Brevet FR2493331A1 — publié le 19820507

La présente invention se rapporte à un procédé intégré de cokéfaction en lit fluidisé et gazéification. On sait produire des hydrocarbures normalement liquides et des gaz combustibles par des procédés intégrés de cokéfaction en lit fluidisé et gazéification, tels que ceux décrits dans les brevets US 3.661.543, US 3. 702.516 et US 4.055.484. Les brevets US 3.803.023,et US 3.726.791 décrivent des procédés intégrés de cokéfaction et gazéification dans lesquels un gaz riche en hydrogène est produit par gazéifica- tion du coke à la vapeur. Dans le brevet US 3.923.635, on décrit un procédé de gazéification de coke dans un gazéificateur en faisant intervenir de la vapeur, et éventuellement de l'oxygène. Se référer à la colonne 5, lignes 29 et 30. Dans le brevet US 2.527.575, on décrit un procédé faisant intervenir une zone de cokéfaction, une zone de combustion, une zone de gazéification et une zone d'oxydation du gaz. On a maintenant trouvé que l'intégration d'une zone de cokéfaction de fluide. avec deux zones de gazéification séparéeSprocure des avantages qui seront mis en évidence dans la suite de la description. Selon l'invention, il est prévu un procédé intégré de cokéfaction et gazéification qui comprend les étapes - suivantes: (a) faire réagir une matière première carbonique dans une zone de cokéfaction contenant un lit de solides fluidisés maintenu dans des conditions de cokéfaction en lit fluidisésen vue de produire une phase vapeur, contenant des hydrocarbures normalement liquides et du coke, ledit coke se déposant sur lesdits solides fluidisés, (b) introduire une partie desdits solides avec le dépôt de coke qu'ils portent dans une première zone de gazéification à lit fluidisé maintenue dans des conditions de gazéification, (c) faire réagir ladite partie de solides se trouvant dans ladite première zone de gazéification avec un gaz contenant de l'oxygène pour produire un premier courant gazeux et du coke partiellement gazéifié, (d) introduire une partie dudit 2 2493331 coke partiellement gazéifié provenant de la première zone de gazéification dans une seconde zone de gazéification à lit fluidisé qui est maintenue dans des conditions de gazéifica- tion, (e) faire réagir ladite partie de coke partiellement gazéifié dans la seconde zone de gazéification avec un gaz contenant de la vapeur pour produire un second courant gazeux, et (f) recycler une partie dudit coke partiellement gazéifié de la seconde zone de gazéification dans la première zone de gazéification. D'autres avantages et caractéristiques de l'inven- tion seront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin unique annexé qui représente un schéma d'organigramme d'un mode de réalisation de l'invention. En référence à la figure, une matière carbonée ayant un résidu de carbone Conradson d'environ 20 % en poids, tel qu'un résidu lourd ayant un point d'ébullition initial (sous la pression atmosphérique) d'environ 538 C, parvient par l'intermédiaire d'un tuyau 10 dans une zone de cokéfaction 12 dans laquelle est maintenu un lit fluidisé de solides (par exemple des particules de coke ayant des dimensions comprises entre 40 et 1000 microns) présentant un niveau supérieur indiqué en 14. De préférence, la matière brute carbonée est mélangée à de la vapeur pour faciliter la dispersion de ladite matière dans le lit. La vapeur est introduite par l'intermé- diaire d'un tuyau 1l dans le tuyau 10. Des matières brutes carbonées convenant pour être introduites dans la zone de cokéfaction de l'installation selon l'invention comprennent des huiles hydrocarbonées lourdes, du pétrole brut lourd et réduit, des queues de distillation de pétrole sous la pression atmosphérique, des queues de distillation de pétrole sous vide, du brai, de l'asphalte, du bitume et d'autres résidus d'hydrocarbure lourds, des huiles de sable goudronneux, de l'huile schisteuse, des produits liquides dérivés de processus de liquéfaction de charbon, notamment des queues de liquéfac- tion de charbon, du charbon, des boues charbonneuses et des mélanges desdites substances. Typiquement, de telles matières 3 2493321 brutes ont un résidu de carbone Conradson d'au moins 5 % en poids, de préférence supérieur à 10 % en poids (en ce qui concerne le résidu de carbone Conradson, on peut se référer à l'essai ASTM-D-189-65). Un gaz de fluidisation, par exemple de la vapeur, est introduit à la base du réacteur de cokéfaction 1 par l'intermédiaire d'un tuyau 