de qualité métallurgique (Mn02 76 % à 82 %); pyrolusite (ore and concentrate) of metallurgical grade (MnO 2 76% to 82%);
- Mn02 de qualité chimique (Mn02 82 % à 85 %) ; - Mn0 2 chemical quality (Mn0 2 82% to 85%);
- Mn02 à haute pureté (93 %) pour la fabrication de piles standards. Selon l'invention, la pyrolusite peut être utilisée en association avec du NiO en tant que masse active oxydo-réductrice pour procédé d'oxydo-réduction en boucle chimique. Afin d'obtenir des propriétés de réactivité et de capacité de transport d'oxygène suffisante pour le procédé, celle-ci doit comprendre initialement au moins 60 % massique de Mn02. De manière préférée, la teneur initiale en Mn02 est comprise entre 70 % et 90 % massique, et de manière très préférée entre 76 % et 82 % massique. - Mn0 2 high purity (93%) for the manufacture of standard batteries. According to the invention, the pyrolusite may be used in combination with NiO as an oxido-reducing active mass for a chemical loop redox process. In order to obtain properties of reactivity and of sufficient oxygen transport capacity for the process, the latter must initially comprise at least 60% by mass of MnO 2 . Preferably, the initial MnO 2 content is between 70% and 90% by mass, and very preferably between 76% and 82% by mass.
Enrichissement de la masse active avec de l'oxyde de nickel Enrichment of the active mass with nickel oxide
L'enrichissement de la masse active avec le NiO peut être effectué de différentes manières. De manière préférée, la masse active comprend un mélange de particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et de particules de NiO. L'enrichissement consiste dans ce cas à mélanger mécaniquement des particules de pyrolusite et des particules d'oxydes de nickel. Le NiO peut dans ce cas être mis en forme sur un support solide d'alumine et/ou de silice, par exemple sous la forme d'une spinelle NiO/NiAI204. Outre l'alumine où il est avantageusement formé une spinelle qui stabilise le support vis à vis de la migration du NiO, il est également possible d'utiliser des supports à base d'oxyde de cérium, de zircon, de silice, de rutile, de cordiérite ou une structure résultant des oxyde précités avec le NiO. Ces supports ont avantageusement les points communs d'une bonne tenue en température et d'un bon comportement vis à vis de l'attrition. The enrichment of the active mass with NiO can be carried out in different ways. Preferably, the active mass comprises a mixture of particles of natural ore of pyrolusite-type manganese and NiO particles. The enrichment consists in this case in mechanically mixing pyrolusite particles and nickel oxide particles. The NiO may in this case be shaped on a solid support of alumina and / or silica, for example in the form of a spinel NiO / NiAl 2 O 4 . In addition to alumina, where spinel is advantageously formed, which stabilizes the support with respect to the migration of NiO, it is also possible to use supports based on cerium oxide, zirconium, silica or rutile. of cordierite or a structure resulting from the above-mentioned oxides with NiO. These supports advantageously have the common points of good temperature resistance and good behavior with respect to attrition.
De manière alternative, la masse active comprenant le minerai naturel de manganèse peut être enrichie avec du NiO en mettant en forme le NiO directement sur l'oxyde de manganèse ou en synthétisant un matériau mixte oxyde de manganèse de type pyrolusite/oxyde de nickel, selon plusieurs techniques bien connues de l'homme du métier. A titre d'exemples non limitatifs, on peut citer les techniques suivantes: Alternatively, the active mass comprising the natural ore of manganese can be enriched with NiO by forming the NiO directly on the manganese oxide or by synthesizing a mixed manganese oxide material of the pyrolusite / nickel oxide type, according to several techniques well known to those skilled in the art. By way of non-limiting examples, mention may be made of the following techniques:
- imprégnation à sec ou en excès utilisant des précurseurs de nickel. La méthode d'imprégnation à sec (ou 'incipient wetness' selon la terminologie anglo-saxonne) peut être utilisée de manière avantageuse afin de conserver la distribution en taille initiale des particules, mais tout autre type d'imprégnation peut être utilisé, notamment imprégnation en excès.  - Dry or excess impregnation using nickel precursors. The method of dry impregnation (or "incipient wetness" according to the English terminology) can be used advantageously to maintain the initial particle size distribution, but any other type of impregnation can be used, including impregnation in excess.
- mise en forme de type charge liant de particules de nickel et/ou pyrolusite. Cette méthode consiste par exemple à mettre en présence les particules de nickel et/ou de pyrolusite dans une suspension contenant également une ou plusieurs espèces organiques ou inorganiques dont la fonction est d'assurer la cohésion de l'édifice résultant de la mise en forme et de la calcination consécutive, d'où la dénomination de liant donnée à ces espèces. Cette suspension est généralement, mais pas exclusivement, aqueuse. La teneur en solvant, en général de l'eau, dépend de la mise en forme choisie : extrusion, "oil drop", atomisation ("spray drying" en anglais). L'objet résultant de la mise en forme nécessite en général une cuisson ou calcination pour disposer de ses propriétés thermomécaniques complètes. Les conditions de cuisson dépendent du liant utilisé. D'une façon générale, on pourra utiliser de la bohémite peptisée comme liant inorganique. - Binder type charge forming nickel particles and / or pyrolusite. This method consists, for example, in bringing the particles of nickel and / or pyrolusite into the presence of a suspension also containing one or more organic or inorganic species whose function is to ensure the cohesion of the building. resulting from the shaping and subsequent calcination, hence the name of binder given to these species. This suspension is generally, but not exclusively, aqueous. The solvent content, in general of the water, depends on the chosen shaping: extrusion, "oil drop", atomization ("spray drying" in English). The object resulting from the shaping usually requires cooking or calcination to have its full thermomechanical properties. The cooking conditions depend on the binder used. In general, we can use the peptized bohemite as inorganic binder.
- co-précipitation de particules de nickel et de pyrolusite. Selon cette voie de synthèse, des précurseurs de chacune des phases visées sont mis en solution, par exemple, mais pas exclusivement, en solution aqueuse. L'utilisation d'autres média comme par exemple l'éthanol est possible. Des précurseurs tels que des sels de manganèses et des sels de nickels peuvent être choisis. Il est préférable que les contre-ions soient les plus proches possibles. Il est par exemple avantageux de dissoudre des sels de nitrates de chacune des espèces choisies. Ces sels peuvent être choisis dans la liste suivante donnée à titre d'exemples et non limitative: des chlorures, des nitrates, des sulfates, des carbonates. De manière préférée, et pour une meilleure dispersion des phases formées, et donc une meilleure homogénéité du matériau, on s'efforcera de dissoudre ces espèces dans la même solution aqueuse. Il est également possible de réaliser cette synthèse en utilisant des solutions séparées. La ou les solutions comprenant les sels des précurseurs dissous sont ajoutées progressivement dans un milieu dont le pH et la composition sont ajustés de telle sorte que chacune des espèces en solution précipite, par exemple sous la forme d'hydroxyde. Lorsque les espèces précipitent ensemble, il y a co-précipitation. Les précipités formés peuvent être récupérés par filtration puis traités en température pour faire apparaître les phases recherchées. Cette voie de synthèse peut être réalisée en mettant en présence un minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et un précipité de nickel pour former un composé nickel-manganèse après traitement thermique.  co-precipitation of nickel particles and pyrolusite. According to this synthesis route, precursors of each of the targeted phases are dissolved, for example, but not exclusively, in aqueous solution. The use of other media such as ethanol is possible. Precursors such as manganese salts and nickel salts can be selected. It is preferable that the counterions be as close as possible. It is for example advantageous to dissolve nitrate salts of each of the chosen species. These salts may be chosen from the following list given by way of examples and not limited to: chlorides, nitrates, sulphates, carbonates. Preferably, and for better dispersion of the phases formed, and therefore a better homogeneity of the material, it will be attempted to dissolve these species in the same aqueous solution. It is also possible to carry out this synthesis using separate solutions. The solution (s) comprising the salts of the dissolved precursors are gradually added in a medium whose pH and composition are adjusted so that each of the species in solution precipitates, for example in the form of hydroxide. When species rush together, there is co-precipitation. The precipitates formed can be recovered by filtration and then treated in temperature to reveal the desired phases. This synthetic route can be carried out by bringing into contact a natural pyrolusite-type manganese ore and a nickel precipitate to form a nickel-manganese compound after heat treatment.
- synthèse par voie résine, dite "chimie douce". Cette voie de synthèse consiste à former des résines organométalliques par chélation de métaux par des composés organiques protiques. On peut ainsi, par exemple, dissoudre un métal ou un sel métallique dans un acide organique de type acide citrique dont la fonction oxyde carboxylique (sous forme carboxylate après dissolution du métal ou du sel) a la capacité d'induire la chélation d'un ion métallique. On parle alors plus spécifiquement de "voie citrate". Il en résulte la formation d'une résine dont la viscosité augmente à mesure que l'excès d'acide s'évapore. La phase visée est obtenue par traitement thermique sous air de la résine à une température telle que l'on aura élimination de la composante organique de la résine, ne laissant plus qu'en présence les espèces inorganiques, i.e. les métaux qui vont ensuite réagir pour former la phase souhaitée. Cette voie de synthèse peut se faire en mettant en présence un minerai naturel de manganèse de type pyrolusite avec une résine de nickel pour former un composé nickel-manganèse. - Resin synthesis, called "soft chemistry". This synthetic route consists in forming organometallic resins by chelating metals with protic organic compounds. It is thus possible, for example, to dissolve a metal or a metal salt in an organic acid of citric acid type whose carboxylic oxide function (in carboxylate form after dissolution of the metal or of the salt) has the capacity to induce the chelation of a metal ion. We then speak more specifically of "citrate way". This results in the formation of a resin whose viscosity increases as the excess of acid evaporates. The target phase is obtained by heat treatment in air of the resin at a temperature such that the organic component of the resin will be removed, leaving only the inorganic species, ie the metals, which will subsequently react to form the desired phase. This synthetic route can be done by bringing into contact a natural ore of pyrolusite type manganese with a nickel resin to form a nickel-manganese compound.
- synthèse par voie céramique. Selon cette voie de synthèse, des poudres d'oxydes précurseurs des phases visées, telles que la pyrolusite et l'oxyde de nickel selon l'invention, sont finement broyées puis intimement mélangées avant de subir un traitement thermique sous air à haute température (typiquement de 800 à 1200 ^). La haute température favorise la mobilité atomique des métaux en présence, ce qui autorise la formation de phase d'oxyde mixte.  - ceramic synthesis. According to this synthetic route, precursor oxide powders of the targeted phases, such as pyrolusite and nickel oxide according to the invention, are finely ground then intimately mixed before undergoing heat treatment under air at high temperature (typically 800 to 1200 °). The high temperature favors the atomic mobility of the metals in the presence, which allows the formation of mixed oxide phase.
Granulométrie des particules de la masse active Particle size of the active mass
Le processus d'extraction du minerai naturel de manganèse comporte généralement une étape de concassage. De façon avantageuse, les fines produites lors de ce concassage initial peuvent être utilisées pour l'application visée par l'invention. Ces fines ont généralement une granulométrie inférieure ou égale à 10 mm.  The process of extracting natural manganese ore usually involves a crushing step. Advantageously, the fines produced during this initial crushing can be used for the application targeted by the invention. These fines generally have a particle size less than or equal to 10 mm.
