Brevet FR2393052A1 — publié le 19781229

La présente invention se rapporte à une installation pour produire du méthane ou du gaz de synthèse à partir de matières carbonées, cette installation comportant un circuit d'hélium chauffé par voie nucléaire En pareil cas, une première partie du carbone avec de l'hydrogène Est, dans un gazéificateur hydrogénant, transformée en méthane et une deuxième partie du carbone avec de la vapeur d'eau est, dans un gazéificateur à vapeur d'eau, transformée en gaz de synthèse ;; au moins une partie du méthane étant, avec de la vapeur d'eau, transformée en hydrogène dans un four de craquage. Uls installations fournissent, soit du méthane (CH4), soit du gaz de synthèse sous forme de mélange de H2 et de CO avec de petites fractions de C02 et de CH4 La revue "Chemie-Ingenieur-Dechnik" 1974 à la page 938, en particulier sur la figure 1, de mlSme qu'à la page 941, en particulier sur la figure 2, décrit un procédé pour la fabrication de méthane par gazéification i la vapeur d'eau du charbon. De nouveaux procédés de gazéification hydrogénante du charbon pour produire du méthane sont mentionnés à la page 937. Ces deux types de procédés présentent toutefois un inconvénient majeur Dans le cas de la dégazéification hydrogénante, on ne parvient pas à obtenir une décomposition complète du chsrbon-en raison des longs temps de séjour de ce dernier et compte tenu des dimensions limitées du gazéificateur. Le coke résiduel obtenu lors de la gazéification hydrogénante contient, en plus des cendres, encore environ 30 â 45 % du carbone utilisé. Dans la gazéification â la vapeur d'eau par contre, on peut certes gazéifier presque sans déchets le carbone utilisé.Comme ce procédé ne peut toutefois être mis en oeuvre qu'à des températures très élevées (houille 790 C, lignite 630 - 6600C) on ne peut utiliser pour la gazéiti- cation que la plage supérieure des températures de la chaleur libérée dans le réacteur. Dans un procédé de gazéification purement à la vapeur d'eau, la chaleur restante ne peut servir qu' & la production de la vapeur et par conséquent à la production du courant, attendu que seule une petite partie de cette vapeur peut être utilisée dans ce procédé. Dans le rapport de l'ORKL/5242 (oak Ridge National Laboratory, November 1976), figure à la pagre 82 une installation dans laquelle on transforme du carbone en méthane au moyen de chaleur nucléaire. Le charbon est tout d'abord séché, puis gazéifié par voie hydrogénante et le coke résiduel transforme en gaz de synthèse dans un gazéificateur à vapeur doleau, Une partie du méthane produit est , dans un four de craquage de méthane (désigné dans ce rapport sous le terme de réacteur de réformage) transforméeen gas de synthèse avec apport de vapeur d'eau chaude.Ce système présente toutefois les inconvénients suivants : les échangeurs de chaleur, disposés dans un circuit d'hélium primaire et également dans un circuit d'héLium secondaire, sont relativement compliqués. D'une part, les conduites tubulaires et les appareils conduisant lthélium exigent des conditions d'étanchéité extrtmement rigoureuses et, d'autre part , on doit empocher que des matières indésirables ne pénètrent de cette façon dans le circuit primaire etyforment des dépôts indésirables ou soient activées de façon à provoquer des perturbations à un autre endroit.Par ailleurs, tous les échangeurs de chaleur chauffés à l'hélium pur présentent l'inconvénient que l'hélium, en tant que gaz monoatomique., ne dégage aucune chaleur rayonnante, ce qui est particulièrement désavantageux aux hautes températures prévues ici. On doit donc augmenter la vitesse de l'hélium pour accroftre le transfert de chaleur par convection. Pour la production de méthane ou de gaz de synthèse à partir de matières carbonées avec circuit d'hélium chauffé par voie nucléaire, la présente invention a par conséquent pour objet de réaliser une installation qui élimine presque complètement les inconvénients précités, Ce résultat est atteint selon l'in- vention par le fait que le four de craquage de méthane est chauffé par le gaz provenant du gaséificateur à vapeur d'eau ou du gazéificateur hydrogénant.Comme les gaz en sortent à une température très élevée et