Brevet FR2493308A1 — publié le 19820507

"Installation intégrée pour la synthèse du méthanol à partir de la houille gazéifiée." La présente invention concerne une installation intégrée pour la synthèse du méthanol à partir de la houille gazéifiée, en particulier en utilisant l'énergie nucléaire. Le méthanol est en voie de prendre une grande importance aussi bien directement comme carburant pour moteur, que comme produit intermédiaire pour la fabrication de l'essence à par- tir du charbon. Des procédés de gazéification de la houille créant ce qu'on appelle un "gaz de synthèse" offrent une pos- sibilité de préparation du méthanol. Un tel gaz de synthèse est constitué en grande partie par de l'hydrogène et de l'oxy- de de carbone et contient également de faibles quantités de gaz carbonique. On peut préparer le gaz de synthèse en faisant réagir le méthane, obtenu dans un appareil de gazéification hydrogénante de la houille, avec la vapeur d'eau dans un four de dissociation du méthane en chauffant à très haute tempéra- ture. Dans la demande de brevet allemande à l'inspection publi- que NO 28 37 988.6 est décrite une installation pour la fabri- cation du gaz de synthèse à partir de la houille, en particu- lier en utilisant l'énergie nucléaire. Dans la revue allemande "Kerntechnik" (1975) NI 4, dans les pages 181 à 187 on traite de la gazéification de la houille en utilisant la chaleur provenant des réacteurs nucléaires à haute température etc. Dans le livre "Chemierohstoffe aus Kohle" de JUrgen Falbe, 1977, Editions Georg-Thieme, Stuttgart, pages 300 à 322 on fait mention des procédés actuels de prépa- ration du méthanol à partir du gaz de synthèse. D'après la fi- gure 157 sur la page 306, on peut voir qu'une grande partie de l'hydrogène sortant du séparateur de méthanol doit être prati- quement recyclée vers le poste de synthèse du méthanol au moyen d'un dispositif de recyclage des gaz et d'un compres- seur de recyclage. Egalement, dans la gazéification hydrogé- nante de la houille déjà mentionnée ci-dessus il faut un ex- cès d'hydrogène afin que là également un fort courant d'hydro- gène soit pratiquement recyclé. Les deux recyclages de l'hy- drogène nécessitent une dépense considérable de canalisations et de compresseurs. L'objet de la présente invention est une installation pour la préparation du méthanol à partir de la houille gazéi- fiée, dans laquelle les dépenses mentionnées ci-dessus pour les recyclages de l'hydrogène sont considérablement réduites. Pour réaliser cet objet l'auteur de la présente invention propose une installation comportant un appareil de gazéifica- tion hydrogénante de la houille, un four de dissociation du méthane, ainsi que les échangeurs de chaleur et les compres- seurs usuels, qui est caractérisée par le fait que (a) le poste de synthèse du méthanol est alimenté avec un courant de gaz de synthèse sortant du four de dissociation du méthane, et avec un courant de gaz contenant du méthane sortant de l'appa- reil de gazéification hydrogénante de la bouille, (b) le mé- lange des divers gaz sortant du poste de synthèse du méthanol est, après condensation et séparation du méthanol, séparé dans un dispositif de séparation des gaz à basse température; (c) le courant de méthane sortant du dispositif de séparation des gaz à basse température est envoyé vers le four de dissocia- tion du méthane; (d) le courant d'hydrogène sortant du dispo- sitif de séparation des gaz à basse température est envoyé vers l'appareil de gazéification hydrogénante de la houille, (e) le courant d'oxyde de carbone sortant du dispositif de sé- paration des gaz à basse température, est envoyé vers le poste de synthèse du méthanol. Grâce à cette intégration du poste de synthèse du méthanol dans l'installation de gazéification de la houille, le courant d'hydrogène recyclé en totalité est particulièrement petit de sorte que les canalisations et les compresseurs qui s'y rapportent peuvent être montés avec une dépense notablement plus faible. La houille mise en oeuvre est gazéifiée et hydrogénée avec de l'hydrogène et le gaz brut sortant, après le refroidissement et/separation du gaz carbo- nique et de l'hydrogène sulfuré, est mélangé avec le gaz de synthèse sortant du four de dissociation du méthane. Ce mélange est envoyé vers le poste de synthèse du méthanol et est transformé en méthanol jusqu'à plus de 90 % en un seul passage. Le mélange gazeux restant, après condensation et séparation du méthanol, avec une grande partie de l'hydrogène, une partie du méthane et une faible partie d'oxyde de carbone n'ayant pas réagi, est scindé en ces trois fractions dans le dispositif de séparation des gaz à basse température. Le cou- rant de méthane est envoyé vers le four de dissociation avec la vapeur d'eau, le courant d'hydrogène est envoyé vers le dispositif de gazéification hydrogénante de la houille et le courant d'oxyde de carbone est envoyé vers le poste de synthè- se du méthanol. La chaleur nécessaire à la dissociation du méthane peut être obtenue soit à