16, en quantité suffisante pour obtenir une vitesse de fluidisation superficielle comprise entre environ 0,1 et 1,5 m/s. Du coke à une température supérieure à une température de cokéfaction, par exemple à une température supérieure d'environ 50 à 4001C à la température de fonctionnement effective de la zone de cokéfaction est introduit dans le réacteur 1 par l'intermé- diaire d'un tuyau 42 en quantité suffisante pour maintenir la température de cokéfaction comprise entre environ 455 et 7601C, de préférence à une température comprise entre environ 482 et 6490C. La pression dans la zone de cokéfac- tion est maintenue dans la gamme comprise entre environ 0 et 10,5 bars, de préférence dans la gamme comprise entre environ 0,35 et 7 bars. La partie inférieure du cokéfacteur sert de zone d'éjection pour enlever les hydrocarbures occlus du coke. Un courant de coke est évacué de cette zone d' éjec- tion par l'intermédiaire d'un tuyau 18 et il est mis en circulation vers le dispositif de chauffage 2. Les produits de conversion passent dans un cyclone 20 de manière à enlever les solides entraînés qui sont renvoyés à la zone de cokéfaction par l'intermédiaire de la canalisation 22. Les vapeurs sortent du cyclone par l'intermédiaire d'un tuyau 24 et elles passent dans un laveur 25 monté sur le cokéfac- teur. Le cas échéant, un courant de matières lourdes condensées dans le laveur peut être recyclé vers le cokéfacteur par l'intermédiaire d'un tuyau 26. Les produits de conversion provenant du cokéfacteur sont évacués du laveur 25 par l'intermédiaire d'un tuyau 28 en vue d'un fractionnement d'une manière conventionnelle. Dans le dispositif de chauffage 2, du coke provenant du réacteur 1 (coke froid) est introduit par l'intermédiaire du tuyau 18 dans un lit fluidisé de coke chaud comportant un niveau supérieur indiqué en 30. Le lit est partiellement chauffé en faisant passer du gaz chaud dans le dispositif de chauffage par l'intermédiaire d'un tuyau 32. De la chaleur supplémentaire est fournie au dispositif de chauf- fage par du coke circulant dans le tuyau 34. Le gaz sortant du dispositif de chauffage, et qui contient des solides entraînés passe dans un cyclone ou bien dans un premier cyclone 36 et un second cyclone 38, o se produit une séparation des grosses particules-de solides entraînés. Ces grosses particules de solides ainsi séparées sont renvoyées au lit du dispositif de chauffage par l'intermé- diaire*des conduits de sortie du cyclone respectif. L'effluent gazeux sortant du dispositif de chauffage et qui contient les solides entraînés est évacué par l'intermédiaire du tuyau 40. - Du coke chaud est enlevé du lit fluidisé du disposi- tif de chauffage 2 et il est recyclé dans le réacteur 1 par l'intermédiaire du tuyau 42 afin de lui fournir de la chaleur. Une autre partie de coke est évacuée du dispositif de chauf- fage 2 et elle est canalisée par l'intermédiaire d'un tuyau 44 Jusqu'à une première zone de gazéification 46 du gazéifi- cateur 3, dans lequel est maintenu un lit de coke fluidisé présentant un niveau Indiqué en 48. Le cas échéant, on peut purger le dispositif de chauffage 2 en évacuant un courant de coke par l'intermédiaire du tuyau 50. La première zone de gazéification est maintenue à une température comprise entre environ 815 et 1 0931C, de préférence entre environ 870 et 9800C, et à une pression comprise entre environ 0 et 10,5 bars, de préférence entre environ 0,7 et 4,2 bars, et plus avantageusement à une pression comprise entre environ 1,75 et 3,15 bars. Un gaz contenant de l'oxygène moléculaire, comme de l'air, ce gaz pouvant être de l'air saturé avec de la vapeur d'eau, de l'oxygène du commerce ou de l'air enrichi avec de l'oxygène, est envoyé dans le gazéificateur 3 par l'intermédiaire du tuyau 56. De préférence le gaz contenant de l'oxygène moléculaire est de l'air saturé avec de la vapeur d'eau. Le gazéificateur 3 fournit de la chaleur au dispositif de 2493Z31 chauffage 2, et par conséquent au réacteur 1, par l'intermé- diaire du gaz chaud passant dans un tuyau 32 et du coke chaud passant dans un tuyau 34. Il fournit également de la chaleur à un ga ificateur 4 par l'intermédiaire du coke chaud passant dans un tuyau 58, en vue d'entretenir la réaction endothermi- que carbone-vapeur. La réaction des particules de coke dans la zone de gazéification avec le gaz contenant de l'oxygène produit un courant gazeux contenant un résidu d'hydrogène et d'oxyde de carbone qui peut être utilisé comme gaz