qu'il est aati-economique de n'utiliser cette haute température que pour le préchauffage par régénération du gaz entrant ou mtme pour la production de vapeur, on peut compter ré- aliser avec ce systène une amélioration considérable du rendement total de l'installation.Les conditions relatives à l'étanchéité d'un tel four de craquage de méthane, en particulier dans la zone du catalyseur interchangeable, sont particulièrement réduites si seuls des gaz de production sont dirigés des deux c8tes. Un mode de réalisation, dans lequel un four de craquage de méthane est chauffé par le gaz sortant du gazéificateur a' vapeur d'eau et dans lequel un autre four de craquage de méthane est chauffé par le gaz sortant du gazéificnt;;eur hydrogénant, est particulière ment avantageux si lton veut surtout produire du gaz de syn- thèse, attendu que tout le méthane produit dans les deux gazéi- ficateurs est craqué et que la quantité de chaleur nécessaire à cet effet, est; cédée par les deux courants qui sans cela de vraie: autre refroidis0 Par ailleurs, 1' agencement de deux fours de craquage de méthane à différents endroits présente d'importants avantages pour le réglage et l'adaptation à diffé- rentes sortes de charbon et différents produits finaux , par exemple le méthane ou le gaz de synthèse. L' invention sera mieux comprise à l'aide de la description de modes de réalisation pris comme exemples, mais non limitatifs, et illustrés par le dessin annexé, sur lequel : la figure 1 représente une installation dans laquelle le four de craquage de méthane est chauffé par le gaz sortant du gazéificateur à vapeur d'eau la figure 2 représente une installation dans laquelle un four de craquage de méthane est; chauffé par le gaz sortant du gazéificateur hydrogénant la figure 3 représente une installation dans laquelle un four de craquage de méthane est chauffé par le gaz sortant du gazéificateur à vapeur d'eau, tandis qu 'un autre four de craquage de méthane est chauffé par le gaz sortant du gazéificateur hydrogénant. Sur les trois figures, le réacteur I a haute tempéra- ture refroidi au gaz comporte un circuit d'hélium primaire 2 qui, par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 3, cède sa chaleur à un circuit d'hélium secondaire 4 dans lequel sont placés successivement un gazéificateur à vapeur d'eau 5, un surchauffeur de vapeur 8, un générateur de vapeur 9 et une soufflante 10 qui ramène l'hélium a l'échangeur de chaleur 3. Te charbon brut est tOltt d1abord, avec addition d'hydrogène, gazéifié en majeure partie dans le gazéificateur hydrogénant 11, puis, dans le gazéificateur à vapeur d'eau 5 et avec apport de vapeur d'eau surchauffée, transformé presque complètement en un mélange de méthane, d'hydrogène, d'oxyde de carbone, et de gaz carbonique. Te gaz produit sortant du gazeiiicateur hydrogénant ll est, sur les trois figtires ,utilisê dans ne pré chauffeur a régénération 12 pour réchauffer l'hydrogène.Il est ensuite re froidi dans un autre échangeur de chaleur 13, dépoussiéré et séparé en 14, débarrassé da gaz carboniqueetde l'acide sur hydrique en 15 et amené à un dispositif de fractionnement à très basse température 16.Le gaz produit sortant du gazéifica- teur å vapeur d'eau 5 est refroidi en 17, l'oxyde de carbone transforme avec de l'eau en gaz carbonique et en hydrogène en 18, à nouveau refroidi en 19 débarrassé du gaz carbonique et de l'acide sulthydrique en 20 puis, par le condensateur 21 , l'hydrogène est ramené au gazéificateur hydrogénant 11 en passant par le préchauffeur à régénération 12. La vapeur d'eau produite dans le générateur de vapeur 9 a une pression d'environ 180 bars et une température de 14000 est tout d'abord d6- tendue dans une turbine 24 et utilisée pour la production de courant.Une partie de la vapeur est prélevée sur la turbine et amenée au gazéificateur à vapeur d'eau 5 par l'intermédiaire du surchauffeur de vapeur 8. Sur la figure 1, le gaz produit sortant du gazéifica- teur Q vapeur d'eau 5 sert au chauffage d'un four de craquage 6 qui est rempli d'un mélange de méthane et de vapeur d'eau et doit le produit final est, par le chemin déjà décrit passant par 18, 19,20,21 et 12, introduit dans le gaséificatear hydrogénant. Selon