Brevet FR2463760A1 — publié le 19810227

L'invention concerne un procédé de synthèse catalytique du méthanol à partir d'un gaz brut contenant pour l'essentiel CO, C02 et H2 et provenant d'une instal- lation de craquage catalytique de gaz naturel, dans lequel on comprime le gaz brut en plusieurs étapes jusqu'à la pression de synthèse de 50 à 150 bars et on prélève du cycle de synthèse une quantité de gaz de détente en vue de maintenir dans le cycle une teneur donnée en gaz inerte. Le procédé de synthèse catalytique du mé- thanol à partir de gaz brut contenant pour l'essentiel COC02 et H2, comporte en général trois tranches, à savoir le craquage du gaz naturel en gaz brut, la compression du gaz brut jusqu'à la pression de synthèse nécessaire et la synthèse catalytique proprement dite. Le craquage du gaz naturel nécessite un apport de chaleur à température éle- vée, par exemple 700 à 12000C. Le gaz brut doit ensuite être refroidi jusqu'à la température ambiante, c'est-à-dire environ 20 à 400C, afin d'être comprimé, par un apport important d'énergie, d'environ 10 à 30 bars jusqu'à envi- ron 50 à 150 bars. La synthèse catalytique subséquente du méthanol a lieu à un niveau de température moyen (200 à 3000C) et fournit du gaz refroidi et du méthanol condensé. Pour maintenir une teneur admissible en gaz inerte dans le cycle de synthèse on prélève en permanence du cycle une quantité donnée de gaz de recyclage. Ce gaz a une teneur élevée en porteurs d'énergie combustibles, tels que CO et H2; il est prélevé du circuit par une sou- pape de détente - ceest pourquoi on l'appelle aussi gaz de détente (gaz de purge) - et il est brQlé à basse pres- sion dans le four de craquage. Bien que, dans la synthèse du méthanol décrite ci-dessus, les facteurs énergétiques du craquage, de la compression et de la synthèse propre- ment dite soient ajustés les uns aux autres, l'économie d'énergie et la sécurité d'exploitation de la compression n'ont été jusqu'à présent que très peu çrises en compte. Ainsi la chaleur de compression était cédée en totalité à l'eau de refroidissement et, pour assurer efficacement le refroidissement intermédiaire et le refroidissement final du gaz de synthèse, il fallait mettre en place des pompes pour l'eau de refroidissement en réserve. L'invention a pour objet d'unir convenable- ment les trois sections, à savoir craquage, compression et synthèse du méthanol, et d'éviter les inconvénients men- tionnés. Selon l'invention l'objet est atteint en ce que le gaz naturel à faire réagir et le gaz de détente pressurisé sont conduits en vue du prélèvement de chaleur, par une section des refroidisseurs intermédiaires et du refroidisseur final de la compression du gaz de synthèse. Afin d'améliorer davantage la récupération d'énergie le gaz de détente chauffé à une température supé- rieure à 1500C est conduit à une turbine de détente avant d'âtre mis en jeu à basse pression pour le chauffage dans le four de craquage. Les avantages obtenus-par l'invention con- sistent plus particulièrement en ce que les refroidisseurs intermédiaires et le refroidisseur final du com- presseur de gaz de synthèse sont parcourus en permanence par un agent de refroidissement et qu'en même temps la chaleur de compression est récupérée à un niveau élevé. Pour les refroidisseurs intermédiaires l'agent de refroi- dissement est le gaz naturel et le gaz de détente, qui sont disponibles respectivement sous des pression d'environ 30 à 40 bars et d'environ 50 à 100 bars. Le refroidisseur final est également parcouru par le gaz de détente. Les deux gaz parcourent en permanence les refroidisseurs intermédiaires, mémé en cas de manque d'eau de refroidis- sement, de sorte que dans les étages successifs du com- presseur de gaz de synthèse il ne risque pas de se produi- re un surchauffage par manque d'agent de refroidissement. Lés paliers et les arbres du compresseur du gaz de synthè- se restent toujours dans la plage de températures de ser- vice. Le pré-réchauffeur de gaz naturel en tant que refroi- disseur intermédiaire du compresseur et le réchauffeur de gaz de détente en tant que refroidisseur intermédiaire ou refroidisseur complémentaire du compresseur présentent du côté gaz et du côté enveloppe à peu près les mêmes pressions de