Brevet FR2343044A1 — publié le 19770930

La production de gaz naturel de pouvoir calorifique élevé, à partir du charbon est devenue de plus en plus importante à mesure que l'épuisement des ressources en gaz naturel provoque un regain d'intérêt pour le charbon, la plus abondante de nos ressources en combustible fossile. L'obtention de gaz naturel par synthèse s'effectue soit par hydrogénation directe du charbon ou par conversion du charbon en gaz de synthèse, qui contient de petites quantités de méthane produites dans I'unité de gazéification, cette conversion étant suivie par une méthanation du gaz de synthèse (CO + H2) pour obtenir le gaz naturel de synthèse. L'invention concerne ce dernier procédé général de fabrication du gaz naturel de synthèse. Le rendement de conversion du charbon en gaz naturel de synthèse à pouvoir calorifique élevé est nettement inférieur à celui de la conversion en gaz de synthèse (à pouvoir calorifique intermédiaire). Ce rendement réduit est dû au fait que la chaleur dégagée pendant le procédé de méthanation n'est pas utilisée de la manière la plus efficace sur le site de gazéification, même dans un système hautement intégré. Les trois technologies de cette invention : la gazéification du charbon, la transmission de mélange CO/H2, et la méthanation, sont aujourd'hui connues. Une description d'un procédé de méthanation à haute température engendrant de la vapeur à haute température et utile dans la pratique de la présente invention est décrit dans l'article "The RMProcess" par G.A. Whitê et al., FUEL 5, 168th ACS National Meeting, Atlantic City, New Jersey, Septembre 9-13, 1974. Ôn convertit du charbon en gaz de synthèse de pouvoir calorifique intermédiaire dans une unité de gazéification au site primaire de traitement du charbon. Le gaz de synthèse ainsi engendré est transporté au moyen d'un gazoduc du site de gazéification vers une unité de méthanation située à proximité d'une usine(s) nécessitant de la chaleur, le site de l'unité de méthana- tion se trouant distant de 32 à 320 km du site de l'unité de gazéification, La méthanation du gaz de synthèse fournit un flux de gaz naturel de synthèse et de la chaleur de méthanation disponible à des températures comprises entre 200 et 7000C pour engendrer un flux de chaleur (par exemple de la vapeur à haute température).Le flux de chaleur est utilisé à l'usine mentionnée ci-dessus et le flux de gaz naturel de synthèse est distribué aux utilisateurs. La présente invention, par conséquent, fournit une nouvelle possibilité de transfert de l'énergie thermique sur de longues distances vers le point d'utilisation. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement Figure 1, une vue schématique de la production, transmission et distribution de gaz naturel de synthèse suivant l'art antérieur et, Figure 2, une vue schématique de la production et de la transmission du gaz de synthèse, et de la distribution de la chaleur et du gaz naturel de synthèse à partir d'unités de méthanation situées en des endroits éloignés. La figure 1 représente la production, la transmission et la distribution de gaz naturel de synthèse selon l'art antérieur. Ainsi, à un site de traitement primaire du charbon 11 (par exemple, un carreau de mine), on introduit du charbon dans une unité de gazéification 12 pour la production de gaz de synthèse (de façon prédominante du monoxyde de carbone et de l'hydrogène, mais contenant de petites quantités de méthane et de dioxyde de carbone). On fait passer ce gaz de synthèse à travers l'appareil 13 en vue d'une série d'étapes de lavage, y compris une désulfuration. Cette représentation schématique n'indique pas les détails des différents équipements faisant partie d'une unité de gazéification classique. Un tel équipement pourrait comprendre, par exemple, une unité de traitement et de manipulation du charbon, une usine de production d'oxygène, une chaudière, des épurateurs de C02, etc. Dans certains cas, le nettoyage chimique (par exemple, du soufre) peut précéder l'entrée du charbon dans l'unité de gazéification ou avoir lieu dans l'unité de gazéification elle-même. On soumet le gaz de synthèse désulfuré à une méthanation sur place dans une unité de méthanation 14 utilisant, par exemple, un procédé de méthanation tel que