Pour permettre une utilisation optimale dans le procédé CLC, notamment pour faciliter le transport et l'écoulement des particules de la masse active oxydo-réductrice, le minerai naturel de manganèse de type pyrolusite est avantageusement broyé et tamisé afin d'obtenir une granulométrie compatible avec sa mise en œuvre en lit fluidisé. Lorsque que la masse active comprend un mélange de particules distinctes de pyrolusite et de NiO, l'oxyde de nickel, généralement d'origine synthétique, est avantageusement choisi de manière à ce qu'il soit sous forme de particules de granulométrie également compatible avec une utilisation en lit fluidisé. To allow optimal use in the CLC process, in particular to facilitate the transport and flow of the particles of the redox active mass, the natural manganese ore of the pyrolusite type is advantageously milled and sieved to obtain a particle size compatible with its implementation in a fluidized bed. When the active mass comprises a mixture of distinct pyrolusite and NiO particles, the nickel oxide, generally of synthetic origin, is advantageously chosen so that it is in the form of particles of particle size which is also compatible with a use in fluidized bed.
Dans le cas d'une mise en forme du NiO directement sur la pyrolusite ou de la synthèse d'un matériau mixte minerai de manganèse de type pyrolusite/oxyde de nickel selon les méthodes précitées, la granulométrie des particules à l'issue de la mise en forme ou de la synthèse peut ne pas être celle recherchée, sauf si une technique d'atomisation ("spray drying"), permettant d'obtenir un matériau sous la forme de poudre à une granulométrie désirée, est utilisée. Dans le cas où les particules formées sont de taille inférieure à la granulométrie recherchée, les solides formés peuvent être pastillés, puis broyés et tamisés et/ou élutriés pour obtenir la granulométrie souhaitée. Dans le cas où les particules ont une taille supérieure à la granulométrie souhaitée, un tamisage et/ou une élutriation peuvent permettre d'améliorer la dispersibilité. In the case of a NiO shaping directly on the pyrolusite or the synthesis of a mixed manganese ore material of the pyrolusite / nickel oxide type according to the aforementioned methods, the particle size of the particles at the end of the setting in form or synthesis may not be the one sought, unless a spray drying technique, to obtain a material in the form of powder to a desired particle size, is used. In the case where the particles formed are smaller than the desired particle size, the solids formed can be pelletized, then crushed and sieved and / or elutriated. to obtain the desired particle size. In the case where the particles have a larger size than the desired particle size, sieving and / or elutriation can improve the dispersibility.
La granulométrie de mise en œuvre de la masse active dans le procédé de combustion en boucle chimique est en effet importante pour le bon fonctionnement du procédé. The particle size of implementation of the active mass in the chemical loop combustion process is indeed important for the proper operation of the process.
De ce fait, il est préférable de diviser le minerai de manganèse en fines particules qui peuvent ensuite être mélangées à de fines particules de NiO, ou qui peuvent être dopées avec du NiO grâce par exemple à une technique d'imprégnation ou tout autre technique permettant de synthétiser un matériau mixte Mn02/NiO à partir du minerai naturel de manganèse de type pyrolusite. La division du minerai de manganèse en fines particules peut être effectuée par exemple par broyage du minerai en utilisant les technologies de broyage de minerai bien connues de l'homme du métier. As a result, it is preferable to divide the manganese ore into fine particles which can then be mixed with fine NiO particles, or which can be doped with NiO by, for example, an impregnation technique or any other technique permitting to synthesize a mixed MnO 2 / NiO material from natural pyrolusite ore. The division of manganese ore into fine particles can be carried out for example by grinding the ore using the ore grinding technologies well known to those skilled in the art.
Dans le procédé de combustion en boucle chimique, il est nécessaire de contrôler la circulation de solide entre les différentes enceintes d'oxydation et de réduction, pour maîtriser l'apport d'oxygène par la masse active et le gradient de température entre les différentes enceintes. L'utilisation de vannes non mécaniques telles que les vannes en L, dont le principe est décrit dans le brevet FR 2 948 177 permet de contrôler efficacement la circulation à haute température en minimisant la présence d'internes dans l'écoulement. L'utilisation de ces vannes non mécaniques est préférable avec des particules relativement grosses, afin d'obtenir dans les vannes en L un domaine de vitesses de glissement entre gaz et particules suffisamment grand permettant de contrôler la circulation dans un domaine relativement large. De plus, dans le procédé en boucle chimique avec des charges solides, il est nécessaire de séparer dans le réacteur de réduction les particules imbrûlées des oxydes métalliques. In the chemical loop combustion process, it is necessary to control the circulation of solids between the various oxidation and reduction chambers, to control the supply of oxygen by the active mass and the temperature gradient between the different enclosures. . The use of non-mechanical valves such as L-shaped valves, the principle of which is described in patent FR 2 948 177, makes it possible to effectively control the circulation at high temperature while minimizing the presence of internal elements in the flow. The use of these non-mechanical valves is preferable with relatively large particles, in order to obtain in the L-shaped valves a sufficiently large range of gas / particle slip rates to control the circulation in a relatively wide range. In addition, in the chemical loop process with solid charges, it is necessary to separate the unburnt particles from the metal oxides in the reduction reactor.
Il est donc avantageux de limiter la teneur en fines particules d'oxydes métalliques de diamètre inférieur à 100 micromètres dans l'installation pour avoir un fonctionnement optimal des vannes non métalliques contrôlant la circulation, mais également pour limiter l'entraînement d'oxydes métalliques avec le charbon imbrûlé dans les effluents gazeux du réacteur après séparation.  It is therefore advantageous to limit the content of fine particles of metal oxides with a diameter of less than 100 micrometers in the installation in order to have optimal operation of the non-metallic valves controlling the circulation, but also to limit the entrainment of metal oxides with unburnt coal in the gaseous effluents of the reactor after separation.
Les grosses particules sont plus difficiles à transporter et nécessitent des vitesses de transport importantes. Pour limiter les vitesses de transport dans les lignes de transfert et à l'intérieur des réacteurs, et donc limiter les pertes de charges dans le procédé ainsi que les phénomènes d'abrasion et d'érosion, il est donc préférable de limiter la taille des particules à une valeur maximum voisine de 500 micromètres. Large particles are more difficult to transport and require high transport speeds. To limit the transport speeds in the transfer lines and inside the reactors, and thus to limit the pressure losses in the process as well as the abrasion and erosion phenomena, it is therefore preferable to limit the size of the particles to a maximum value close to 500 micrometers.
De manière préférée, la masse active oxydo-réductrice sous forme de particules introduite dans l'installation de combustion en boucle chimique a donc une granulométrie telle que plus de 90 % des particules ont une taille comprise entre 100 micromètres et 500 micromètres. Preferably, the particle-type oxido-reducing active mass introduced into the chemical loop combustion plant therefore has a particle size such that more than 90% of the particles have a size of between 100 micrometers and 500 micrometers.
De manière plus préférée, la masse active oxydo-réductrice sous forme de particules introduite dans l'installation a une granulométrie telle que plus de 90 % des particules ont un diamètre de particules compris entre 150 micromètres et 300 micromètres. More preferably, the particle-forming oxido-reducing active mass introduced into the plant has a particle size such that more than 90% of the particles have a particle diameter of between 150 micrometers and 300 micrometers.
De manière encore plus préférée, la masse active oxydo-réductrice sous forme de particules introduite dans l'installation a une granulométrie telle que plus de 95 % des particules ont un diamètre compris entre 150 micromètres et 300 micromètres. Even more preferably, the particle-forming oxido-reducing active mass introduced into the plant has a particle size such that more than 95% of the particles have a diameter of between 150 micrometers and 300 micrometers.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la granulométrie des particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite est différente de la granulométrie des particules de NiO, de manière à pouvoir séparer les particules de NiO de celles du minerai naturel de manganèse lors du procédé CLC. Avantageusement, les particules de NiO sont mises en forme selon une granulométrie inférieure ou supérieure à celle des particules de minerai naturel de manganèse. Ainsi, les particules de minerai naturel de manganèse et de NiO ne suivent pas le même circuit dans la boucle chimique, et seules les particules de minerai de manganèse nécessitant d'être réoxydées sont envoyées dans le réacteur d'oxydation, ce qui permet d'optimiser les utilités et les dépenses énergétiques du procédé CLC. Ce circuit spécifique permet en outre d'abaisser le degré d'oxydation du composé nickel, en passant de la forme oxydée NiO à la forme réduite Ni, et par conséquent d'augmenter son pouvoir catalytique. According to a preferred embodiment of the invention, the particle size of the particles of natural ore of pyrolusite-type manganese is different from the particle size of the NiO particles, so as to be able to separate the NiO particles from those of the natural manganese ore during of the CLC process. Advantageously, the NiO particles are shaped to a particle size smaller or larger than that of the particles of natural manganese ore. Thus, the particles of natural manganese ore and NiO do not follow the same circuit in the chemical loop, and only the particles of manganese ore requiring to be reoxidized are sent to the oxidation reactor, which allows optimize the utilities and energy costs of the CLC process. This specific circuit also makes it possible to lower the degree of oxidation of the nickel compound, by changing from the oxidized form NiO to the reduced form Ni, and consequently to increase its catalytic power.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la granulométrie des particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et celle des particules de NiO est sensiblement identique. According to another embodiment of the invention, the particle size of the particles of natural ore of pyrolusite-type manganese and that of the NiO particles is substantially identical.
La masse active selon l'invention est de préférence activée par une phase de montée progressive en température sous atmosphère oxydante . Afin de pouvoir augmenter les capacités réactives de la masse oxydo-réductrice, et selon l'invention, le solide sous forme de particules subit de manière avantageuse une phase d'activation comprenant une montée progressive en température sous atmosphère oxydante, constituée par exemple par de l'air. La température atteinte est généralement supérieure ou égale à 535 'Ό, avantageusement supérieure ou égale à 600 °C, de manière préférée supérieure ou égale à 800 'Ό, et de manière très préférée supérieure ou égale à 900 °C. La phase d'activation est de préférence réalisée dans l'installation de combustion en boucle chimique, dans le réacteur de combustion. The active mass according to the invention is preferably activated by a phase of gradual rise in temperature under an oxidizing atmosphere. In order to be able to increase the reactive capacities of the redox mass, and according to the invention, the solid in the form of particles advantageously undergoes an activation phase comprising a gradual rise in temperature under an oxidizing atmosphere, constituted for example by the air. The temperature reached is generally greater than or equal to 535 ° C., advantageously greater than or equal to 600 ° C., preferably greater than or equal to 800 ° C., and very preferably greater than or equal to 900 ° C. The activation phase is preferably carried out in the chemical loop combustion plant in the combustion reactor.
