WO2016128647A1

WO2016128647A1 - Échangeur-réacteur milli-structure pour une production d'hydrogène inférieure a 10 nm3/h

Info

Publication number: WO2016128647A1
Application number: PCT/FR2016/050229
Authority: WO
Inventors: Pascal Del-Gallo; Olivier Dubet; Matthieu FLIN; Laurent Prost; Marc Wagner
Original assignee: L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
Priority date: 2015-02-12
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2016-08-18
Also published as: BR112017016687A2; KR20170116052A; CA2976280A1; FR3032783A1; FR3032783B1; CN107223070A; US20180170750A1

Abstract

Réacteur-échangeur comprenant au moins 3 étages avec sur chaque étage au moins une zone favorisant les échanges de chaleur et au moins une zone de distribution en amont et/ou en aval de la zone favorisant les échanges de chaleur, caractérisé en ce que la zone favorisant les échanges de chaleur comprend des canaux millimétriques cylindriques, lesdits canaux étant au nombre de 1 à 1000 et de longueur comprise entre 10 mm et 500 mm.

Description

ECHANGEUR-REACTEUR MILU-STRUCTURE POUR UNE PRODUCTION D'HYDROGENE INFERIEURE A 10 NM³/H

La présente invention est relative aux réacteurs-échangeurs milli-structurés, à leur procédé de fabrication et à leur utilisation.

Un échangeur-réacteur milli-structuré est un réacteur chimique où les échanges de matière et de chaleur sont intensifiés grâce à une géométrie de canaux dont les dimensions caractéristiques telles que le diamètre hydraulique sont de l'ordre du millimètre. Ces échangeurs-réacteur milli-structurés permettent également de développer des surfaces d'échange importantes dans un volume réduit, ce qui les rend compacte. Les canaux constituants la géométrie des échangeurs-réacteurs milli-structurés sont de formes cylindriques, cette forme est obtenue par la réalisation de cet appareil à pression par fabrication additive sous lit de poudre ou par projection de poudre, on entend par : (i) "étage" un ensemble de canaux positionnés sur un même niveau et dans lequel se produit une réaction chimique et/ou un échange thermique, (ii) par « paroi » une cloison de séparation entre deux canaux consécutifs disposés sur un même niveau, (iii) par « distributeur » ou « zone de distribution » un volume relié à un ensemble de canaux et disposé sur un même étage ou un ensemble de canaux dont le but est d'acheminés vers les canaux le gaz provenant des collecteurs et entrant dans l'échangeur-réacteur ou d'acheminé vers le collecteur les gaz sortant de l'échangeur-réacteur. (iv) par « collecteur » un volume relié à un ensemble de canaux et disposé sur un même étage et dans lequel circule soit les réactifs acheminés de l'extérieur de l'échangeur-réacteur vers un ensemble de canaux soit les produits de la réaction acheminés de l'ensemble de canaux vers l'extérieur de l'échangeur-réacteur (figure 1).

Le fonctionnement du réacteur-échangeur est défini en Figure 1, les collecteurs apportent et évacuent les gaz; en entrée, le mélange charge hydrocarbonée-vapeur d'eau et en sortie le gaz de synthèse produit. Le fluide caloporteur compris entre 750 et 950°C apporte la chaleur au système pour réaliser le vaporeformage d'une charge hydrocarbonée. Trois types d'étage peuvent être distingués selon le fluide circulant dans les canaux de cet étage :

- Les étages comportant des canaux dit "réactifs" dans lesquels circule généralement, dans le cas du vaporeformage, un mélange charge hydrocarbonée et vapeur d'eau, - Les étages comportant des canaux dits "de retour" dans lesquels circulent les produits de la réaction de vaporeformage. Les produits de la réaction de vaporeformage cèdent au mélange charge hydrocarbonée-vapeur d'eau une partie de la chaleur nécessaire à la réaction de vaporeformage,

- Les étages comportant des canaux dits "d'apport de chaleur" dans lesquels circule un fluide caloporteur permettant d'apporter la chaleur nécessaire à la réaction de vaporeformage.

Un échangeur-réacteur est constitué de l'empilement de ces trois types d'étages.

