Brevet FR2045712A1 — publié le 19710305

La présente invention concerne tin procédé pour produire un gaz de synthèse constitué principalement par de l'oxydé de carbone et de l'hydrogène, par reformage à la vapeur catalytique primaire d'un hydrocarbure fluide, l'invention concerne plus particulièrement un 05 procédé pour produire un gaz de synthèse sous pression élevée, gui est obtenu par compression du courant de gaz dans un compresseur de gaz de synthèse entraîné par une turbine à gaz„ Le procédé de transformation d'hydrocarbure, connu sous le nom de reformage primaire, est utilisé sur une grande échelle pour pro-10 duire des gaz de synthèse et de l'hydrogène. Dans ce procédé bien connu, on fait réagir un hydrocarbure gazeux, tel que le méthane, catalytiquement sur de la vapeur à température élevée, de manière à produire un mélange de gaz de reformage contenant principalement de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone, conformément à la réaction ci-15 après : CH4 + H20 ^ GO + 3H2 Il doit être entendu qu'on peut également faire réagir des hydrocarbures de rang plus élevé, tels que le propane et ÏÏBxane, catalyti-quement avec de la vapeur, de même manière pour obtenir un courant 20 de gaz contenant un mélange d'oxyde de carbone et d'hydrogène, La réaction globale de reformage par la vapeur est endothermique, et par conséquent la technique habituelle consiste à faire passer le mélange gazeux d'hydrocarbure fluide et de vapeur à travers un tube à réaction ou un groupe de tubes à réaction chauffés extérieurement. 25 Ces tubes sont garnis de granules solides de catalyseur constitués en général par du nickel activé ou un autre agent catalytique déposé sur un support approprié. Le mélange de gaz chaud reformé obtenu est extrait de l'appareil de refcjrnage primaire et soumis au traitement ultérieur. La chaleur nécessaire est en général obtenue par 30 combustion d'un hydrocarbure fluide à l'air, à l'intérieur du four, et extérieurement aux tubes de reformage remplis de catalyseur^ puisque la réaction de reformage doit être effectuée à température très élevée» • Le gaz chaud reformé, obtenu par reformage primaire à la v&-35 peur, est soumis généralement à un traitement ultérieur, soit pour produire de l'amnoniac synthétique, soit pour préparer un courant constitué par un mélange gazeux d'oxyde de carbone et d'hydrogène destiné par exemple à la synthèse du méthanol, ou à la synthèse par le procédé de. FI3CHJR-I3.0P8CH d'hydrocarbures de rang plus élevé et 40 d'alkanol ou d'hydrogène pur. Dans tous les cas, on soumet en gëné- BAD ORIGINAL 69 21256 2 2045712 ral le mélange de gaz réformé provenant du reformage primaire, à un reformage secondaire, en ajoutant audit mélange de l'air ou de l'oxygène destinés à réagir avec le méthane non transformé. Le reformage secondaire est également une opération catalytique dans 5 laquelle on fait passer le mélange gazeux à travers un lit station-naire du catalyseur de reformage. Le mélange de gaz qui provient du reformage secondaire est ensuite refroidi en chauffant une chaudière de récupération à vapeur, puis est soumis à une opération d'oxydation catalytique de l'oxyde de carbone, dans les cas où 10 l'on désire obtenir de l'hydrogène ou des gaz purs pour la synthèse de l'ammoniac. L'opération d'oxydation de l'oxyde de carbone consiste en l'addition de vapeur au courant de gaz à traiter, swi d'un passage du mélange à travers un lit'catalytique constitué par de l'oxyde de fer activé ou un autre catalyseur approprié. La réac-15 tion suivante se produit : CO + h2o > co2 + h2 Le courant de gaz obtenu est ensuite traité de manière à. éliminer 1'anhydride carbonique, en général par lavage dans une solution aqueuse alcaline contenant du carbonate de potassium ou de l'étha-20 nolamine, de façon à obtenir un courant de gaz de synthèse définitif, Certaines des opérations décrites ci-dessus, par exemple l'c^f-dation de l'oxyde de carbone et l'élimination de 1'anhydride carbonique, peuvent être supprimées dans certains