Une fois la masse oxydo-réductrice mise en forme, par exemple après avoir mélangé les particules de NiO à celles de minerai naturel de manganèse obtenues suite à une éventuelle étape de broyage et tamisage, le solide non activé (particules de la masse oxydo-réductrice) est de préférence introduit dans une zone de l'installation contenant un excès d'oxygène, à savoir le réacteur d'oxydation, pour son activation. L'installation de combustion en boucle chimique comprend une zone réactionnelle d'oxydation dans laquelle la masse active est oxydée, et une zone réactionnelle de réduction dans laquelle la masse active est réduite. Au moment du démarrage, avant que soient initiés les cycles d'oxydo-réduction par introduction de combustible dans le procédé, le solide non activé à température ambiante peut être introduit au bas de la zone d'oxydation, qui est avantageusement à une température comprise entre 400 °C et 550 °C sous atmosphère oxydante, par exemple de l'air. Cette gamme de température préférentielle de la zone d'oxydation au moment de l'introduction de la masse oxydo-réductrice dans l'installation permet par exemple de minimiser l'air à introduire dans le procédé. La masse oxydo-réductrice s'équilibre alors thermiquement avec l'atmosphère oxydante dans la zone d'oxydation où elle est introduite, de manière quasi-instantanée. La durée de chargement du solide froid dans la zone d'oxydation est par exemple comprise entre 12h et 72h, selon le débit du solide introduit et les dimensions de l'installation. La masse oxydo-réductrice subit ensuite une rampe de montée en température sous cette atmosphère oxydante jusqu'à une température généralement supérieure ou égale à 535 °C, avantageusement supérieure ou égale à ΘΟΟ'Ό, de manière préférée supérieure ou égale à 800 'Ό, et de manière très préférée supérieure ou égale à 900 'Ό. Lors de l'activation de la masse active, la montée en température sous atmosphère oxydante peut se faire de façon progressive, de préférence à une vitesse comprise entre 5 Oh et 100 Oh, plus préférentiellement à une vitesse comprise entre 10°C/h et 50°C/h. La montée en température du réacteur d'oxydation peut se faire par introduction d'air chaud, éventuellement par l'utilisation de brûleurs à gaz, ou par une combinaison des deux. La montée en température de l'installation par augmentation de la température de l'air de préchauffage, par mise en route de brûleurs à gaz, ou par un combinaison des deux, permet la mise en circulation du solide entre la zone réactionnelle de réduction et celle d'oxydation. Pendant cette phase de démarrage et d'activation du solide, la concentration en oxygène dans la zone d'oxydation est de préférence au minimum de 5 % d'excès d'02. Once the redox mass has been shaped, for example after mixing the NiO particles with those of natural manganese ore obtained following a possible grinding and sieving step, the non-activated solid (particles of the redox mass ) is preferably introduced into an area of the plant containing an excess of oxygen, namely the oxidation reactor, for its activation. The chemical loop combustion plant comprises an oxidation reaction zone in which the active mass is oxidized, and a reduction reaction zone in which the active mass is reduced. At start-up, before initiating the oxidation-reduction cycles by introducing fuel into the process, the non-activated solid at room temperature can be introduced at the bottom of the oxidation zone, which is advantageously at a temperature of between 400 ° C and 550 ° C under an oxidizing atmosphere, for example air. This preferential temperature range of the oxidation zone at the time of introduction of the redox mass into the installation makes it possible, for example, to minimize the air to be introduced into the process. The redox mass then equilibrates thermally with the oxidizing atmosphere in the oxidation zone where it is introduced, almost instantaneously. The charging time of the cold solid in the oxidation zone is for example between 12h and 72h, depending on the flow rate of the solid introduced and the dimensions of the installation. The redox mass then undergoes a rise ramp under this oxidizing atmosphere to a temperature generally greater than or equal to 535 ° C, preferably greater than or equal to ΘΟΟ'Ό, preferably greater than or equal to 800 ° Ό , and very preferably greater than or equal to 900 'Ό. During the activation of the active mass, the temperature rise in an oxidizing atmosphere can be done in a progressive manner, preferably at a speed of between 5 Oh and 100 Oh, more preferably at a speed of between 10 ° C./h and 50 ° C / h. The temperature rise of the oxidation reactor can be done by introducing hot air, possibly by the use of gas burners, or a combination of both. The temperature rise of the installation by increasing the Preheating air temperature, by starting gas burners, or a combination of both, allows the circulation of the solid between the reaction zone of reduction and that of oxidation. During this phase of starting and activation of the solid, the oxygen concentration in the oxidation zone is preferably at least 5% excess of O 2 .
Un fois la masse activée, on peut initier les cycles d'oxydo-réduction par l'introduction du combustible dans la zone de réduction.  Once the mass is activated, it is possible to initiate the oxidation-reduction cycles by introducing the fuel into the reduction zone.
De préférence, le NiO de la masse oxydo-réductrice subit lui-même une activation afin de maximiser son pouvoir catalytique. L'activation du NiO consiste à réduire le degré d'oxydation du composé nickel, c'est-à-dire de passer de la forme d'oxyde métallique NiO à la forme métal Ni, ce qui peut être réalisé lorsque les particules de la masse active passent dans le réacteur de réduction. Preferably, the NiO of the redox mass itself undergoes an activation in order to maximize its catalytic power. The activation of the NiO consists of reducing the degree of oxidation of the nickel compound, that is to say of passing from the form of NiO metal oxide to the Ni metal form, which can be achieved when the particles of the NiO 2 active mass pass into the reduction reactor.
De manière préférée, la réaction de combustion (réduction de la masse active) est opérée en présence de vapeur d'eau. Dans le cas d'utilisation de charges solides ou liquides, l'injection de vapeur d'eau est inhérente au procédé. En effet pour favoriser le contact entre une charge liquide et l'oxyde métallique, il est préférable d'atomiser la charge liquide et cela peut s'effectuer efficacement dans des atomiseurs diphasiques en présence de vapeur d'eau. Par ailleurs, la vapeur d'eau favorise la gazéification des hydrocarbures, et il est préférable dans le cas de charges liquides ou solides de maintenir dans le réacteur de réduction une pression élevée en vapeur d'eau favorisant les réactions de gazéification. Dans le cas de charge gazeuse, il est avantageux d'injecter de la vapeur d'eau avec le gaz de fluidisation afin d'éviter la formation d'agglomérats du solide porteur d'oxygène. Preferably, the combustion reaction (reduction of the active mass) is carried out in the presence of steam. In the case of using solid or liquid charges, the injection of water vapor is inherent to the process. Indeed to promote the contact between a liquid charge and the metal oxide, it is preferable to atomize the liquid charge and this can be effected effectively in two-phase atomizers in the presence of water vapor. On the other hand, water vapor promotes the gasification of hydrocarbons, and it is preferable in the case of liquid or solid feeds to maintain in the reduction reactor a high pressure of water vapor favoring the gasification reactions. In the case of a gaseous feed, it is advantageous to inject steam with the fluidization gas in order to avoid the formation of agglomerates of the oxygen-bearing solid.
L'invention concerne également un procédé de combustion de charges hydrocarbonées solides, liquides ou gazeuses par oxydo-réduction en boucle chimique utilisant une masse active selon l'invention. The invention also relates to a method of combustion of solid hydrocarbon feeds, liquid or gaseous by oxidation-reduction in a chemical loop using an active mass according to the invention.
Procédé de combustion d'hydrocarbures en boucle chimique en lit fluidisé Fluidized bed chemical hydrocarbon combustion process
Les masses actives selon l'invention jouent le rôle de transporteur d'oxygène pour le procédé de combustion en boucle d'oxydo-réduction et peuvent être mises en œuvre pour traiter des combustibles gazeux (ex. : gaz naturel, syngas, biogaz), liquides (ex. : fuel, bitume, diesel, essences etc.), ou solides (ex. : charbon, coke, pet-coke, biomasse, sables bitumineux, déchets ménagés etc.) en lit fluidisé circulant. The active compounds according to the invention act as oxygen carriers for the oxidation-reduction loop combustion process and can be used to treat gaseous fuels (eg natural gas, syngas, biogas), liquids (eg fuel, bitumen, diesel, species, etc.), or solids (eg coal, coke, petcoke, biomass, oil sands, waste etc.) in a circulating fluidized bed.
Le schéma général d'une installation de combustion en boucle chimique d'oxydo-réduction selon l'invention est le suivant: l'installation comprend une zone réactionnelle d'oxydation et une zone réactionnelle de réduction. Les particules solides de la masse active sont oxydées, au moins en partie, dans une zone d'oxydation comprenant au moins un lit fluidisé à une température généralement comprise entre 600 °C et 1400°C, préférentiellement entre 800 et 1000°C. Celles-ci sont ensuite transférées dans une zone de réduction comprenant au moins un réacteur en lit fluidisé où la masse active est mise en contact avec le combustible à une température généralement comprise entre 600 °C et 1400°C, préférentiellement entre 800 °C et 1000°C. Le temps de contact varie selon le type de charge combustible utilisée. Il varie typiquement entre 1 secondes et 10 minutes, par exemple de préférence entre 1 et 5 minutes pour une charge solide ou liquide, et par exemple de préférence de 1 à 20 secondes pour une charge gazeuse. Le ratio entre la quantité de masse active en circulation et la quantité d'oxygène à transférer entre les deux zones réactionnelles est avantageusement compris entre 30 et 100, de préférence entre 40 et 70. The general scheme of an oxidation-reduction chemical loop combustion plant according to the invention is as follows: the plant comprises an oxidation reaction zone and a reduction reaction zone. The solid particles of the active mass are oxidized, at least in part, in an oxidation zone comprising at least one fluidized bed at a temperature generally between 600 ° C. and 1400 ° C., preferably between 800 and 1000 ° C. These are then transferred to a reduction zone comprising at least one fluidized bed reactor where the active mass is brought into contact with the fuel at a temperature generally of between 600 ° C. and 1400 ° C., preferably between 800 ° C. and 1000 ° C. The contact time varies depending on the type of fuel load used. It typically varies between 1 seconds and 10 minutes, for example preferably between 1 and 5 minutes for a solid or liquid charge, and for example preferably from 1 to 20 seconds for a gaseous charge. The ratio between the amount of active mass in circulation and the quantity of oxygen to be transferred between the two reaction zones is advantageously between 30 and 100, preferably between 40 and 70.
La combustion peut être partielle ou totale. The combustion can be partial or total.
Dans le cas de la combustion partielle, le ratio masse active/combustible est ajusté de manière à réaliser l'oxydation partielle du combustible, produisant un gaz de synthèse sous forme d'un mélange riche en CO + H2. In the case of partial combustion, the active mass / fuel ratio is adjusted so as to achieve partial oxidation of the fuel, producing a synthesis gas in the form of a mixture rich in CO + H 2 .
Le procédé peut donc être utilisé pour la production de gaz de synthèse. Ce gaz de synthèse peut être utilisé comme charge d'autres procédés de transformation chimique, par exemple le procédé Fischer Tropsch permettant de produire à partir de gaz de synthèse des hydrocarbures liquides à chaînes hydrocarbonées longues utilisables ensuite comme bases carburants. The process can therefore be used for the production of synthesis gas. This synthesis gas can be used as a feedstock for other chemical transformation processes, for example the Fischer Tropsch process making it possible to produce liquid hydrocarbons with long hydrocarbon chains which can subsequently be used as fuel bases from synthesis gas.
Dans le cas où le gaz de fluidisation utilisé est la vapeur d'eau ou un mélange de vapeur d'eau et d'autre(s) gaz, la réaction du gaz CO à l'eau (ou water gas shift en termes anglo- saxons, CO+ H20 »'*- C02 + H2) peut également avoir lieu, aboutissant à la production d'un mélange C02 + H2 en sortie de réacteur. Dans ce cas, le gaz de combustion peut être utilisé à des fins de production d'énergie compte tenu de son pouvoir calorifique. In the case where the fluidization gas used is water vapor or a mixture of water vapor and other gas (s), the reaction of CO gas with water (or water gas shift in English terms) Saxons, CO + H 2 O " '* - C0 2 + H 2 ) can also take place, resulting in the production of a C0 2 + H 2 mixture at the reactor outlet. In this case, the flue gas can be used for energy production purposes given its calorific value.