combustible. L4egazéificateur 3 produit à sa sortie du gaz chaud qui peut en outre contenir certains solides entraînés et qui sort en tête du gazéificateur 3 par un tuyau 32 pour être introduit dans le dispositif de chauffage 2 en vue de lui fournir une partie de la chaleur nécessaire, comme précédem- ment décrit. Les gaz qui sortent du dispositif de chauffage par 1' intermédiaire du tuyau 40 ont la composition typique suivante, lorsque de l'air est utilisé dans la zone de gazéi- fication 46. TABLEAU 1 Constituants % molaire, y compris H20 + H2S H2 9,7 CH4 1,6 H20 1o,2 Co 11,7 Co2 11,8 N2 54,2 H2S 0,8 TOTAL 100 Le pouvoir calorifique résultant, sur une base de produit sec, est d'environ 3 165 kJ/m3. Un courant de coke chaud partiellement gazéifié est évacué du gazéificateur 3 et est canalisé par l'intermédiaire d'un tuyau 58 jusque dans une seconde zone de gazéification à lit fluidisé 60 située dans le gazéificateur 4. Un gaz formé de vapeur et qui peut additionnellement comprendre un gaz contenant de l'oxygène moléculaire est introduit dans le gazéificateur 4 par l'intermédiaire d'un tuyau 62. Le gaz contenant de l'oxygène moléculaire peut être de l'air, de l'oxygène du commerce et de l'air enrichi en oxygène. Lorsqu'on désire produire un gaz de synthèse pour fabriquer par exemple de l'hydrogène ou du méthanol, on n'introduit pas dans le gazéificateur 4 de gaz contenant de l'oxygène moléculaire comme de l'air ou de l'oxygène du commerce. En variante, lorsqu'on désire produire un gaz de synthèse pour la fabrication d'ammoniac, on peut introduire dans le gazéificateur 4 à la fois de la vapeur et un gaz contenant de l'oxygène, de préférence de l'air, dans des proportions correctes pour qu'il se produise, dans la réaction ultérieure de dissociation de gaz à l'eau (c'est-à-dire CO + H O___H2 C02) en aval du gazéificateur 4, les proportions correctes d'azote et d'hydrogène pour un gaz destiné à la synthèse de l'ammoniac. La zone de gazéification 60 est maintenue dans une plage de températures appropriées qui est comprise entre environ 815 et 1 0930C, de préférence entre environ 870 et 9820C, et une pression comprise entre environ 0 et 10,5 bars, de préférence entre environ 0,7 et 4,2 bars et plus avanta- geusement entre environ 1,75 et 3,15 bars. La réaction du coke partiellement gazéifié avec de la vapeur en l'absence d'un gaz contenant de l'oxygène moléculaire et en l'absence d'azote moléculaire dans la zone de gazéification 60 produit un gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone et ayant la composition typique suivante: TABLEAU Ii Constituants % molaire, y compris H20 + H2S H2 53,0 CH4 0,1 H20 8,3 CO 26,1 CO2 0,2 M2 0,2 H2S 1,2 Le pouvoir calorifique résultant (sur une base de produit sec) du gaz du tableau II est d'environ 8565 k3/m3. Un courant de coke partiellement gazéifié est évacué de la zone de gazéification 60 et il est canalisé vers la zone de gazéification 46 par l'intermédiaire d'un tuyau 64. Le gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone qui-a été produit dans la zone de gazéification 60 est évacué par l'intermédiaire d'un tuyau 66. Le cas échéant, on peut envoyer l'effluent gazeux sortant du gazéificateur 4 dans des étages classiques de dissociation gaz-eau et de purification qui ont pour fonction de convertir l'oxyde de carbone en hydrogène et en gaz carbonique par réaction avec de la vapeur. Le gaz carboniquepeut alors être évacué par des procédés classiques de manière à produire un courant d'hydrogène essentiellement pur. Bien que, dans le mode de réalisation représenté sur la figure, il soit prévu une zone de chauffage séparée (dispositif de chauffage 2), le procédé selon l'invention peut également être applicable à une installation dans laquelle il n'existe pas de dispositif de chauffage séparé. tel que le dispositif 2.- Lorsque ce dispositif de chauffage est supprimé, un courant de solides chauds provenant de l'une ou bien des deux zones de gazéification est mis en circulation entre celles-ci et le réacteur 1 pour fournir de la chaleur utilisable pour la réaction de cokéfaction. Bien que le procédé ait été décrit pour simplifier en référence à l'utilisation de coke comme solide fluidisé, il va de soi que les particules de lit fluidisé sur lesquel- les le coke est déposé peuvent être constituées par de la silice, de l'alumine, de l'oxyde de zirconium, de la magnésie, de l'oxyde de calcium, de lalundum, de la mullite, de la bauxite et des substances semblables. 