cas, par exemple lorsqu'on utilise le courant de gaz de synthèse final dans la synthèse 25- du- méthanol. En tous cas, on comprime le courant final de gaz de synthèse avant son emploi final pour la synthèse de l'ammoniac, du méthanol. On procède à la compression dans un compresseur de gaz de synthèse. Les fours permettant de réaliser le reformage primaire sont à 30 la pression atmosphérique, la chaleur des fumées est récupérée dans des échangeurs de chaleur., et il n'est pas possible de récupérer directement de l'énergie mécanique à partir de la chaleur des fumées. . La présente invention a pour but d'éviter cet inconvénient et 35 - de permettre.la récupération de l'énergie mécanique dans une turbine à gaz placée sur la sortie des fumée. Par ailleurs, "eile vise à ce que les tubes de reformage, qui sont soumis à une différence de pression inférieure à la pression intérieure dans le cas" d'un four à la pression atmosphérique, puissent être moins épais que .40 les tubes usuels. BAD ORIGINAL 69 21256 3 2045712 la présente invention a pour objet un procédé de reformage catalytique par la vapeur d'eau d'un hydrocarbure, en vue de la production d'un gaz de synthèse, au moyen d'un four à l'intérieur duquel sont disposés des tubes de catalyse, caractérisé en ce que 05 l'on introduit de l'air sous pression à l'intérieur de l'enceinte du four et que l'on utilise les fumées sortant dudit four pour actionner line turbine à gaz entraînant le compresseur d'air et éventuellement tin compresseur de gaz de synthèse. Bile a également pour objet un four de reformage pour la mise 10 en oeuvre dudit procédé, I>* autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui suit, faite en regard des dessins annexés conceriHnt une forme particulière de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif. 15 I»a fig. 1 est un. achéma fonctionnel- des divers appareils utili sés en combinaison pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention qui indique la succession des opérations et la liaison entre les divers appareils* La fig» 2 est une coupe d'un four en élévation» 20 La fig» 3 est une vue ên plan de quatre cellules constituant un four primaire sous pression, disposées autour d'un four secondaire et d'un échangeur» La fig* 4 est une vue de la partie supérieure d'un four sous pression» 25 La fig» 5 est une vue de la partie inférieure d'un four sous pression» Sa se reportant à la fig. 1, un courant d'air ambiant est aspiré en 1 dans le compresseur 2 j l*arbre du compresseur 2 est relié par un accouplement 3 à l'arbre d*un moteur de démarrage 4 qui 30 peut être un moteur électrique, une turbine à vapeur ou tout autre appareil moteur. Le courant air comprimé sortant en 5 de l'appareil 2 est à une pression comprise entre 8 et 15 bar» On fait passer le dit courant d'air dans un réchauffeur 6 alimenté par les gaz sortant de la turbine à gaz 7» La turbine à gaz 7 et le compresseur 2 sont 35 montés sur le même arbre» L'air réchauffé à une température de JOOKS, sortant en 8 du réchauffeur 6 est utilisé comme carburant dans le four primaire 9 dont ttn exemple dë construction possible sera décrit ultérieurement. Le mélange à reformer, introduit en 10 dans le four 9, traversa 40 les tubes de catalyse placés dans ledit four, le gaz résultant sorBAD ORIGiNAL 69 21256 2045712 tant en 11 est envoyé dans les appareils suivants» non représentés sur la figure ; après traitement ces gaz sont introduits en 12 dans m compressatir 13 raccordé par un accouplement 14 à l'arbre de la turbine à gaz 7. Cette dernière disposition est indiquée à 05 titre d'exemple, le gaz peut être 'recomprimé dans un compresseur séparé, entraîné par une t tir bine à vapeur ou tin moteur électrique. La turbine à gaz peut entraîner dans ce cas un alternateur ou une autre machine. Après compression, ce courant de gaz sortant en 15 est envoyé 10 dans les appareils de synthèse, les fumées du four 9 sortent en 16 à une température de 850 à 950°C et sont envoyées dans un échangeur 17 où elles se refroidissent jusqu'à