celui décrit dans-l'article indiqué ci-dessus. On produit ainsi du gaz naturel de synthèse que l'on transmet au moyen d'un gazoduc et distribue aux divers utilisateurs Puisque la présente invention ne concerne pas l'équipement particulier de manipulation, de gazéification et de nettoyage du gaz ou de méthanation utilisé et que les détails de cet équipement et de ces procédés sont bien connus dans la technique, on ne les décrira pas plus en détails. Afin d'effectuer la production globale de gaz naturel de synthèse de manière économique, les sous-produits du procédé de méthanation (par exemple, l'eau et la chaleur de mêthanation généralement sous forme de vapeur, sont envoyés dans le procédé dans la mesure où ces sous-produits peuvent être utilisés. La présente invention a pour but de rendre utilisable la chaleur de méthanation à une distance importante (au moins environ 32 km) du site de traitement primaire de charbon, et d'une manière telle que la chaleur totale de méthanation puisse être subdivisée en quantités s'adaptant aux besoins d'une grande diversité d'utilisateurs. En outre, cette aptitude doit satisfaire à des demandes d'utilisateurs variant en fonction du temps (c'est-à-dire des demandes dont la quantité varie en fonction du temps). Si l'on suppose que l'utilisation de cette chaleur de méthanation peut mieux s'effectuer en des endroits situés à une distance importante (au moins de 32 km) du site primaire du traitement du charbon (par exemple, des usines nécessitant de la vapeur, des compagnies d'électricité et/ou un réacteur à eau légère nécessitant une surchauffe on a décidé de séparer effectivement l'étape de méthanation de l'étape de gazéification. Cette séparation permet de conduire l'étape de méthanation à proximité de l'endroit oL se trouvent les utilisateurs de la chaleur. Bien sur, ceci nécessite le transport du gaz de synthèse plutôt que du gaz naturel de synthèse constituant le produit fini, sur de longues distances, par exemple 32 à 320 km. Le transport par gazoduc du gaz de synthèse est au moins 2,5 à 3 fois plus couteux que le transport d'un volume de gaz naturel de synthèse ayant la même valeur calorifique, car il faut transporter environ 15 fois plus en volume de gaz de synthèse comparé au volume de gaz naturel de synthèse que l'on peut fabriquer à partir de ce dernier sur le site de traitement primaire du charbon et transporter par gazoduc. Cependant, en dépit de cette pénalité du coût de transport, l'accroissement prévu dans l'énergie fournie, maintenant totalement utilisable, serait de l'ordre de 15 à 30 pour cent de la valeur de combustion du gaz naturel de synthèse. Egalement, la possibilité de satisfaire aux exigences dépendant du temps indiquées ci-dessus devient maintenant possible sous la forme d'une aptitude de stockage du gazoduc pour le gaz de synthèse et l'aptitude à utiliser de façon cyclique les unités de méthanation alimentées par le gazoduc. L'utilisation de la chaleur de méthanation pour surchauffer la vapeur issue d'un réacteur nucléaire à eau légère a déjà été décrite. Par conséquent,. en transportant du gaz de synthèse, plutôt que du gaz naturel de synthèse, on peut maintenant fournir de façon commode, de l'énergie thermique supplémentaire à des utilisateurs situés à des endroits distants du site de traitement primaire du charbon, satisfaisant ainsi à des demandes variées d'énergie thermique, la chaleur de méthanation étant disponible dans une gamme de température allant de 100 à 7000C et au moment voulu. Ainsi, comme le montre la figure 2, l'équipement au site de traitement primaire du charbon 21 sera une unité de gazéification 12, une unité de nettoyage du gaz 13 (corme décrit ci-dessus). Le gaz de synthèse désulfuré quittant le site de traitement est acheminé par le gazoduc 22 vers au moins une unité de méthaflation 14 situee en un endroit approprié pour fournir la chaleur (par exemple des gazoducs 23 et 24) aux utilisateurs potentiels 26 et 27 respectivement. Ainsi, on fournit de l'énergie thermique de qualité élevée (approximativement 60 kcal/mole de CH4) constituant un sous-produit du procédé de méthanation, de manière plus avantageuse et plus économique aux utilisateurs de cette chaleur du procédé. Du fait des grandes pertes thermiques que l'on rencontre