L'intégration thermique de ces appareils peut faire l'objet d'optimisations poussées permettant d'optimiser les échanges de chaleur entre les fluides circulant dans l'appareil à différentes températures grâce à une distribution spatiale des fluides sur plusieurs étages et l'utilisation de plusieurs distributeurs et collecteurs. Pour tirer pleinement partie des bénéfices de l'utilisation d'un échangeur-réacteur milli-structuré ou d'un échangeur milli-structuré dans les procédés industriels visés, ces équipements doivent posséder les propriétés suivantes :

- La possibilité de pouvoir travailler à un produit pression x température élevé dont les valeurs minimales sont généralement de l'ordre de 12 000 bar.°C (correspondant à une température minimale de 600°C et une pression mini de 1 bar jusqu'à plus de 20 bar.)

- Une valeur extrêmement élevée du rapport surface / volume dont les valeurs typiques se situent entre 40000 et 700 m²/m³ et qui permet l'intensification des phénomènes aux parois et en particuliers le transfert thermique pour l'échange de chaleur et le transfert de matière pour la réaction dans le cas d'un échangeur-réacteur. Par ailleurs, ces valeurs très élevées du ratio surface sur volume permet de développer une surface d'échange considérable avec un encombrement réduit de l'équipement, par rapport aux technologies concurrentes (tubes et calandres etc.).

Plusieurs équipementiers proposent des échangeurs-réacteurs milli-structurés, la majorité de ces appareils se composent de plaques constituées de canaux qui sont obtenus par usinage chimique par aspersion ou immersion. Cette méthode de fabrication conduit à l'obtention de canaux dont la section a une forme qui s'approche d'un demi-cercle et dont les dimensions sont approximatives et difficilement reproductibles d'un lot de fabrication à un autre à cause du procédé d'usinage en lui-même. En effet, lors de l'opération d'usinage chimique, le bain utilisé est pollué par les particules métalliques arrachées des plaques et bien que ce dernier soit régénéré, il est difficile pour des raisons de coût d'opération de maintenir une même efficacité lors de la fabrication d'une grande série de plaque. Par la suite, on entendra par « section semi- circulaire » la section d'un canal dont les propriétés souffrent des limites dimensionnelles décrites précédemment et induites par les méthodes de fabrication telles que le gravage chimique et l'emboutissage.

Même si cette méthode de fabrication de canal n'est pas intéressante d'un point de vue économique, on peut imaginer que les canaux constituants les plaques soient fabriquées par usinage traditionnel. Dans ce cas, la section de ces derniers ne serait pas de type semi-circulaire mais rectangulaire, on parlera alors de « section rectangulaire ».

Les plaques constituées de canaux de sections semi-circulaires ou à angle droit ainsi obtenues sont généralement assemblées entre elles par soudage diffusion ou brasage diffusion.

Le dimensionnement de ces appareils à section semi-circulaire ou rectangulaire repose sur l'application de l'ASME (American Society of Mechanical Engineers) section VIII div.l appendice 13.9 qui intègre la conception mécanique d'un échangeur et/ou d'un échangeur-réacteur milli- structuré composé de plaques gravées. Les valeurs à définir pour obtenir la tenue mécanique souhaitée sont indiquées en Figure 2. Le dimensionnement de la zone de distribution et du collecteur, de géométrie variable (parois et largeurs de canal), est réalisé par calcul par éléments finis car le code ASME ne prévoit pas de dimensionnement analytique de ces zones. Une fois le dimensionnement établi, la validation réglementaire du design, défini par cette méthode nécessite un essai d'éclatement selon l'UG 101 de l'ASME. Par exemple, la valeur d'éclatement attendue pour un échangeur-réacteur assemblé par brasage diffusion et en alliage d'inconel (H R 120) fonctionnant à 25 bar et à 900°C est de l'ordre de 3500 bar à température ambiante. Ceci est très pénalisant car cet essai nécessite de sur-dimensionner le réacteur afin d'être conforme au test d'éclatement à température ambiante, le réacteur perdant ainsi de sa compacité et de son efficacité en terme de transfert thermique dû à l'augmentation des parois des canaux.