une température de 700 à • 850°C, le courant sortant en 18 est détendu dans la turbine à gaz 7» Les gaz chauds à 350 - 450®C sont refroidis dans l'échangeur 6 15 avant d'être rejetés à l'atmosphère en 20. Selon le schéma décrit, le reformage primaire s'effectue soua une pression extérieure de 10 à 15bar, ce qui présente l'avantage suivant : les tubes n'étant soumis qu'à la différence de pression régnant en.10 et 8, peuvent être moins épais que les tubes habituât) els. L'efficacité d'un tel four est par ailleurs améliorée, car lai coefficients de rayonnements de fumée sous pression sont supériera* à ceux des fumées à la pression normale» Sur les figures 2, 3, 4- et 5, on voit le four de reformage primaire constitué par une ou plusieurs cellules cylindriques rerti— 25 cales 9A, 9B, 90, 9D placés autour d'un four de refarmage secondai* re 21 et de l'échangeur 17. les tubes de catalyse sont placés dan» les cellules 9A, 9B, 9C» 9D, l'ènsemble desdites cellules, dont le nombre est déterminé en fonction de la production, constituant le four 9 représenté sur la fig» 1. la circulation des gaz dans les '30 tubes et des fumées se fait de bas en haut» les collecteurs 25 de sortie des tubes sont placés, dans la partie supérieure. Ils sont reliés à un collecteur 26, garni de matières réfractaires et isolantes, qui traverse le fond dë la partie supérieure. Un joint de dilatation 27 constitué par un soufflet assure l'absorption des di— 35 latâtions. Les tubes pençius sont portés par la plaque 28, elle-même fixée à la partie cylindrique de la cellule. Un dispositif d'étanchéité 29 est réalisé au passage des tubes dans la plaque 28 dans le but d'éviter le passage des fumées et également de permettre une isolation thermique» La partie supérieu-40 re du four est maintenant à la pression de^ l'enceinte où s'effee»t BAD ORIGINAL «9 21296 5 2045712 tuent les transferts de chaleur. Cela peut être obtenu en assurant line liaison entre ces deux zonea Un débit d'air de refroidissement 30 peut être injecté dans la partie supérieure. Des lyres 31 placés» dans la partie inférieure des cellules, permettent d*absorber les 05 déplacements entre les entrées des tubes et les collecteurs d'alimentation 10» les brûleurs 32 sont placés dans le fond de la partie inférieure, entre les nappes de tubes, les brûleurs sont alimentés par des tuyauteries, non représentées sur les figures, en air et en combustible. Cet air provient du compresseur 7 et est réchauffé tO dans l'échangeur S» BAD ORIGINAL 69 21256 6 2045712 - REVENDICATIONS - 1, - Procédé de reformage catalytique par la vapeur d'eau d'un hydrocarbure, en vue de la production d'un gaz de synthèse, au mcçea d'un four à l'intérieur duquel sont disposés des tubes de Catalyse, 05 caractérisé en ce que l'on introduit de l'air sous pression à l'intérieur de l'enceinte du four et que l'on utilise les fumées sortait dudit four pour actionner une turbine à gaz entrainant le compresseur d'air et éventuellement un compresseur de gaz de synthèse» 2. - Pour de reformage pour la mise en oeuvre du procédé sui-10 vant la revendication 1, constitué par au moins une cellule cylindrique à l'intérieur de laquelle sont disposés les tubes de catalyse, ledit four étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant l'absorption des dilatations et le portage des tubes» 3» - Four dè reformage suivant la revendication 2, dans lequel 15 les moyens permettant l'absorption des dilatations sont constitués par les lyres et un dispositif à soufflet, les lyres assurant la liaison entre les entrées des tubeB et les collecteura d*alimenta-. tion et le dispositif à soufflet étant placé sur le collecteur des gaz à la sortie de chaque cellule de four primaire. 20 4» - Four de reformage suivant la revendication 2, dans lequel les moyens de portage des tubes sont constituée par une plaque eup-. port disposée dans la partie supérieure, ladite plaque étant refroidie par une circulation d'air sous pression et étant soumise à des pressions égales de part et d'autre» COPY