On peut également envisager d'utiliser ce gaz pour la production d'hydrogène, pour par exemple alimenter des unités d'hydrogénation, d'hydrotraitement en raffinage ou un réseau de distribution d'hydrogène (après réaction de water gaz shift). It is also possible to use this gas for the production of hydrogen, for example to supply hydrogenation units, hydrotreating units for refining or a hydrogen distribution network (after reaction of water gas shift).
Dans le cas de la combustion totale, le flux de gaz en sortie du réacteur de réduction est composé essentiellement de C02 et de vapeur d'eau. Un flux de C02 prêt à être séquestré est ensuite obtenu par condensation de la vapeur d'eau. La production d'énergie est intégrée au procédé Chemical Looping Combustion par échange de chaleur dans la zone réactionnelle et sur les fumées qui sont refroidies. In the case of total combustion, the gas flow at the outlet of the reduction reactor is composed essentially of CO 2 and water vapor. A flow of C0 2 ready to be sequestered is then obtained by condensation of the water vapor. The energy production is integrated in the Chemical Looping Combustion process by heat exchange in the reaction zone and on the fumes which are cooled.
L'invention concerne donc également un procédé de captage du C02 par combustion totale en boucle chimique dans un procédé selon l'invention. The invention therefore also relates to a process for capturing CO 2 by total combustion in a chemical loop in a process according to the invention.
Dans le cas de l'utilisation de combustibles soufrés, les oxydes de soufre qui pourraient être produits lors de la combustion totale de combustibles contenant du soufre peuvent être séparés, selon la mise en œuvre du procédé choisie, du flux de C02 concentré par un procédé classique tel qu'une absorption sur solvant ou par l'ajout d'un réactif de désulfuration (chaux ou calcaire). Ainsi, l'utilisation selon l'invention de la masse active à base de pyrolusite et de NiO permet de ne pas rejeter d'oxyde de soufre dans le flux sortant du réacteur d'oxydation, limitant ainsi avantageusement le flux à traiter, dans le cas de figure où la masse oxydo-réductrice est constituée d'un mélange de particules de minerai naturel de manganèse et de particules de NiO qui peuvent être séparées afin que la majorité des particules de NiO soient recyclées dans le réacteur de réduction et ne circulent pas dans le réacteur d'oxydation. Dans ce cas, les oxydes de soufre produits par le procédé lors de l'utilisation de combustibles soufrés sont ainsi avantageusement récupérés uniquement sur le flux sortant du réacteur de réduction (réacteur "fuel"). In the case of the use of sulfur-containing fuels, the sulfur oxides that could be produced during the total combustion of sulfur-containing fuels can be separated, depending on the implementation of the chosen process, of the concentrated C0 2 stream by a conventional method such as absorption on solvent or by the addition of a desulfurization reagent (lime or limestone). Thus, the use according to the invention of the active mass based on pyrolusite and NiO makes it possible not to reject sulfur oxide in the flow leaving the oxidation reactor, thus advantageously limiting the flow to be treated, in the a case where the redox mass consists of a mixture of particles of natural manganese ore and NiO particles that can be separated so that the majority of the NiO particles are recycled to the reduction reactor and do not circulate in the oxidation reactor. In this case, the sulfur oxides produced by the process during the use of sulfur-containing fuels are thus advantageously recovered only on the outflow of the reduction reactor ("fuel" reactor).
En fonction de l'utilisation des gaz de combustion, la pression du procédé est ajustée. Ainsi, pour effectuer une combustion totale, il est intéressant de travailler à pression faible pour minimiser le coût énergétique de compression des gaz et maximiser ainsi le rendement énergétique de l'installation. Pour produire du gaz de synthèse, on peut avantageusement dans certains cas travailler en pression, afin d'éviter la compression du gaz de synthèse en amont du procédé de synthèse aval : le procédé Fischer Tropsch travaillant par exemple à des pressions comprises entre 20 bar et 40 bar, il peut être intéressant de produire le gaz à une pression plus élevée. Depending on the use of the flue gases, the process pressure is adjusted. Thus, to achieve total combustion, it is advantageous to work at low pressure to minimize the energy cost of gas compression and thus maximize the energy efficiency of the installation. To produce synthesis gas, it is advantageously possible in certain cases to work under pressure, in order to avoid compression of the synthesis gas upstream of the downstream synthesis process: the Fischer Tropsch process working for example with pressures between 20 bar and 40 bar, it may be advantageous to produce the gas at a higher pressure.
Dans le cas où la masse active comprend un mélange de particules de minerai naturel de manganèse et de particules de NiO, avec une granulométrie des particules de NiO différente de celle des particules de minerai naturel de manganèse telle que la taille des particules de NiO soit supérieure ou inférieure à celle des particules de minerai naturel de manganèse, le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre tel qu'illustré aux figures 1 et 2. Selon ces modes de réalisation, il est possible d'effectuer une séparation des particules de NiO de celle de l'oxyde de manganèse. Cette séparation permet avantageusement de n'envoyer dans la zone d'oxydation que les particules nécessitant une réoxydation, c'est-à-dire les particules de minerai naturel de manganèse, ce qui constitue un gain énergétique et financier non négligeable pour l'ensemble du procédé. En outre, cette configuration autorise le dopant initial NiO de la masse oxydo-réductrice à rester principalement sous la forme active Ni. Dans le cas d'une combustion de charge hydrocarbonées solides, ces modes de réalisation peuvent en outre permettre de séparer les particules d'imbrûlés et les cendres du reste des effluents sortant de la zone de réduction. In the case where the active mass comprises a mixture of particles of natural manganese ore and NiO particles, with a particle size of NiO particles different from that of particles of natural manganese ore such that the particle size of NiO is greater than or less than that of the particles of natural manganese ore, the process according to the invention can be implemented as illustrated in FIGS. 1 and 2. According to these embodiments, it is possible to carry out a separation of the particles of NiO that of manganese oxide. This separation advantageously makes it possible to send to the oxidation zone only the particles requiring reoxidation, that is to say the particles of natural ore of manganese, which constitutes a significant energy and financial gain for the whole. of the process. In addition, this configuration allows the initial dopant NiO of the redox mass to remain mainly in the active form Ni. In the case of solid hydrocarbon feedstock combustion, these embodiments can furthermore make it possible to separate the unburnt particles and the ash from the remainder of the effluents leaving the reduction zone.
Selon ces modes de réalisation, on met en contact, dans une première zone de réaction R1 opérant en lit fluidisé dense, les charges hydrocarbonées avec les particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et les particules de NiO. On effectue, dans une seconde zone de réaction R2, une combustion des effluents gazeux issus de la première zone de réaction R1 en présence des particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et des particules de NiO. On sépare, dans une zone de séparation S3, les particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et les particules de NiO au sein d'un mélange issu de la zone R2 comprenant du gaz de combustion, les particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et les particules de NiO. La majorité des particules de NiO sont renvoyées dans la première zone de réaction R1 , et la majorité des particules de minerai naturel de manganèse sont réoxydées dans une zone d'oxydation R4 avant de les renvoyer vers la zone R1 .  According to these embodiments, in a first reaction zone R 1 operating in a dense fluidized bed, the hydrocarbon feeds are contacted with the particles of natural ore of pyrolusite-type manganese and the NiO particles. In a second reaction zone R2, a combustion of the gaseous effluents from the first reaction zone R1 is carried out in the presence of the particles of natural ore of pyrolusite-type manganese and NiO particles. In a separation zone S3, the particles of natural pyrolusite-type manganese ore and the NiO particles are separated in a mixture from zone R2 comprising flue gas, the particles of natural manganese ore from Pyrolusite type and NiO particles. The majority of the NiO particles are returned to the first reaction zone R1, and the majority of the natural manganese ore particles are reoxidized in an oxidation zone R4 before returning them to the zone R1.
Un premier mode de réalisation illustré à la figure 1 , est adapté au cas où les particules de NiO ont une taille inférieure à celle des particules de minerai naturel de manganèse. L'installation utilisée est similaire à celle décrite dans la demande de brevet FR 2 960 740. Selon ce premier mode de réalisation, on met en contact, dans une première zone de réaction R1 opérant en lit fluidisé dense, les charges hydrocarbonées avec les particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et les particules de NiO, introduite par un conduit 3. Le conduit 1 par lequel est introduit le combustible peut être pénétrant à l'intérieur du réacteur R1 . La zone de réaction R1 est également alimentée par un gaz de fluidisation amené par une conduite 2. Les moyens de fluidisation (non représentés) sont bien connus de l'homme du métier et sont par exemple, des grilles de distribution plates ou tronconiques, des couronnes de distribution ou des "spargers". Le gaz de fluidisation injecté est par exemple de la vapeur d'eau, éventuellement un mélange vapeur d'eau et de C02, ou consiste en la charge hydrocarbonée gazeuse qui est réduite dans le réacteur de réduction. La température dans la zone de réaction R1 est sensiblement homogène compte tenu des conditions de fluidisation conduisant à la formation d'une phase dense. La température est de préférence comprise entre 600 et 1400 ^, préférentiellement entre 800 et 1000°C. De la zone de réaction R1 sortent, par un conduit 4, les particules de la masse active accompagnées des gaz de combustion pouvant contenir de la vapeur d'eau, de l'azote, de l'hydrogène, du CO et/ou du C02 ou un mélange de ces gaz. Le conduit 4 assure le transfert du mélange gazeux contenant les particules vers une deuxième zone de réaction R2. Le conduit 4 est préférentiellement un conduit de section variable de façon à faire la jonction entre les zones de réactions R1 et R2. Un conduit 5 peut permettre d'extraire dans la partie inférieure de la zone de réaction R1 , dans le cas d'une combustion de charges hydrocarbonées solides produisant des cendres et des particules d'imbrûlés, lesdites cendres formées et agglomérées entre elles dans le réacteur ainsi qu'éventuellement des particules de transporteur d'oxygène et des particules d'imbrûlés. Dans la zone de réaction R1 , le temps de séjour moyen du combustible et de la masse active oxydo-réductrice est par exemple compris entre 1 minute et 5 minutes si une charge combustible solide ou liquide est utilisée, et par exemple compris entre 1 seconde et 20 secondes dans le cas d'une charge combustible gazeuse. La vitesse superficielle du gaz est généralement comprise entre 0,3 et 3 m/s (aux conditions de réaction en sortie de la zone de réaction (R1 )). A first embodiment illustrated in Figure 1, is adapted to the case where the NiO particles are smaller than the particles of natural manganese ore. The installation used is similar to that described in the patent application FR 2 960 740. According to this first embodiment, a hydrocarbon feedstock is contacted with the particles in a first reaction zone R 1 operating in a dense fluidized bed. of natural ore of pyrolusite-type manganese and NiO particles, introduced through a conduit 3. The conduit 1 through which the fuel is introduced can be penetrated inside the reactor R1. The reaction zone R1 is also fed by a fluidization gas fed via a pipe 2. The fluidization means (not shown) are well known to those skilled in the art and are, for example, flat or frustoconical distribution grids, distribution crowns or "spargers". The injected fluidization gas is, for example, water vapor, optionally a steam and CO 2 mixture, or consists of the gaseous hydrocarbon feedstock which is reduced in the reduction reactor. The temperature in the reaction zone R1 is substantially homogeneous in view of the fluidization conditions leading to the formation of a dense phase. The temperature is preferably between 600 and 1400, preferably between 800 and 1000 ° C. From the reaction zone R1 come out, through a line 4, the particles of the active mass accompanied by the combustion gases that may contain water vapor, nitrogen, hydrogen, CO and / or CO 2 or a mixture of these gases. The duct 4 transfers the gaseous mixture containing the particles to a second reaction zone R2. The duct 4 is preferably a duct of variable section so as to join the reaction zones R1 and R2. A pipe 5 can extract in the lower part of the reaction zone R1, in the case of a combustion of solid hydrocarbon feeds producing ash and unburnt particles, said ash formed and agglomerated with each other in the reactor as well as possibly oxygen carrier particles and unburnt particles. In the reaction zone R1, the average residence time of the fuel and of the oxido-reducing active mass is, for example, between 1 minute and 5 minutes if a solid or liquid combustible charge is used, and for example between 1 second and 20 seconds in the case of a gaseous fuel charge. The superficial gas velocity is generally between 0.3 and 3 m / s (at the reaction conditions at the outlet of the reaction zone (R1)).