La fabrication de ces échangeurs-réacteurs et/ou échangeur milli-structurés est actuellement réalisée selon les sept étapes décrites par la Figure 3. Parmi ces étapes, quatre sont critiques car elles peuvent engendrer des problèmes de non-conformité ayant comme seule issue la mise au rebut de l'échangeur ou l'échangeurs-réacteur ou des plaques constituant l'appareil à pression si cette non-conformité est détectée suffisamment tôt dans la ligne de fabrication de ces appareils.

Ces quatre étapes sont :

- l'usinage chimique des canaux,

- l'assemblage des plaques gravées par brasage diffusion ou soudage diffusion,

- le soudage des têtes de connexion, sur lesquels des tubes soudés viennent alimenter ou évacuer les fluides, sur les zones de distribution et les collecteurs et enfin,

- les opérations de dépôt de revêtements de protection et de catalyseur dans le cas d'un échangeur-réacteur ou d'un échangeur soumis à une utilisation induisant des phénomènes qui peuvent dégrader l'état de surface de l'appareil.

Quelque soit la méthode d'usinage utilisée pour la fabrication d'échangeur ou d'échangeur- réacteurs milli-structurés, on obtient des canaux de section semi-circulaire dans le cas de l'usinage chimique (Figure 4) et qui se composent de deux angles droits ou de section rectangulaire dans le cas de l'usinage traditionnel et qui se composent de quatre angles droits. Cette pluralité d'angles est préjudiciable à l'obtention d'un revêtement de protection homogène sur toute la section. En effet, les phénomènes de discontinuités géométriques tels que des angles augmentent la probabilité de générer des dépôts non homogènes, ce qui conduira inévitablement à l'initiation de phénomènes de dégradation de l'état de surface de la matrice dont on veut se préserver comme par exemple des phénomènes de corrosion, de carburation ou de nitru ration.

Les sections de canaux angulaires obtenus par les techniques d'usinage chimique ou d'usinage traditionnel ne permettent pas d'optimiser la tenue mécanique d'un tel assemblage. En effet, les calculs de dimensionnement en tenue à la pression de telles sections ont pour conséquence une augmentation des épaisseurs de parois et de fond de canal, l'équipement perdant ainsi de sa compacité mais également de son efficacité en termes de transfert thermique. De plus, l'usinage chimique impose des limitations en termes de formes géométriques telles que l'on ne peut avoir de canal ayant une hauteur plus importante ou égale à sa largeur, ce qui conduit à des limitations du rapport surface / volume entraînant des limitations d'optimisation.

L'assemblage des plaques gravées par soudage diffusion est obtenu par l'application d'une contrainte uni-axiale importante (typiquement de l'ordre de 2 à 5 MPa) sur la matrice constituée d'un empilement de plaques gravées et exercée par une presse à haute température pendant un temps de maintien de plusieurs heures. La mise en uvre de cette technique est compatible avec la fabrication d'appareils de petites dimensions comme par exemple des appareils contenus dans un volume de 400 mm x 600 mm. Au-delà de ces dimensions, la force à appliquer pour maintenir une contrainte constante devient trop importante pour être mise en uvre par une presse à haute température.

Certains fabricants utilisant le procédé de soudage diffusion pallient aux difficultés de mise en œuvre d'une contrainte importante par l'utilisation d'un montage dit auto-bridant. Cette technique ne permet pas de contrôler efficacement la contrainte appliquée à l'équipement ce qui génère des écrasements de canaux.

L'assemblage des plaques gravées par brasage diffusion est obtenu par l'application d'une contrainte uni-axiale faible (typiquement de l'ordre de 0.2 MPa) exercée par une presse ou un montage auto-bridant à haute température et pendant un temps de maintien de plusieurs heures à la matrice constituée des plaques gravées. Entre chacune des plaques, un métal d'apport de brasage est déposé selon des procédés de dépôt industriels qui ne permettent pas de garantir la parfaite maîtrise de cette dépose. Ce métal d'apport a pour but de diffuser dans la matrice lors de l'opération de brasage de manière à réaliser la jonction mécanique entres les plaques.