dans les gazoducs 23 et 24; la longueur de ces derniers ne doit pas dépasser 8 à 16 km. On recommande bien évidemment de situer l'unité de méthanation sur place. En outre, la taille de chaque unité de méthanation peut être adaptée de façon effective aux exigences d'énergie thermique de l'utilisateur de chaleur particulier. On peut choisir la opposition du gaz de valeur calorifique intermédiaire à transporter par le gazoduc 15 pour l'adapter à des exigences particulières. Par exemple, il peut ne pas être souhaitable que le gaz de synthèse transporté ait une teneur élevée en dioxyde de carbone au vue (a) des exigences d'eau accrues au site de gazéification et (b) du volume accru à transporter. En utilisant un réacteur de transformation au site de gazéification, on peut régler l'équilibre CO/H2 pour produire un gaz de pouvoir calorifique intermédiaire dont la composition satisfait aux exigences requises.Egalement, le cas échéant, on peut prévoir une canalisation de retour (non représentée) allant du site de méthanation au site du traitement primaire du charbon 21 en vue de réutiliser l'eau produite lors de la méthanation. On peut utiliser un nombre quelconque d'unités de méthanation plus petites en des endroits de demande de chaleur distincts, chacune acceptant sa part du gaz de synthèse transporté et ayant son propre utilisateur de chaleur auquel on fournit la chaleur. Le gaz naturel de synthèse produit à la série d'uhités de méthanation 14 peut, soit pénétrer dans un réseau de gazoducs gaz naturel existant ou être distribué par de nouveaux gazoducs Dans le mode de réalisation recommandé, l'équipement de production du gaz de synthèse désulfuré peut être, soit une usine Koppers-Totzek ou une usine de gazéification Lurgi à gazéificateur à lit fixe. Le gazoduc 22 relie le site de traitement primaire du charbon 21 aux différents endroits où se trouvent les unités de méthanation. Comme indiqué ci-dessus, la capacité de transport de ce gazoduc sera nettement supérieure (4 fois) à celle du gazoduc 15 de transport du gaz naturel de synthèse. Egalement, la pression de fonctionnement utilisée sera rendue optimale pour réduire le colt total. Les unités de méthanation 14 devront être conçues de manière à être les plus efficaces du point de vue énergétique et, jusqu'à présent, on pourra se reporter au mieux au4RMProcessb indiqué cidessus, qui peut produire de la vapeur à 70,3 kg/cm2 et 5380C. REVENDICATIONS 1. Procédé pour convertir du charbon en gaz naturel de synthèse à pouvoir calorifique élevé et distribuer ce gaz naturel de synthèse dans lequel le charbon traité est converti en gaz de synthèse de pouvoir calorifique intermédiaire désulfuré dans une unité de gazéification suivi par une méthanation pour engendrer du gaz naturel de synthèse et ensuite, ce gaz naturel de synthèse est transporté au moyen d'installations de transmission et de distribution de gaz naturel à des utilisateurs, procédé caractérisé en ce que on transporte le gaz de synthèse désulfuré loin du site de gazéification au moyen d'un gazoduc sur une distance de l'ordre de 32 à 480 km vers au moins un site de méthanation situé à proximité d'au moins un utilisateur de chaleur, on soumet ce gaz de synthèse à une méthanation à haute température pour engendrer des flux distincts de chaleur et de gaz naturel de synthèse, on fournit le flux de chaleur à l'utilisateur de chaleur et on distribue le flux de gaz naturel de synthèse aux utilisateurs de ce dernier. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température du flux de chaleur est comprise entre 200 et 7000C. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape de méthanation s'effectue en parallèle dans un ensemble d'unités de méthanation, chacune adaptée à une demande de chaleur particulière. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on prévoit des moyens pour renvoyer l'eau produite lors de la méthanation au site de gazéification. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le flux de chaleur se trouve sous la forme de vapeur. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la méthanation est cyclique. 7. Procédé selon la revendication i, caractérisé en ce que l'utilisateur de chaleur est un réacteur nucléaire à eau légère, une usine ou un équipement industriel.