La concentration en oxydes métalliques dans la zone de réaction (R1 ) est au moins égale à 10% en volume. The concentration of metal oxides in the reaction zone (R1) is at least 10% by volume.
On effectue, dans une seconde zone de réaction R2, une combustion des effluents gazeux issus de la première zone de réaction R1 en présence des particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et des particules de NiO. Afin de favoriser la combustion totale, il peut être envisagé d'introduire une certaine quantité de masse oxydo-réductrice fraîche totalement oxydé par une conduite 6. Il est également possible d'injecter de l'oxygène directement par une conduite 7. A la sortie de la deuxième zone de réaction R2, un mélange comprenant du gaz de combustion, les particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et les particules de NiO est extrait par une conduite 8 pour être envoyé vers une zone de séparation S3 dans laquelle s'opère une séparation rapide entre les particules les plus légères, c'est-à-dire majoritairement les particules de NiO de taille inférieure à celle des autres particules de la masse, extraites par le conduit 10 avec le gaz, et les particules les plus lourdes - majoritairement des particules de minerai naturel de manganèse - extraites dans la partie inférieure de la zone de séparation S3 par un conduit 13 alimentant une enceinte F4. Cette enceint F4 fait office de zone tampon, et peut être matérialisée par un lit fluidisé concentrique et périphérique à la deuxième zone de réaction R2, la fluidisation étant obtenue par injection d'un gaz amené par une conduite 14. De manière avantageuse, ce dernier participe à la séparation dans la zone de séparation S3 en étant canalisé vers celle-ci par une conduite 17. Dans ce lit fluidisé de la zone tampon, il est avantageux de disposer de moyens d'échange de chaleur 16 qui peuvent être des tubes en paroi ou dans le lit fluidisé permettant de récupérer une part variable représentant généralement de 5 à 60% de la chaleur produite dans le procédé de combustion en boucle chimique. Un conduit 15 permet de soutirer les particules de la masse active constituées en majorité par le minerai naturel de manganèse de la zone tampon vers une zone d'oxydation R4 pour ré-oxyder celles-ci, puis les renvoyer vers la zone de réaction R1 par le conduit 3. In a second reaction zone R2, a combustion of the gaseous effluents from the first reaction zone R1 is carried out in the presence of the particles of natural ore of pyrolusite-type manganese and NiO particles. In order to promote total combustion, it may be envisaged to introduce a certain amount of fresh oxido-reducing mass completely oxidized by a pipe 6. It is also possible to inject oxygen directly via a pipe 7. At the outlet of the second reaction zone R2, a mixture comprising combustion gas, the particles of pyrolusite-type natural ore of manganese and the NiO particles is extracted via a pipe 8 to be sent to a separation zone S3 in which takes place a rapid separation between the lightest particles, that is to say mainly the NiO particles of smaller size than the other particles of the mass, extracted by the conduit 10 with the gas, and the particles the heaviest - mostly particles of natural manganese ore - extracted in the lower part of the separation zone S3 by a conduit 13 feeding an enclosure F4. This enclosure F4 serves as a buffer zone, and may be materialized by a concentric fluid bed and peripheral to the second reaction zone R2, the fluidization being obtained by injecting a gas supplied by a pipe 14. Advantageously, the latter participates in the separation in the separation zone S3 by being channeled to it by a pipe 17. In this fluidized bed of the buffer zone, it is advantageous to have heat exchange means 16 which can be tubes in wall or in the fluidized bed to recover a variable part generally representing 5 to 60% of the heat produced in the chemical loop combustion process. A conduit 15 makes it possible to extract the particles of the active mass constituted, for the most part, by the natural manganese ore from the buffer zone to an oxidation zone R4 to re-oxidize the latter, and then send them back to the reaction zone R 1 by the conduit 3.
Dans la zone de séparation S3, il est également possible d'introduire par un conduit 9 un gaz provenant d'une source extérieure. Ce gaz peut contenir de l'oxygène ou un gaz oxydant pour poursuivre les réactions de combustion du CO et de l'hydrogène dans le séparateur S3. De la zone de séparation S3, une partie des particules lourdes ayant décanté (majoritairement des particules de minerai naturel de manganèse) est extraite par une conduite 1 1 pour être recyclée vers la zone de réaction R1 . Il est ainsi possible éventuellement de favoriser l'homogénéité de température dans les zones de réaction R1 , R2 et dans la zone de séparation S3.  In the separation zone S3, it is also possible to introduce via a pipe 9 a gas coming from an external source. This gas may contain oxygen or an oxidizing gas to continue the combustion reactions of CO and hydrogen in the separator S3. From the separation zone S3, a part of the decanted heavy particles (mainly particles of natural manganese ore) is extracted via a pipe 1 1 to be recycled to the reaction zone R1. It is thus possible to promote the temperature homogeneity in the reaction zones R1, R2 and in the separation zone S3.
A la sortie de la zone de séparation S3, la conduite 10 véhicule le flux gazeux contenant les particules les plus légères - majoritairement des particules de NiO et éventuellement une fraction minoritaire de particules de minerai naturel de manganèse - vers au moins un étage de séparation gaz-solide, par exemple deux étages de séparation gaz-solide (S5, S6), par exemple des cyclones, tels que représentés sur la figure 1 . Ces dispositifs permettent de récupérer la quasi totalité des particules contenues dans le flux gazeux de la conduite 10 qui sont ensuite recyclées vers la zone de réaction R1 respectivement par les conduites 19 et 20. En sortie du premier cyclone S5, le flux gazeux est extrait par une conduite 17 pour être envoyé vers le deuxième cyclone S6 et en sortie de ce cyclone S6 le gaz pratiquement exempt de particules est extrait par une conduite 18, celui-ci ne contenant plus qu'une teneur en particules généralement comprise entre 100 mg/m3 et 1 g/m3. At the exit of the separation zone S3, the pipe 10 conveys the gas stream containing the lighter particles - mainly NiO particles and possibly a minor fraction of particles of natural manganese ore - to at least one gas separation stage. -solid, for example two gas-solid separation stages (S5, S6), for example cyclones, as shown in FIG. These devices make it possible to recover almost all the particles contained in the gas stream of the pipe 10 which are then recycled to the reaction zone R1 respectively by the pipes 19 and 20. At the outlet of the first cyclone S5, the gas stream is extracted by a pipe 17 to be sent to the second cyclone S6 and at the outlet of this cyclone S6, the substantially particle-free gas is extracted via a pipe 18, the latter no longer containing that a particle content generally between 100 mg / m 3 and 1 g / m 3 .
Par lit fluidisé dense, on entend un lit fluidisé dans lequel la fraction de gaz ε9 est inférieure à 0,9, de préférence inférieure à 0,8. A dense fluidized bed is understood to mean a fluidized bed in which the gas fraction ε 9 is less than 0.9, preferably less than 0.8.
Par lit fluidisé dilué, on entend un lit fluidisé dans lequel la fraction volumique des particules de la masse active oxydo-réductrice est inférieure à 10% en volume.  Diluted fluidized bed means a fluidized bed in which the volume fraction of the particles of the redox active mass is less than 10% by volume.
Selon ce premier mode de réalisation, la majorité du NiO est activée une fois au sein de la seconde zone de réaction R2. According to this first embodiment, the majority of the NiO is activated once within the second reaction zone R2.
Dans le cas de l'injection d'un combustible solide dans le réacteur R1 , l'écoulement des particules de combustible solide peut être soit continu, soit intermittent avec une fréquence d'injection correspondant à une période égale à au moins la moitié du temps de séjour moyen de l'ensemble des particules de combustible solide dans la zone de réaction R1 . Le combustible solide subit au contact des particules de la masse active une dévolatilisation des composés volatils, qui représentent généralement de 5 à 50% en poids du combustible solide selon son origine. La température dans la zone de réaction R1 est préférentiellement supérieure à 800 'Ό et préférentiellement comprise entre 900 'Ό et Ι ΟΟΟ 'Ό, de façon à minimiser la durée requise pour gazéifier le combustible solide. De la zone de réaction R1 sort par le conduit 4, en plus des particules de la masse active et du gaz de combustion, une fraction de combustible solide imbrûlé. Dans la zone de séparation S3, des particules d'imbrûlés et éventuellement des cendres volantes peuvent être extraites en même temps que les particules de NiO et envoyées dans les séparateurs S5 et S6 par le biais de la conduite 10. Les particules solides passant dans S5 et S6 peuvent alors être récupérées en quasi totalité, après élimination éventuelle des cendres volantes par élutriation en lit fluidisé par exemple. In the case of the injection of a solid fuel into the reactor R1, the flow of the solid fuel particles can be either continuous or intermittent with an injection frequency corresponding to a period equal to at least half the time average residence time of all the solid fuel particles in the reaction zone R1. The solid fuel undergoes, on contact with the particles of the active mass, a devolatilization of the volatile compounds, which generally represent from 5 to 50% by weight of the solid fuel according to its origin. The temperature in the reaction zone R 1 is preferably greater than 800% and preferably between 900% and 6%, so as to minimize the time required to gasify the solid fuel. From the reaction zone R1 exits through the pipe 4, in addition to the particles of the active mass and the combustion gas, a unburned solid fuel fraction. In the separation zone S3, unburnt particles and possibly fly ash can be extracted together with the NiO particles and sent to the separators S5 and S6 via the line 10. The solid particles passing through S5 and S6 can then be recovered almost completely, after possible removal of fly ash by fluidized bed elutriation, for example.