De plus, durant le maintien en température de l'équipement en fabrication, la diffusion du métal de brasage ne peut être contrôlée, ce qui peut conduire à des jonctions brasées discontinues et qui ont pour conséquence une dégradation de la tenue mécanique de l'équipement. A titre d'exemple, les équipements fabriqués selon le procédé de brasage diffusion et dimensionnés selon l'ASME section VIII div.l appendice 13.9 en HR120 que nous avons réalisés n'ont pas résistés à l'application d'une pression de 840 bar lors du test d'éclatement. De manière à palier cette dégradation, l'épaisseur des parois et la géométrie de la zone de distribution ont été adaptés afin d'augmenter la surface de contact entre chaque plaque. Ceci a pour conséquence de limiter le rapport surface / volume, d'augmenter la perte de charge et la mauvaise distribution dans les canaux de l'équipement.

De plus, le code ASME section VIII div.l appendice 13.9 utilisé pour le dimensionnement de ce type d'équipement brasé n'autorise pas l'utilisation de la technologie de brasage diffusion pour des équipements mettant en uvre des fluides contenant un gaz létal tel que le monoxyde de carbone par exemple. Ainsi, un appareil assemblé par brasage diffusion ne peut pas être utilisé pour la production de Syngas.

Les équipements fabriqués par brasage diffusion se composent in fine d'un empilement de plaques gravées entres lesquelles sont disposés des joints brasés. De ce fait, toute opération de soudage sur les faces de cet équipement conduit dans la majorité des cas à la destruction des joints brasés dans la zone affectée thermiquement par l'opération de soudage. Ce phénomène se propage le long des joints brasés et conduit dans la plus part des cas à la rupture de l'assemblage. Pour palier à ce problème, il est parfois proposer d'ajouter des plaques épaisses de renfort au moment de l'assemblage de la matrice brasée de manière à offrir un support de type cadre au soudage des connecteurs qui ne présente pas de joint brasé.

D'un point de vue intensification de procédé, le fait d'assembler entres-elles des plaques gravées, oblige à réaliser une conception de l'équipement selon une approche en deux dimensions ce qui limite l'optimisation thermique et fluidique au sein de l'échangeur ou de l'échangeur-réacteur en obligeant les concepteurs de ce type d'équipement à se limiter à une approche en étage de la distribution des fluides.

D'un point de vue éco-fabrication, toutes ces étapes de fabrication étant réalisées par différentes compétences métiers sont en générale effectuées chez divers sous-traitants situés à des emplacements géographiques différents. Il en résulte des délais de réalisation longs et de nombreux transports de pièces.

Partant de là, un problème qui se pose est de fournir un réacteur-échangeur amélioré ne présentant pas au moins une partie des inconvénients cités ci-dessus. Une solution de la présente invention est un réacteur-échangeur comprenant au moins 3 étages avec sur chaque étage au moins une zone favorisant les échanges de chaleur et au moins une zone de distribution en amont et/ou en aval de la zone favorisant les échanges de chaleur, caractérisé en ce que la zone favorisant les échanges de chaleur comprend des canaux millimétriques cylindriques, lesdits canaux étant au nombre de 1 à 1000 et de longueur comprise entre 10 mm et 500 mm.

Selon le cas, le réacteur-échangeur selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

- la zone de distribution comprend des canaux millimétriques qui correspondent au prolongement continu des canaux de la zone favorisant les échanges de chaleur,

- les canaux d'un même étage sont séparés par des parois d'une épaisseur inférieure à 2 mm.

- les canaux présentent un diamètre hydraulique compris entre 0,5 et 3 mm,

- les canaux sont de longueur comprise entre 50 et 400 mm, de préférence entre 100 et 300 mm,

- ledit échangeur-réacteur comprend un étage de « réaction » dont les canaux sont aptes à favoriser une réaction en permettant notamment la circulation de flux gazeux réactifs, un étage de « retour » dont les canaux permettent la circulation de flux gazeux produits, un étage « d'apport de chaleur » dont les canaux permettent la circulation d'un fluide caloporteur.