les évaluations effectuées, ce lontage convient en particulier pour la production de méthane lorsqu'une quantité allant jusqu' a 57 k du: charbon brut est gazéifiée dans le gazéifica- teur hydrogénant 11. Cou. des pressions sensiblement identiques règnent des deux c8tés dans le four de craquage et que les deux fluides sont à peu près de composition identique et que de légers défauts d'étanchéité de ce four de craquas restent sans importance, le four de craquage 6 peut être construit d'une façon aussi simple que possible. La figure 2 représente, dans un montage par ailleurs identique à celui de-la figure 1, un four de craquage 7 qui est chauffé par le gaz produit sortant du gazéificateur hydrogénant 11. Ce four de craquage 7 est également rempli d'un mélange de méthane et de vapeur d'eau et son produit final se déverse dans le flux sortant du gazéificateur a vapeur d'eau. Les évaluations effectuées jusqu'ici indiquent que ce montage convient en par ticulier pour la production de méthane lorsque 60 % et plus du charbon brut lis en oeuvre sont gazéifiés dans le gazéificateur hydrogénant 11.Ici également, il règne une pression identique, des deux côtés et les deux fluides n'ont pas besoin d'autre absolument séparés de façon étanche l'un ds l'autre Le montage selon la figure 3 comporte un four de craquage 6, chauffé par le fluide sortant du gazéificateur à vapeur d'eau 5, ainsi qu'un autre four de craquage 7 chauffé par le produit sortant du gazéificateur hydrogénant - 11. Les deux fours de craquage 6 et 7 sont, comme sur les figures 1 et 2, remplis d'un mélange de méthane et de vapeur d'eau. Le produit final sortant des deux fours de craquage est également amené au flux sortant du gazéificateur à vapeur d'eau 5.D'après les évaluations effectuées, ce montage convient en particulier pour la production de gaz de synthèse essentiellement constitué d'hydrogène et d'oxyde de carbone. Dans ce montage, tout le méthane produit dans les deux gazéificateurs doit autre complètement craqué.Le craquage nécessite donc une grande quantité de chaleur qui est avantageusement répartie sur les deux fours de craquage 6 et 7. Â l'inverse des figures 1 et 2, l'oxyde de carbone séparé dans llinstallatioa de fractionnement-à très basse température 16 est, sur la figure 3, non pas ramené dans le circuit, mais extrait sous forme de produit final en même temps qu'une partie de lthydrogbne. Si, avec cette installation, or ne veut produire que de l'hydrogène, on peut bien entendu faire fonctionner le dispositif de fraotionnement à très basse température 16 de façon que l'oxyde de carbone qui est séparé soit remis dans le circuit comme sur les fio gures 1 et 2 Le tableau suivant donne respectivement pour les trois figures un exemple chiffré qui se rapporte à la houille allemande (houille flambante à gaz) avec 6 % d'eau , 10 10% de cendres et 34% de constituants volatils, Figure 1 2 3 Puissance du réacteur en MW 3.000 3.000 3.000 Degré de gazéification u carbone en pourcentage dans le gazéificateur hydrogénant 55 60 55 quantité de charbon en t/h 860 984 360 Production de méthane en x3/h 618000 700000 Production de gaz de synthèse - - 765 000 REVENDICATIONS 1. Installation pour la production de méthane ou de gaz de synthèse a partir de matières carbonées, comportait un circuit d'hélium chauffé par voie nucléaire et dans laquelle une première partie du carbone avec de l'hydrogène est transformée en méthane dans un gazéificateur hydrogénant et une deuxième partie du carbone avec de la vapeur d'eau est transformée en gaz de synthèse dans un gazéificateur à vapeur d'eau, tout au moins une partie du méthane étant avec de la vapeur d'eau , transformée en hydrogène dans un four de craquage, caractérisée par le fait qu'un four de craquage de méthane est chauffé par le gaz produit sortant du gazéificateur a' vapeur d'eau ou du gazol- ficateur hydrogénant. 2. Installation selon la revendication 1 , en particulier pour la production de gaz de synthèse, caractérisée par le fait qu'un four de craquage de méthane est chauffé par le gaz produit sortant da gazéificateur a vapeur d'eau et qu'un autre four de craquage de méthane est chauffé par le gaz produit sortant du gazéificateur hydrogénant.