Un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 2, est adapté au cas où les particules de NiO ont une taille supérieure à celle des particules de minerai naturel de manganèse. Les zones de réactions R1 , R2, R4 fonctionnent de manière similaires à celle décrites en relation avec la figure 1 . En référence à la figure 2, il est opéré les étapes suivantes: A second embodiment illustrated in FIG. 2 is adapted to the case where the NiO particles have a size greater than that of the particles of natural manganese ore. The reaction zones R1, R2, R4 function in a manner similar to that described with reference to FIG. 1. With reference to FIG. 2, the following steps are performed:
- on effectue une mise en contact du mélange de particules amené par la conduite 205 avec la charge combustible introduite par la conduite 1 dans une première zone de réaction R1 opérant en lit fluidisé dense; - on réalise une combustion des effluents gazeux issus de la première zone de réaction R1 par la conduite 4 en présence des particules de la masse active dans une seconde zone de réaction R2; the mixture of particles brought by the pipe 205 is brought into contact with the combustible charge introduced via the pipe 1 into a first reaction zone R 1 operating in a dense fluidized bed; a combustion of the gaseous effluents from the first reaction zone R1 is carried out by the pipe 4 in the presence of the particles of the active mass in a second reaction zone R2;
- dans une zone de séparation S3, on sépare les particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et les particules de NiO au sein d'un mélange issu de la zone R2 par la conduite 8 et comprenant du gaz de combustion, les particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et les particules de NiO. Les particules de NiO plus grosses et plus lourdes sont retournées en grande majorité dans à la zone de réaction R1 par la conduite 1 1 , et le reste des particules - en grand majorité les particules de minerai naturel de manganèse - sont envoyées avec le gaz de combustion par la conduite 10 dans une zone de séparation solide-gaz S5, par exemple un cyclone, permettant de séparer le gaz de combustion qui s'échappe par une conduite 18 et un flux composé majoritairement de particules d'oxyde de manganèse envoyé par une conduite 201 vers une zone d'oxydation R4 pour y être ré-oxydées;  in a separation zone S3, the natural pyrolusite-type manganese ore particles and the NiO particles are separated in a mixture coming from the zone R2 by the pipe 8 and comprising combustion gas, the particles of pyrolusite-type natural manganese ore and NiO particles. Larger and heavier NiO particles are mostly returned to reaction zone R1 via line 11, and the rest of the particles - mostly natural manganese ore particles - are sent with combustion by the pipe 10 in a solid-gas separation zone S5, for example a cyclone, for separating the combustion gas that escapes through a pipe 18 and a flux composed mainly of particles of manganese oxide sent by a pipe 201 to an oxidation zone R4 to be re-oxidized;
- les particules d'oxyde de manganèse sont ré-oxydées dans la zone d'oxydation R4 grâce à un gaz oxydant tel que de l'air introduit par une conduite 22. Les particules ré-oxydées sont ensuite renvoyées vers la première zone de réduction R1 ;  the particles of manganese oxide are re-oxidized in the oxidation zone R4 by means of an oxidizing gas such as air introduced via a pipe 22. The re-oxidized particles are then returned to the first reduction zone R1;
- après une séparation solide-gaz au sein d'un séparateur S6 de type cyclone, les particules solides issues du réacteur d'oxydation R4 sont envoyées par une conduite 203 vers une zone de division solide-solide R5, opérant en lit fluidisé, qui permet de diviser le flux solide partiellement oxydé sortant du réacteur d'oxydation R4, composé principalement d'une fraction majoritaire de particules de minerai naturel de manganèse et d'une fraction minoritaire de particules de NiO, en deux sous-flux. Un premier sous-flux retourne par une conduite 204 au réacteur d'oxydation R4 pour être davantage oxydé, et un deuxième sous- flux est acheminé vers le réacteur de réduction R1 par une conduite 205 pour fournir l'oxygène requis à la combustion des charges combustibles introduites dans R1 . En outre la zone de division solide-solide R5 peut aussi être utilisée pour récupérer la chaleur produite par l'oxydation du méthane, en intégrant par exemple des moyens d'échange de chaleur. Comme dans le premier mode de réalisation, la majorité du NiO est activée une fois au sein de la seconde zone de réaction R2.  after a solid-gas separation in a cyclone separator S6, the solid particles from the oxidation reactor R4 are sent via a pipe 203 to a solid-solid division zone R5, operating in a fluidized bed, which allows to divide the partially oxidized solid stream leaving the oxidation reactor R4, composed mainly of a major fraction of particles of natural manganese ore and a minor fraction of NiO particles, into two sub-streams. A first sub-flow returns via a pipe 204 to the oxidation reactor R4 to be further oxidized, and a second sub-flow is conveyed to the reduction reactor R1 through a pipe 205 to provide the oxygen required for the combustion of the charges. fuels introduced into R1. In addition, the solid-solid division zone R5 can also be used to recover the heat produced by the oxidation of methane, for example by integrating heat exchange means. As in the first embodiment, the majority of the NiO is activated once within the second reaction zone R2.
Une installation CLC permettant de mettre en œuvre le procédé selon les premier et deuxième modes de réalisation de l'invention comprend donc: A CLC installation making it possible to implement the method according to the first and second embodiments of the invention thus comprises:
au moins une première zone de réaction R1 opérant en lit fluidisé dense et permettant de mettre en contact la charge hydrocarbonée gazeuse, solide, ou liquide avec les particules de la masse active oxydo-réductrice. Dans le cas de combustibles solides, cette première zone de réaction R1 permet de gazéifier les particules du combustible solide en présence de particules de la masse oxydo-réductrice. at least one first reaction zone R1 operating in a dense fluidized bed and making it possible to bring into contact the gaseous, solid or liquid hydrocarbon feedstock with the particles of the redox active mass. In the case of solid fuels, this first reaction zone R1 makes it possible to gasify the particles of the solid fuel in the presence of particles of the redox mass.
- une deuxième zone de réaction de combustion ou réduction R2 opérant de préférence en lit fluidisé dilué et permettant d'effectuer la combustion des effluents gazeux issus de la première zone de réaction R1 en présence des particules de la masse active oxydo-réductrice;  a second combustion or reduction reaction zone R2 preferably operating in a diluted fluidized bed and making it possible to carry out the combustion of the gaseous effluents originating from the first reaction zone R1 in the presence of the particles of the oxido-reducing active mass;
- une zone de séparation S3 opérant une séparation au sein d'un mélange contenant du gaz, les particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et les particules de NiO, ledit mélange étant issu de la deuxième zone de réaction R2, et ladite zone de séparation comportant une enceinte au sein de laquelle l'admission du mélange de particules à séparer est réalisée dans une phase diluée dans laquelle s'écoule un gaz à une vitesse ascendante qui est imposée;  a separating zone S3 effecting a separation in a mixture containing gas, particles of natural ore of pyrolusite-type manganese and NiO particles, said mixture coming from the second reaction zone R2, and said zone separation device comprising an enclosure in which the admission of the mixture of particles to be separated is carried out in a dilute phase in which a gas flows at an ascending speed which is imposed;
- une zone d'oxydation R4 des particules de la masse active oxydo-réductrice, en particulier des particules de minerai naturel de manganèse, permettant de ré-oxyder lesdites particules avant de les renvoyer vers la zone de réaction R1 .  an oxidation zone R4 of the particles of the oxido-reducing active mass, in particular particles of natural ore of manganese, making it possible to re-oxidize said particles before returning them to the reaction zone R1.
La figure 3 illustre un troisième mode de réalisation pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention. Ce mode de réalisation est notamment adapté au cas où la granulométrie des particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et celle des particules de NiO est similaire, et au cas où la masse active n'est pas un mélange de particules distinctes de NiO et de minerai de manganèse, mais comprend des particules formées par un même matériau comprenant du minerai naturel de manganèse de type pyrolusite dopé avec du NiO. Selon ce troisième mode de réalisation, on met en contact, les charges hydrocarbonées provenant d'une conduite 1 avec les particules de la masse active oxydo-réductrice arrivant par une conduite 308 dans un état oxydé, dans une première zone de réaction R1 opérant en lit fluidisé dense. On effectue ensuite une combustion des effluents gazeux issus de la première zone de réaction R1 en présence des particules de la masse active oxydo- réductrice, dans une seconde zone de réaction R2. L'effluent gazeux issu de la combustion et contenant les particules de la masse active est ensuite envoyé par une conduite 8 dans un premier séparateur gaz-solide S1 , par exemple un cyclone, duquel est extrait le gaz de combustion par un conduit 18 et un flux de particules par une conduit 301 . Ce dernier est divisé dans une première zone de division R3 opérant en lit fluidisé en un premier sous-flux renvoyé par une conduite 302 vers la seconde zone de réaction R2 où il est avantageusement recyclé, et un deuxième sous-flux allant dans une zone d'oxydation R4 par le biais d'une conduite 303. Le recyclage du premier sous-flux permet d'augmenter la forme activée Ni du dopant dans la zone de réaction R2. Les particules du deuxième sous-flux sont ré-oxydées dans la zone d'oxydation R4, puis renvoyées vers la zone de réduction R1 . Pour cela, on récupère d'abord les particules de la masse active par le biais d'un séparateur solide-gaz S2 de type cyclone, qui sont ensuite envoyées par une conduite 306 vers une deuxième zone de division R5 opérant en lit fluidisé. Dans cette zone R5, le flux de particules de la masse active issu de la zone d'oxydation R4 est divisé en un troisième sous- flux allant de nouveau dans la zone d'oxydation R4 par une conduite 307, pour être davantage ré-oxydé, et un quatrième sous-flux allant dans la première zone de réaction R1 par une conduite 308. FIG. 3 illustrates a third embodiment for implementing the method according to the invention. This embodiment is particularly adapted to the case where the particle size of the particles of natural ore of pyrolusite-type manganese and that of the NiO particles is similar, and in the case where the active mass is not a mixture of distinct particles of NiO and of manganese ore, but comprises particles formed from the same material comprising NiO-doped pyrolusite-type natural ore of manganese. According to this third embodiment, the hydrocarbon feedstocks coming from a pipe 1 are brought into contact with the particles of the oxido-reducing active mass arriving via a pipe 308 in an oxidized state, in a first reaction zone R 1 operating in dense fluidized bed. Next, combustion of the gaseous effluents from the first reaction zone R1 in the presence of the particles of the redox active mass in a second reaction zone R2. The gaseous effluent resulting from the combustion and containing the particles of the active mass is then sent via a pipe 8 into a first gas-solid separator S1, for example a cyclone, from which the combustion gas is extracted via a pipe 18 and a flow of particles through a conduit 301. The latter is divided into a first division zone R3 operating in a fluidized bed in a first sub-flow returned by a pipe 302 to the second reaction zone R2 where it is advantageously recycled, and a second sub-flow going in a zone d R4 oxidation by 303. The recycling of the first sub-flow makes it possible to increase the activated form Ni of the dopant in the reaction zone R2. The particles of the second sub-flux are reoxidized in the oxidation zone R4 and then returned to the reduction zone R1. For this, the particles of the active mass are first recovered by means of a solid-gas separator S2 of the cyclone type, which are then sent through line 306 to a second division zone R5 operating in a fluidized bed. In this zone R5, the particle flow of the active mass from the oxidation zone R4 is divided into a third sub-flow going back into the oxidation zone R4 via a pipe 307, to be further re-oxidized. , and a fourth sub-flow going into the first reaction zone R1 via a pipe 308.
Selon ce troisième mode de réalisation, le NiO de la masse oxydo-réductrice est activé à chaque passage au sein de la seconde zone de réaction R2 lorsque ladite masse provient de la zone d'oxydation R4.  According to this third embodiment, the NiO of the redox mass is activated at each passage within the second reaction zone R2 when said mass comes from the oxidation zone R4.
Exemples Examples
Exemple 1 : Combustion de méthane à 890 °C en présence de particules de pyrolusite (exemple donné à titre comparatif)  EXAMPLE 1 Combustion of methane at 890 ° C. in the presence of pyrolusite particles (example given for comparison)
Une charge composée, en volume, de 50 % méthane, 33,3 % d'azote et 16,7 % de vapeur d'eau, ce qui correspond à une puissance nominale de 0,6 kW thermique, est traitée dans un réacteur de 40 mm de diamètre travaillant en batch. A compound charge, by volume, of 50% methane, 33.3% of nitrogen and 16.7% of water vapor, which corresponds to a nominal power of 0.6 kW heat, is treated in a reactor of 40 mm diameter working in batch.