- le nombre de canaux à l'étage de « réaction » est compris entre 100 et 700, de préférence entre 200 et 500,

- le nombre de canaux à l'étage de « retour » est compris entre 100 et 700, de préférence entre 200 et 500,

- le nombre de canaux à l'étage « d'apport de chaleur » est compris entre 100 et 700 de préférence entre 200 et 500,

- l'étage de « réaction » est entouré d'un niveau « d'apport de chaleur » et d'un niveau de «retour »

- les canaux de l'étage de « réaction » et les canaux de l'étage de « retour » présentent sur au moins une partie de leurs parois internes un revêtement protecteur contre la corrosion. - les canaux de l'étage de « réaction » présentent sur au moins une partie de leurs parois internes un catalyseur.

Notons que le revêtement protecteur et le catalyseur sont de préférence déposés par voie liquide.

La présente invention a également pour objet la fabrication du réacteur-échangeur selon l'invention. Une méthode de fabrication additive est de préférence utilisée pour fabriquer un réacteur-échangeur selon l'invention. De préférence, la méthode de fabrication additive met en uvre comme matière de base au moins une poudre métallique de taille micrométrique.

La méthode de fabrication additive peut mettre en uvre des poudres métalliques de taille micrométrique qui sont fondues par un ou plusieurs lasers afin de fabriquer des pièces finies de formes complexes en trois dimensions. La pièce se construit couche par couche, les couches sont de l'ordre de 50 μιη, selon la précision des formes souhaitées et le taux de dépôt voulu. Le métal à fondre peut être apporté soit par lit de poudre ou soit par une buse d'aspersion. Les lasers utilisés pour fondre localement la poudre sont soit des lasers YAG, fibres ou C02 et la fusion des poudres s'effectue sous gaz inerte (Argon, Hélium, etc.). La présente invention ne se limite pas à une seule technique de fabrication additive mais elle s'applique à l'ensemble des techniques connues.

Contrairement aux techniques d'usinage chimique ou d'usinage traditionnel, la méthode de fabrication additive permet de réaliser des canaux de section cylindrique qui ont comme avantages (figure 4) : (i) d'offrir une meilleure tenue à la pression et ainsi de permettre une réduction significative de l'épaisseur des parois des canaux et (ii) d'autoriser l'utilisation de règles de dimensionnent d'appareils à pression qui ne nécessitent pas la réalisation d'un test d'éclatement pour prouver l'efficacité de la conception comme c'est la cas pour la section VIII div.l appendice 13.9 du code ASME.

En effet, la conception d'un échangeur ou d'un échangeur-réacteur réalisé par fabrication additive, permettant de réaliser des canaux à section cylindrique (figure 5), s'appuie sur des règles de dimensionnement « usuelles » d'appareil à pression qui s'appliquent aux dimensionnement des canaux, des distributeurs et des collecteurs à sections cylindriques constituants l'échangeur-réacteur ou l'échangeur milli-structuré. A titre d'exemple, le dimensionnement de la paroi de canaux droits à section rectangulaire (valeur t₃ en figure 2) d'un réacteur-échangeur en alliage de nickel (HR 120), dimensionné selon l'ASME (American Society of Mechanical Engineers) section VIII div.l appendice 13.9, est de 1.2 mm. En utilisant des canaux à section cylindrique, cette valeur de paroi calculée par l'ASME section VIII div.l n'est plus que de 0.3 mm, soit une réduction par quatre de l'épaisseur de paroi nécessaire à la tenue à la pression.

La réduction du volume de matière liée à ce gain permet (i) soit de réduire l'encombrement de l'appareil à capacité de production identique par le fait que le nombre de canaux nécessaires pour atteindre la capacité de production visée est moindre et occupe ainsi moins d'espace, (ii) soit d'augmenter la capacité de production de l'appareil en conservant l'encombrement de ce dernier ce qui permet de positionner plus de canaux et ainsi de traiter un plus gros débit de réactifs.