8 2493331 REVENDICATIONS 1. Procédé intégré de cokéfaction en lit fluidisé et gazéification, caractérisé en ce qu'il consiste à: (a) faire réagir une matière première carbonique dans une zone de cokéfaction (12) contenant un lit de solides fluidisés maintenu dans des conditions de cokéfaction en lit fluidisé en vue de produire une phase vapeur, contenant des hydrocarbures normalement liquides et du coke, ledit coke se déposant sur lesdits solides fluidisés. (b) introduire ure partie desdits solides avec le dépôt de coke qu'ils portent dans une première zone de gazéi- fication (46) à lit fluidisé maintenue dans des conditions de gazéification, (c) faire réagir ladite partie de solides se trouvant dans ladite première zone de gazéification (46) avec un gaz contenant de l'oxygène pour produire un premier courant gazeux et du coke partiellement gazéifié, (d) introduire une partie dudit coke partiellement gazéifié provenant de la première zone de gazéification (46) dans une seconde zone de gazéification (60) à lit fluidisé qui est maintenue dans des conditions de gazéification, (e) faire réagir ladite partie de coke partiellement gazéifié dans la seconde zone de gazéification avec un gaz contenant de la vapeur pour produire un second courant gazeux, et (f) recycler une partie dudit coke partiellement gazéifié de la seconde zone de gazéification dans la première zone de gazéification. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les phases additionnelles suivantes faire passer une partie desdits solides avec le dépôt de coke résultant de la phase (a) de ladite zone de cokéfaction (12) dans une zone de chauffage (2) opérant à une température supérieure à la température de la zone de cokéfaction en vue de chauffer ladite partie de solides; recycler une première partie de solides chauffés de ladite zone de chauffage vers la zone de cokéfaction (12) et introduire une seconde partie 9 2493331 desdits solides chauffés dans la première zone de gazéification (46) à lit fluide. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie du coke partiellement gazéifié se trouvant dans ladite seconde zone de gazéification (60) est mise en réaction avec un gaz contenant de la vapeur et un gaz contenant de l'oxygène moléculaire. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit gaz contenant de l'oxygène moléculaire est de l'air. 5.Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite partie de gaz partiellement gazéifié se trouvant dans ladite seconde zone de gazéification (60) est mise en réaction avec ledit gaz contenant la vapeur, en l'absence d'addition de gaz contenant de l'oxygène. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce quela première zone de gazéification et la seoonde zone de gazéification sont chacune maintenues à une température comprise entre environ 815 et 1 0931C. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la première zone de gazéification et la seconde zone de gazéification sont maintenues à une température comprise entre environ 870 et 9801C. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdites conditions de cokéfac- tion font intervenir une température comprise entre environ 455 et 7601C. 9.Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites conditions de cokéfaction font intervenir une température comprise entre environ 480 et 6490C. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdites conditions de cokéfac- tion font intervenir une pression comprise entre environ 0 et ,5 bars. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ladite matière brute carbonée présente une teneur en carbone Conradson d'au moins environ 5% 2493331 en poids. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite matière brute carbonée comporte une teneur en carbone Conradson d'au moins environ 10 % en poids. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 12, caractérisé en ce qu'on fait passer dans ladite zone de chauffage (2) le premier courant gazeux produit dans la première zone de gazéification (46). 14. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 13,caractérisé en ce qu'on fait passer dans ladite zone de chauffage (2) une partie des solides provenant de la première zone de gazéification. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 14,caractérisé en ce que ladite matière brute carbonée comprend une huile hydrocarbonée. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 15, caractérisé en ce que ladite matière brute carbonée comprend du charbon.