Pour la combustion en boucle chimique, sont mises en œuvre des particules porteur d'oxygène à base de pyrolusite ayant les propriétés suivantes :  For the chemical loop combustion, pyrolusite-based oxygen-carrying particles having the following properties are used:
masse volumique : 3250 kg/m3 density: 3250 kg / m 3
capacité de transfert d'oxygène : 6,7 %  oxygen transfer capacity: 6.7%
diamètre des particules : 208 μηι  particle diameter: 208 μηι
Le taux d'utilisation de la pyrolusite, ROAx, est de 2 %, ce qui signifie que pour chaque 100 grammes d'oxyde, 2 grammes d'oxygène sont utilisés. The pyrolusite utilization rate, ROAx, is 2%, which means that for every 100 grams of oxide, 2 grams of oxygen are used.
La température du porteur d'oxygène dans le réacteur varie entre 870 ^ et 900 °C, la température moyenne étant de 890 'Ό.  The temperature of the oxygen carrier in the reactor varies between 870 ° C and 900 ° C, the average temperature being 890 ° C.
Le temps de séjour apparent du gaz dans le réacteur est de 1 seconde. Ce temps de séjour calculé ne prend en compte l'hydrodynamique du lit fluidisé, et correspond au ratio entre la hauteur du lit et la vitesse superficielle du gaz  The apparent residence time of the gas in the reactor is 1 second. This calculated residence time does not take into account the hydrodynamics of the fluidized bed, and corresponds to the ratio between the height of the bed and the superficial velocity of the gas.
La masse oxydo-réductrice est activée par une montée en température de 20 qC/minute sous air, jusqu'à une température de 900 'Ό. La figure 4 représente l'évolution de la conversion du méthane Xc (%) sur les 35 premiers cycles d'oxydo-réduction du procédé (Nombre de cycles N en abscisse). The redox mass is activated by a rise in temperature of 20 q C / minute in air, up to a temperature of 900 'Ό. FIG. 4 represents the evolution of the conversion of methane Xc (%) over the first 35 oxidation-reduction cycles of the process (Number of cycles N on the abscissa).
Le taux de conversion du méthane Xc correspond au rapport entre la quantité de C02 forméThe conversion rate of methane Xc corresponds to the ratio between the amount of C0 2 formed
(en moles), et la quantité de CH4 injectée (en moles), normalisé pour tenir compte du bilan carbone. (in moles), and the quantity of CH 4 injected (in moles), standardized to take account of the carbon footprint.
Initialement, la conversion du méthane s'élève à environ 40 %, puis elle décroit jusqu'à atteindre environ 20 % pour les derniers quatre cycles.  Initially, the conversion of methane is about 40%, then decreases to about 20% for the last four cycles.
La figure 5 illustre les profils de gaz CH4, CO et C02 mesurés obtenus en sortie du réacteur pendant la phase de réduction du 10eme cycle d'oxydo-réduction. Figure 5 illustrates gas profiles CH 4, CO and C0 2 measured obtained at the reactor outlet during the reduction phase of the 10 th redox cycle.
Les gaz à la sortie sont analysés avec l'analyseur Rosemount NGA2000.  The gases at the outlet are analyzed with the Rosemount NGA2000 analyzer.
Le C02, le CO et le CH4 sont mesurés avec un spectromètre infra-rouge non dispersifCO 2 , CO and CH 4 are measured with a non-dispersive infra-red spectrometer
(NDIR), le dioxygène est mesuré à l'aide dune cellule paramagnétique, et le dihydrogène est mesuré avec un catharomètre. (NDIR), the oxygen is measured using a paramagnetic cell, and the dihydrogen is measured with a katharometer.
Au début de la réduction on constate un pic de C02 puis une diminution constante de la conversion du CH4. At the beginning of the reduction, a C0 2 peak is observed and then a constant decrease in CH 4 conversion.
Exemple 2 : Combustion de méthane à 890°C en présence d'un mélange comprenant 99 % pyrolusite et 0,59 % NiO. Example 2: Combustion of methane at 890 ° C in the presence of a mixture comprising 99% pyrolusite and 0.59% NiO.
Une charge composée, en volume, de 50 % méthane, 33,3 % d'azote et 16,7 % de vapeur d'eau, ce qui correspond à une puissance nominale de 0.6 kW thermique, est traitée dans un réacteur de 40 mm de diamètre travaillant en batch. A compound charge, by volume, of 50% methane, 33.3% of nitrogen and 16.7% of water vapor, which corresponds to a nominal power of 0.6 kW heat, is treated in a 40 mm reactor of diameter working in batch.
Pour la combustion en boucle chimique sont mises en œuvre des particules porteur d'oxygène à base de pyrolusite ayant les propriétés suivantes:  For the chemical loop combustion are implemented pyrolusite-based oxygen carrier particles having the following properties:
masse volumique : 3250 kg/m3 density: 3250 kg / m 3
capacité de transfert d'oxygène : 6,7 %  oxygen transfer capacity: 6.7%
diamètre des particules : 208 μηι  particle diameter: 208 μηι
Masse de pyrolusite testée : 131 g  Pyrolusite mass tested: 131 g
Le taux d'utilisation de la pyrolusite, ROAx, est de 2 % c'est à dire que pour chaque 100 grammes d'oxyde, 2 grammes d'oxygène sont utilisés. The pyrolusite utilization rate, ROAx, is 2%, that is to say that for each 100 grams of oxide, 2 grams of oxygen are used.
Pour cet exemple, de l'oxyde de nickel est utilisé pour doper la masse oxydo-réductrice comprenant la pyrolusite. Le NiO est mis en forme sous une spinelle de NiO/NiAI204 (60 % / 40 % massique), dont les propriétés sont les suivantes: masse volumique : 2217 kg/m3 For this example, nickel oxide is used to dope the redox mass comprising pyrolusite. The NiO is shaped under a NiO / NiAl 2 4 spinel (60% / 40% by mass), the properties of which are as follows: density: 2217 kg / m 3
diamètre des particules : 186 μηι  particle diameter: 186 μηι
Masse de NiO/NiAI204 testée : 1 .3 g Mass of NiO / NiAl 2 0 4 tested: 1.3 g
La température du porteur d'oxygène dans le réacteur varie entre 870 ^ et 900 °C, la température moyenne étant de 890 ^. The temperature of the oxygen carrier in the reactor varies between 870 ° and 900 ° C, the average temperature being 890 ° C.
Le temps de séjour apparent du gaz dans le réacteur est de 1 seconde. Ce temps de séjour calculé ne prend en compte l'hydrodynamique du lit fluidisé, et correspond au ratio entre la hauteur du lit et la vitesse superficielle du gaz  The apparent residence time of the gas in the reactor is 1 second. This calculated residence time does not take into account the hydrodynamics of the fluidized bed, and corresponds to the ratio between the height of the bed and the superficial velocity of the gas.
La masse oxydo-réductrice est activée par une montée en température de 20 ^/minute sous air, jusqu'à une température de 900 ^.  The redox mass is activated by a rise in temperature of 20% per minute in air, up to a temperature of 900%.
La figure 6 décrit l'évolution de la conversion du méthane Xc (%) sur les 35 premiers cycles d'oxydo-réduction du procédé (Nombre de cycles N en abscisse). FIG. 6 describes the evolution of the methane conversion Xc (%) over the first 35 oxidation-reduction cycles of the process (Number of cycles N on the abscissa).
Le taux de conversion du méthane Xc correspond au rapport entre la quantité de C02 formé (en moles), et la quantité de CH4 injectée (en moles), normalisé pour tenir compte du bilan carbone. The conversion rate of methane Xc corresponds to the ratio between the amount of C0 2 formed (in moles), and the amount of CH 4 injected (in moles), standardized to take account of the carbon footprint.
Initialement, la conversion du méthane s'élève à environ 50 %, puis elle augmente pour se stabiliser autour de 70%.  Initially, the conversion of methane amounts to about 50%, then increases to stabilize around 70%.
La Figure 7 illustre les profils de CH4, de CO et de C02 obtenus en sortie du réacteur pendant la phase de réduction du 10eme cycle d'oxydo-réduction. Figure 7 illustrates the profiles of CH 4, CO and C0 2 obtained at the reactor outlet during the reduction phase of the 10 th redox cycle.
Les gaz à la sortie sont analysés avec l'analyseur Rosemount NGA2000.  The gases at the outlet are analyzed with the Rosemount NGA2000 analyzer.
Le C02, le CO et le CH4 sont mesurés avec un spectromètre infra-rouge non dispersifCO 2 , CO and CH 4 are measured with a non-dispersive infra-red spectrometer
(NDIR), le dioxygène est mesuré à l'aide dune cellule paramagnétique, et le dihydrogène est mesuré avec un catharomètre. (NDIR), the oxygen is measured using a paramagnetic cell, and the dihydrogen is measured with a katharometer.
Au début de la réduction, on constate un pic de C02 puis une diminution constante de la conversion du CH4. Après 40 secondes de réduction, on constate une augmentation de la conversion du CH4. At the beginning of the reduction, a C0 2 peak is observed and then a constant decrease in CH 4 conversion. After 40 seconds of reduction, there is an increase in the conversion of CH 4 .
Exemple 3 : Combustion de méthane à 880°C en présence d'un mélange comprenant 95 % pyrolusite et 2,53 % NiO. Example 3: Combustion of methane at 880 ° C in the presence of a mixture comprising 95% pyrolusite and 2.53% NiO.
Une charge composée, en volume, de 50 % méthane, 33,3 % de azote et 16,7 % de vapeur d'eau, ce qui correspond à une puissance nominale de 0.6 kW thermique, est traitée dans un réacteur de 40 mm de diamètre travaillant en batch. Pour la combustion en boucle chimique sont mises en œuvre des particules porteur d'oxygène à base de pyrolusite ayant les propriétés suivantes : A compound charge, by volume, of 50% methane, 33.3% of nitrogen and 16.7% of water vapor, which corresponds to a nominal power of 0.6 kW heat, is treated in a 40 mm reactor. diameter working in batch. For the chemical loop combustion are implemented pyrolusite-based oxygen carrier particles having the following properties:
masse volumique : 3250 kg/m3 density: 3250 kg / m 3
capacité de transfert d'oxygène : 6,7 %  oxygen transfer capacity: 6.7%
diamètre des particules : 208 μηι  particle diameter: 208 μηι
Masse de pyrolusite testée : 150 g  Pyrolusite mass tested: 150 g
Le taux d'utilisation de la pyrolusite, ROAx, est de 2 % c'est à dire que pour chaque 100 grammes d'oxyde, 2 grammes d'oxygène sont utilisés. The pyrolusite utilization rate, ROAx, is 2%, that is to say that for each 100 grams of oxide, 2 grams of oxygen are used.
Pour cet exemple, de l'oxyde de nickel est utilisé pour doper la masse oxydo-réductrice comprenant la pyrolusite. Le NiO est mis en forme sous une spinelle de NiO/NiAI204 (60 % / 40 % massique), dont les propriétés sont les suivantes: For this example, nickel oxide is used to dope the redox mass comprising pyrolusite. The NiO is shaped under a NiO / NiAl 2 4 spinel (60% / 40% by mass), the properties of which are as follows:
masse volumique : 2217 kg/m3 density: 2217 kg / m 3
diamètre des particules : 186 μηι  particle diameter: 186 μηι
Masse de NiO/NiAI204 testée : 6,6 g Mass of NiO / NiAl 2 O 4 tested: 6.6 g
La température du porteur d'oxygène dans le réacteur varie entre 870 ^ et 900 °C, la température moyenne étant de 880 'Ό. The temperature of the oxygen carrier in the reactor varies between 870 ° C and 900 ° C, the average temperature being 880 ° C.