De plus, dans le cas d'échangeur-réacteur ou d'échangeur milli-structurés réalisés en alliage noble fortement chargé en nickel, la réduction de matière nécessaire va dans le sens d'une éco- conception bénéfique pour l'environnement tout en réduisant le coût en matières premières. Les techniques de fabrication additive permettent in fine d'obtenir des pièces dites « massives » qui à contrario des techniques d'assemblages telles que le brasage diffusion ou le soudage diffusion ne présentent pas d'interfaces d'assemblages entre chaque plaque gravée. Cette propriété va dans le sens de la tenue mécanique de l'appareil en éliminant par construction la présence de lignes de fragilisation et en éliminant par la-même une source de défaut potentiel. L'obtention de pièces massives par fabrication additive et l'élimination des interfaces de brasage ou de soudage diffusion permet d'envisager de nombreuses possibilités de design sans se limiter à des géométries de parois étudiées pour limiter l'impact d'éventuels défauts d'assemblage tels que des discontinuités dans le joints brasés ou dans les interfaces soudées- diffusées.

La fabrication additive permet de réaliser des formes inenvisageables par les méthodes de fabrication traditionnelles et ainsi la fabrication des connecteurs des échangeurs-réacteurs ou échangeurs milli-structurés peut se faire dans la continuité de la fabrication du corps des appareils. Ceci permet alors de ne pas réaliser d'opération de soudage des connecteurs sur le corps et ainsi d'éliminer une source d'altération de l'intégrité structurelle de l'équipement. La maîtrise de la géométrie des canaux par fabrication additive autorise la réalisation de canaux à section circulaire ce qui, outre la bonne tenue en pression que cette forme amène, permet aussi d'avoir une forme de canaux optimale pour le dépôt de revêtements de protection et de catalyseurs qui sont ainsi homogènes tout au long des canaux.

En utilisant cette technologie de fabrication additive, l'aspect gain de productivité est également permis par la réduction du nombre d'étape de fabrication. En effet, les étapes de réalisation d'un réacteur en intégrant la fabrication additive passent de sept à quatre (figure 6). Les étapes critiques, pouvant générer une mise au rebut d'un appareil complet ou des plaques constituant le réacteur, au nombre de quatre en utilisant la technique de fabrication classique par assemblage de plaques gravées chimiquement, passent à deux avec l'adoption de la fabrication additive. Ainsi, les seules étapes restantes étant l'étape de fabrication additive et l'étape de dépôt de revêtements et de catalyseurs.

En résumé les avantages de la fabrication additive par rapport à une solution classique de brasage ou de soudage diffusion de plaques gravées chimiquement sont :

- une plus grande intensification du procédé (Intégration des canaux, compacité)

- une réduction du poids du réacteur ou augmentation du volume utile à la réaction catalytique

- une réduction du nombre d'étape de fabrication et d'intervenant localisé sur différents sites - une amélioration de la qualité de fabrication en assurant une parfaite reproductibilité

- un contrôle du procédé en cours de fabrication possible, ce qui réduira la quantité de pièce mise au rebut

- une simplification de la validation de conception selon le code de construction ASME.

L'échangeur-réacteur selon l'invention est particulièrement adapté pour être utilisé dans un procédé de vaporeformage, de préférence pour la production d'hydrogène présentant un débit compris entre 0,1 et 10 Nm /n, de préférence entre 1 et 5 Nm /n.

Dans ce cadre d'une production d'hydrogène inférieure à 5 N m3/h, nous pouvons prendre l'exemple d'un réacteur-échangeur en Inconel 625 pour la production de 0.6 Nm3/h d'hydrogène destiné à alimenter une pile à combustible pour produire l'électricité et l'eau chaude d'une habitation. Les caractéristiques dimensionnelles pour ce réacteur-échangeur seraient les suivantes :

- Matériaux de type base nickel (Inconel 601 - 625 - 617 - 690)

- Canaux de 1.14 mm de diamètre

- Paroi de 0.4 mm

- Longueur effective des canaux 150 mm

- Nombre de canaux "réactifs" 232

- Nombre de canaux "de retour" 116

- Nombre de canaux "d'apport de chaleur" 174

- Largeur de l'échangeur-réacteur 49 mm

- Longueur totale de l'échangeur-réacteur 202 mm

- Hauteur de l'échangeur-réacteur 25.4 mm

- Les canaux "réactifs" et les canaux "de retour" sont revêtus de protection contre la corrosion