service, d'une part une pression moyenne d'environ 10 à 30 bars et d'autre part une pression élevée de 50 à 150 bars. De ce fait, en service, les tubes des échangeurs de chaleur sont presque sans pression. Le pré- chauffage de la quantité de gaz naturel en vue du chauffa- ge et de la préparation du gaz produit permet une réduc- tion importante de la surface de l'échangeur thermique du pré-réchauffeur d'air dans le conduit de fumées du four de craquage, cela parce que les températures des fumées sont plus favorables. Du fait qu'il ne se forme de condensat par franchissement du point de rosée pour le gaz de synthèse, il n'est pas nécessaire d'utiliser des matériaux à base d'alliages spéciaux. Le procédé est illustré par l'exemple sui- vant en liaison avec le dessin annexé qui représente schématiquement un mode de réalisation préféré. On voit sur ce dessin le conduit de fumées du four de craquage, le compresseur de gaz de synthèse avec le compresseur de recyclage et l'installation pour la synthèse du méthanol. Le gaz naturel amené par la conduite 1 de l'installation générale est réchauffé de la température d'environ 40 C à environ 1401C dans le re- froidisseur intermédiaire 2 du premier groupe d'étages 3 du compresseur de gaz de synthèse 4 et passe ensuite dans le réchauffeur de gaz naturel 5 installé dans le conduit de fumées 6, d'o il est divisé en une fraction de gaz de chauffage et une fraction de gaz-produit à soumettre à 1 'onération de craquaae. En chauffant le gaz naturel, le gaz de synthèse du premier groupe d'étages subit un refroidisse- ment le ramenant en sortie à environ 1250C. Son refroi- dissement ultérieur à environ 400C a lieu dans le re- froidisseur à eau 7. Après séparation du condensat dans le séparateur 8 le gaz de synthèse comprimé à environ 41 bars entre dans le dernier groupe d'étages 9 du com- presseur de gaz de synthèse o il est comprimé à environ bars. Sa température à la sortie du compresseur est d'environ 1730C. L'enthalpie du gaz de synthèse est assez élevée pour chauffer d'environ 40 à environ 1651C, dans le refroidisseur complémentaire 11, le gaz de détente de la conduite 10 qui vient de l'installation de synthèse du méthanol. Le gaz de détente réchauffé peut être soit brûlé directement, soit, s'il est en quantité suffisante, brûlé après avoir été détendu dans une turbine de détente à une surpression d'environ 2 à 5 bars pour exploiter l'énergie motrice. Le gaz de synthèse comprimé à environ bars arrive, à une température d'environ 1360C, dans le refroidisseur à eau 12 o il est refroidi à environ 401C. De là il passe par la conduite 13 dans le cycle de synthèse du méthanol comprenant le compresseur de re- cyclage 14, le rechauffeur 15, le réacteur de synthèse 16, la chaudière de récupération 17, le refroidisseur final 18 et le séparateur 19. Du séparateur l9 on prélève à la partie inférieure du produit liquide, c'està-dire le méthanol; le gaz de recyclage qui n'a pas réagi et n'a pas été transformé sort à la partie supérieure et est recon- duit vers le compresseur de recyclage. En vue de mainte- nir dans le cycle une teneur optimale en gaz inerte on enlève par la conduite 10 une certaine quantité de gaz de recyclage sous la forme de gaz de détente. La quantité de gaz de recyclage restante est envoyée dans le gaz de synthèse comme décrit ci-dessus. REVENDICATIONS 1.- Procédé de synthèse catalytique du méthanol & partir d'un gaz brut contenant pour l'essentiel C0, C02 et H2 et provenant d'une installation de craquage catalytique de gaz naturel, dans lequel on comprime le gaz brut en plusieurs étapes jusqu'à la pression de syn- thèse de 50 à 150 bars et on prélève du cycle de synthèse une quantité de gaz de détente en vue de maintenir dans le cycle une teneur donnée en gaz inerte,procedé caractérisé en ce que le gaz naturel à faire réagir et le gaz de dé- tente pressurisé sont conduits, en vue du prélèvement de chaleur, par une section des refroidisseurs intermédiaires et du refroidisseur complémentaire de la compression (4) du gaz de synthèse. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz de détente chauffé à une température supérieure à 1501C est conduit à une turbine de détente avant d'être mis en jeu à basse pression pour le chauffage dans le four de craquage.