Le temps de séjour apparent du gaz dans le réacteur est de 1 seconde. Ce temps de séjour calculé ne prend en compte l'hydrodynamique du lit fluidisé, et correspond au ratio entre la hauteur du lit et la vitesse superficielle du gaz  The apparent residence time of the gas in the reactor is 1 second. This calculated residence time does not take into account the hydrodynamics of the fluidized bed, and corresponds to the ratio between the height of the bed and the superficial velocity of the gas.
La masse oxydo-réductrice est activée par une montée en température de 20 qC/minute sous air, jusqu'à une température de 900 'Ό. The redox mass is activated by a rise in temperature of 20 q C / minute in air, up to a temperature of 900 'Ό.
La figure 8 décrit l'évolution de la conversion du méthane Xc (%) sur les 35 premiers cycles d'oxydo-réduction du procédé (Nombre de cycles N en abscisse). FIG. 8 describes the evolution of the methane conversion Xc (%) over the first 35 oxidation-reduction cycles of the process (Number of cycles N on the abscissa).
Le taux de conversion du méthane Xc correspond au rapport entre la quantité de C02 formé (en moles), et la quantité de CH4 injectée (en moles), normalisé pour tenir compte du bilan carbone. Les mêmes appareils de mesure que ceux décrits pour les autres exemples sont utilisés. The conversion rate of methane Xc corresponds to the ratio between the amount of C0 2 formed (in moles), and the amount of CH 4 injected (in moles), standardized to take account of the carbon footprint. The same measuring devices as those described for the other examples are used.
Initialement, la conversion du méthane s'élève à environ 50 %, puis elle augmente pour se stabiliser vers 80%.  Initially, the conversion of methane amounts to about 50%, then increases to stabilize to 80%.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Masse active oxydo-réductrice pour procédé d'oxydo-réduction en boucle chimique comprenant un minerai naturel de manganèse de type pyrolusite comprenant initialement au moins 60% massique de Mn02, ladite masse étant enrichie avec de l'oxyde de nickel (NiO) et se présentant sous forme de particules. 1. Oxidoreducing active mass for a chemical loop-redox process comprising a natural pyrolusite-type manganese ore initially comprising at least 60% by weight of MnO 2 , said mass being enriched with nickel oxide (NiO) and in the form of particles.
2. Masse active oxydo-réductrice selon la revendication 1 , comprenant initialement de 0,1 % à 10 % massique, de préférence de 1 % à 5 % massique de NiO. 2. Redox active mass according to claim 1, initially comprising from 0.1% to 10% by weight, preferably from 1% to 5% by weight of NiO.
3. Masse active oxydo-réductrice selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la teneur initiale en Mn02 du minerai est comprise entre 70 % et 90 % massique, de préférence comprise entre 76 % et 82 % massique. 3. Redox active mass according to one of claims 1 and 2, wherein the initial MnO 2 content of the ore is between 70% and 90% by weight, preferably between 76% and 82% by mass.
4. Masse active oxydo-réductrice selon l'une des revendications précédentes, comprenant un mélange de particules du minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et de particules de NiO. 4. Redox active mass according to one of the preceding claims, comprising a mixture of particles of the natural ore of pyrolusite-type manganese and NiO particles.
5. Masse active oxydo-réductrice selon la revendication 4, dans laquelle le NiO est mis en forme sur un support d'alumine et/ou de silice. 5. Redox active mass according to claim 4, wherein the NiO is shaped on a support of alumina and / or silica.
6. Masse active oxydo-réductrice selon l'une des revendications précédentes, ayant une granulométrie telle que plus de 90 % des particules de la masse active ont une taille comprise entre 100 μηι et 500 μηι, de préférence comprise entre 150 μηι et 300 μηι. 6. Redox active mass according to one of the preceding claims, having a particle size such that more than 90% of the particles of the active mass have a size between 100 μηι and 500 μηι, preferably between 150 μηι and 300 μηι .
7. Procédé de combustion de charges hydrocarbonées solides, liquides ou gazeuses par oxydo-réduction en boucle chimique utilisant une masse active oxydo-réductrice selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 7. A process for the combustion of solid hydrocarbon feeds, liquid or gaseous by chemical redox oxidation using an oxido-reducing active mass according to any one of claims 1 to 6.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la masse active est mise sous forme de particules ayant une granulométrie adaptée à une mise en œuvre en lit fluidisé. 8. The method of claim 7, wherein the active mass is shaped particles having a particle size suitable for implementation in a fluidized bed.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le minerai naturel de manganèse est préalablement broyé et tamisé afin d'obtenir des particules de granulométrie compatible avec une mise en œuvre en lit fluidisé, et dans lequel l'oxyde de nickel est choisi tel qu'il soit sous forme de particules de granulométrie également compatible avec une mise en œuvre en lit fluidisé. 9. The method of claim 8, wherein the natural manganese ore is previously milled and sieved to obtain grain size particles. compatible with implementation in a fluidized bed, and in which the nickel oxide is chosen such that it is in the form of particle size distribution also compatible with a fluidized bed implementation.
10. Procédé selon l'une des revendication 7 à 9, dans lequel : 10. Method according to one of claims 7 to 9, wherein:
- on met en contact, dans une première zone de réaction (R1 ) opérant en lit fluidisé dense, les charges hydrocarbonées, avec les particules de la masse active oxydo- réductrice;  - In a first reaction zone (R1) operating in a dense fluidized bed, the hydrocarbon feeds are brought into contact with the particles of the redox active mass;
- on effectue, dans une seconde zone de réaction (R2), une combustion des effluents gazeux issus de la première zone de réaction (R1 ) en présence des particules de la masse active oxydo-réductrice;  in a second reaction zone (R2), combustion of the gaseous effluents from the first reaction zone (R1) in the presence of the particles of the oxido-reducing active mass;
- on effectue, dans une première zone de division (R3) opérant en lit fluidisé, une division du flux de particules de la masse active issu de la seconde zone de réaction (301 ) en un premier sous-flux allant de nouveau dans la seconde zone de réaction (R2) et un deuxième sous-flux allant dans une zone d'oxydation (R4); in a first division zone (R3) operating in fluidized bed, a division of the particle stream of the active mass from the second reaction zone (301) into a first sub-flow going back into the second reaction zone (R2) and a second sub-flow going into an oxidation zone (R4);
- on effectue une réoxydation des particules de la masse active dans la zone d'oxydation (R4) avant de les renvoyer vers la zone (R1 ); the particles of the active mass are reoxidized in the oxidation zone (R4) before returning them to the zone (R1);
- on effectue, dans une deuxième zone de division (R5) opérant en lit fluidisé, une division du flux de particules de la masse active issu de la zone d'oxydation (R4) en un troisième sous-flux allant de nouveau dans la zone d'oxydation (R4) et un quatrième sous- flux allant dans la première zone de réaction (R1 ).  in a second division zone (R5) operating in a fluidized bed, a division of the particle stream of the active mass coming from the oxidation zone (R4) into a third sub-flow going back into the zone an oxidation step (R4) and a fourth sub-flow going to the first reaction zone (R1).
1 1 . Procédé selon la revendication 9, dans lequel la granulométrie des particules de NiO est différente de la granulométrie des particules de minerai naturel de manganèse telle que la taille des particules de NiO soit supérieure ou inférieure à celle des particules de minerai naturel de manganèse. 1 1. The method of claim 9 wherein the particle size of the NiO particles is different from the particle size of the natural manganese ore particles such that the particle size of NiO is higher or lower than that of the natural manganese ore particles.
12. Procédé selon la revendication 1 1 , dans lequel: The method of claim 11, wherein:
- on met en contact, dans une première zone de réaction (R1 ) opérant en lit fluidisé dense, les charges hydrocarbonées avec les particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et les particules de NiO ;  - In a first reaction zone (R1) operating in a dense fluidized bed, the hydrocarbon feeds are contacted with the particles of natural ore of pyrolusite-type manganese and the NiO particles;
- on effectue, dans une seconde zone de réaction (R2), une combustion des effluents gazeux issus de la première zone de réaction (R1 ) en présence des particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et des particules de NiO; - on sépare, dans une zone de séparation (S3), les particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et les particules de NiO au sein d'un mélange issu de la zone (R2) comprenant du gaz de combustion, les particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite et les particules de NiO; in a second reaction zone (R2), combustion of the gaseous effluents from the first reaction zone (R1) is carried out in the presence of natural pyrolusite type ore particles and NiO particles; separating, in a separation zone (S3), the particles of natural pyrolusite-type manganese ore and the NiO particles in a mixture originating from the zone (R2) comprising flue gas, the particles of pyrolusite-type natural manganese ore and NiO particles;
- on effectue une ré-oxydation des particules de minerai naturel de manganèse de type pyrolusite dans une zone d'oxydation (R4) avant de les renvoyer vers la zone (R1 ).  the pyrolusite-type natural manganese ore particles are re-oxidized in an oxidation zone (R4) before being returned to the zone (R1).
13. Procédé selon l'une des revendications 7 à 12, dans lequel la masse active d'oxydo- réduction est activée par une montée progressive en température sous atmosphère oxydante jusqu'à une température supérieure ou égale à 600 'Ό, de préférence supérieure ou égale à 800 'Ό, encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 900 <€. 13. Method according to one of claims 7 to 12, wherein the active redox active mass is activated by a gradual rise in temperature under an oxidizing atmosphere to a temperature greater than or equal to 600 'Ό, preferably greater or equal to 800 'Ό, still more preferably greater than or equal to 900 < €.
14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel la montée progressive en température sous atmosphère oxydante est réalisée à une vitesse comprise entre 5°C/h et 100 <€/h. 14. The method of claim 13, wherein the gradual rise in temperature in an oxidizing atmosphere is carried out at a speed between 5 ° C / h and 100 < € / h.
15. Procédé selon l'une des revendications 7 à 14, dans lequel dans lequel la masse active oxydo-réductrice est activée dans une installation de combustion en boucle chimique dans laquelle le procédé est mis en œuvre. 15. Method according to one of claims 7 to 14, wherein the redox active mass is activated in a chemical loop combustion plant in which the method is implemented.
16. Procédé selon l'une des revendications 7 à 15, dans la masse active d'oxydo- réduction est utilisée pour la combustion d'hydrocarbures gazeux. 16. Method according to one of claims 7 to 15, in the active redox active mass is used for the combustion of gaseous hydrocarbons.
17. Procédé selon l'une des revendications 7 à 16, dans lequel la masse active oxydo- réductrice est réduite au contact des charges hydrocarbonées dans une zone de réduction de la boucle chimique, et dans lequel le débit de circulation de la masse active oxydo-réductrice mesuré à l'entrée de ladite zone de réduction est compris entre 30 et 100 kg/h par kg/h d'oxygène consommé dans la zone de réduction. 17. Method according to one of claims 7 to 16, wherein the redox active mass is reduced in contact with the hydrocarbon feedstock in a reduction zone of the chemical loop, and wherein the flow rate of the active oxide mass -reductor measured at the entrance of said reduction zone is between 30 and 100 kg / h per kg / h of oxygen consumed in the reduction zone.
18. Procédé selon l'une des revendications 7 à 17, dans lequel la réduction de la masse active oxydo-réductrice au contact des charges hydrocarbonées est effectuée à une température comprise entre 600 'Ό et 1400^. 18. The process as claimed in one of claims 7 to 17, in which the reduction of the oxido-reducing active mass in contact with the hydrocarbon feeds is carried out at a temperature of between 600 ° and 1400 °.
19. Procédé selon l'une des revendications 7 à 18 pour le captage du C02. 19. Method according to one of claims 7 to 18 for the capture of C0 2 .
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