- Les canaux "réactifs" sont revêtus de catalyseur

A partir des conditions d'entrée suivantes :

Gaz réactif Fumées

Débit Nm³/h 0.70 2.01

Température °C 368.5 900

Pression bar 1.1 1.1

Composition CH₄ 0.2050 0.0000

C2 0.0000 0.0000

H₂0 0.6149 0.1149

o₂ 0.0000

C0₂ 0.0439 0.0307

H₂ 0.1357 0.0000

CO 0.0005 0.0000

N₂ 0.0000 0.7213 L'équipement précédemment décrit permet d'atteindre les performances suivantes:

Gaz produit Fumées

Débit Nm³/h 0.97 2.01

Température °C 439 460

Pression bar 1.1 1.1

Composition (mol

basis) CH₄ 0.01 0.0000

C2 0.0000 0.0000

H₂0 0.31 0.1149 o₂ 0.0000 0.1331

C0₂ 0.030 0.0307

H₂ 0.51 0.0000

CO 0.14 0.0000

N₂ 0.0000 0.7213

Perte de charge mbar 6.19 10.76

Claims

Revendications

1. Réacteur-échangeur comprenant au moins 3 étages avec sur chaque étage au moins une zone favorisant les échanges de chaleur et au moins une zone de distribution en amont et/ou en aval de la zone favorisant les échanges de chaleur, caractérisé en ce que la zone favorisant les échanges de chaleur comprend des canaux millimétriques cylindriques, lesdits canaux étant au nombre de 1 à 1000 et de longueur comprise entre 10 mm et 500 mm.

2. Réacteur-échangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de distribution comprend des canaux millimétriques qui correspondent au prolongement continu des canaux de la zone favorisant les échanges de chaleur

3. Réacteur-échangeur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les canaux d'un même étage sont séparés par des parois d'une épaisseur inférieure à 2 mm.

4. Réacteur-échangeur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les canaux présentent un diamètre hydraulique compris entre 0,5 et 3 mm.

5. Réacteur-échangeur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce les canaux sont de longueur comprise entre 50 et 400 mm, de préférence entre 100 et 300 mm,

6. Réacteur-échangeur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit échangeur-réacteur comprend :

- un étage de « réaction » dont les canaux sont aptes à favoriser une réaction en permettant notamment la circulation de flux gazeux réactifs,

- un étage de « retour » dont les canaux permettent la circulation de flux gazeux produits,

- un étage « d'apport de chaleur » dont les canaux permettent la circulation d'un fluide caloporteur.

7. Réacteur-échangeur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le nombre de canaux à l'étage de « réaction » est compris entre 100 et 700, de préférence entre 200 et 500.

8. Réacteur-échangeur selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le nombre de canaux à l'étage de « retour » est compris entre 100 et 700, de préférence entre 200 et 500.

9. Réacteur-échangeur selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le nombre de canaux à l'étage « d'apport de chaleur » est compris entre 100 et 700 de préférence entre 200 et 500.

10. Réacteur-échangeur selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que l'étage de « réaction » est entouré d'un niveau « d'apport de chaleur » et d'un niveau de «retour ».

11. Réacteur-échangeur selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que les canaux de l'étage de « réaction » et les canaux de l'étage de « retour » présentent sur au moins une partie de leurs parois internes un revêtement protecteur contre la corrosion.

12. Réacteur-échangeur selon l'une des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que les canaux de l'étage de « réaction » présentent sur au moins une partie de leurs parois internes un catalyseur.

13. Utilisation d'une méthode de fabrication additive pour la fabrication d'un réacteur- échangeur selon l'une des revendications 1 à 12.

14. Utilisation selon la revendication 13, caractérisée en ce que la méthode de fabrication additive met en uvre comme matière de base au moins une poudre métallique de taille micrométrique.

15. Procédé de vaporeformage d'une charge hydrocarbonée mettant en uvre un réacteur- échangeur selon l'une des revendications 1 à 12.

16. Procédé de vaporeformage selon la revendication 15 comprenant une production d'hydrogène présentant un débit compris entre 0,1 et 10 N m /n, de préférence entre 1 et 5

Nm /h.