partir d'un réacteur nucléai- re soit à partir du coke résiduaire sortant du dispositif de gazéification hydrogénante. Avec l'installation proposée, à l'entrée dans le poste de synthèse du méthanol, on obtient un rapport très élevé de l'hydrogène à l'oxyde de carbone, de sor- te qu'il s'y forme une très grande quantité de méthanol déjà après un seul passage. Tandis que dans le livre de Falbe, mentionné plus haut, on donne à la page 305 un rapport H2/CO d'environ 3,5, la présente installation peut être conduite avec un rapport égal à 5 ou supérieur. Egalement, le dispositif de séparation des gaz à basse température, nécessaire pour une installation de gazéification hydrogénante de la houille, est particulièrement petit du fait de l'intégration proposée du poste de synthèse du méthanol. Dans le poste de synthèse du méthanol classique il n'est pas prévu de dispositif de sépara- tion des gaz à basse température, de sorte que l'azote qui s'accumule dans le circuit doit être éliminé après séparation du méthanol. Ceci entraîne une perte inévitable en hydrogène et en oxyde de carbone qui, à cause de la quantité d'azote, ne peuvent plus être utilisés dans l'installation mais seulement brûlés. La figure unique montre un montage schématique d'une réalisation de l'installation. En outre, les-diverses parties de l'installation sont désignées comme d'habitude par des chiffres, tandis que les lettres renvoient au tableau 1 ci- joint dans lequel sont indiquées les compositions et l'état des gaz vers les divers points. Le tableau 2 contient les données concernant la houille qui est à la base des calculs et celles relatives au coke résiduaire formé à partir de cette houille. Le tableau 3 contient les données essentielles de l'installation. Dans l'appareil 1 de gazéification hydrogénante de la houille, la houille selon tableau 2 est gazéifiée, et le coke résiduaire en est enlevé. Le gaz qui sort chauffe en 2 le gaz qui entre, est ensuite refroidi en 3, débarrassé de la poussière avec de l'eau en 4 et débarrassé du gaz carbonique et de l'hydrogène sulfuré en 5. Dans le four 6 de dissocia- tion un mélange de méthane, de vapeur d'eau et de gaz carbo- nique est dissocié en gaz de synthèse, refroidi en 7 et 8, débarrassé du gaz carbonique en 9 et comprimé avec le com- presseur 10. Les courants gazeux sortant en 5 et en 10 sont mélangés et envoyés vers le poste 11 de synthèse de méthanol. Le mélange gazeux et le méthanol sortant là sont refroidis en 12 et séparés en 13. Le mélange gazeux largement débarrassé du méthanol est scindé dans un dispositif 14 de séparation des gaz à basse température. L'oxyde de carbone est comprimé avec le compresseur 15 et envoyé vers le poste 11 de synthèse du méthanol. L'hydrogène est comprimé avec le compresseur 16 et envoyé vers l'appareil 1 de gazéification hydrogénante de la houille en passant par l'échangeur de chaleur 2, tandis que le méthane est comprimé avec le compresseur 17 et est envoyé vers le four 6 de dissociation. L'azote qui se forme en plus en 14 n'est plus utilisé dans l'installation. Le gaz carbonique qui se forme en 9 peut être au moins en partie com- primé avec le compresseur 18 et être envoyé vers le four 6 de dissociation. Le four 6 de dissociation peut être chauffé par le circuit de refroidissement par l'hélium d'un réacteur nu- cléaire 25 à haute température. Dans le cas o l'hélium sor- tant du four 6 de dissociation sert pour la fabrication de la vapeur en 19, d'o cette vapeur est détendue tout d'abord dans une turbine à vapeur 20 et est utilisée pour fabriquer du courant puis est encore détendue en partie dans la même turbine et envoyée en partie vers le four 6 de dissociation. Le circuit de vapeur comporte en outre un réfrigérant 22 et une pompe d'alimentation 23, tandis que le circuit de l'hé- lium comporte encore un canpresseur 24. TABLEAU 1 Composition et état des aaz Composition des gaz en Endroit H2 CO CO2 CH4 C2H6 H2S mN3/s Pression N2 H20 A 173,3 B 173,3 C 261,5 D 261,5 E - F 278,3 G - H 173,3 I 434,7 K 278,3 L - M - N - O - P - Q 8,2 8,2 67,8 67,8 ,7 13,9 81,7 ,7 0,7 96, 9 96, 9 82,2 14, 6 0,7 ,7 ,7 58,1 58,1 133,8 ,7 133,8 133,8 2,3 2,3 2, 3 2,3 2,3 2,3 0,8 w 1,1 1, 1 1, 1 1, 1 1,1 1,1 Ili 1, 1, Il - - 0,8 - - 82,2 133,8 2,3 ,2 0,9 371,8 1,3 0,9 2,1 0, 1 3,3 2,8 0, 5 - 0,1 272, 2 261,5 856, 0 388, 6 ,7 278, 3 136, 1 267,2 655,8 421, 3 1,1 , 2 , 0 ,1 1,5 1,5 73,5 1,7 1,5 1,7 1,7 1,7 - 468,0 686,3 45 Total bar Temp. oC en Mx a- %O w c, Co aU TABLEAU 2 Charbon flambant à gaz C H ,3 4,6 o 6,5 N 1,5 S H20 1,1 6,7 4,3 % Coke résiduaire 0,97 0,51 0,76 0,41 - 10,96 % TABLEAU 3 Données principales de l'installation Réacteur nucléaire Puissance thermique Température de sortie de l'hélium (noyau) Température de sortie de l'hélium (four de dissociation) Température de l'entrée de l'hélium (noyau) Production de courant brute Besoin en courant de toute l'installation Vente de courant à l'extérieur 3000 MW 900 C 7000C 2500C 602,8 MW 530,8 MW 72 MW Gazéification du charbon Quantité de charbon (H* = 29977 KJ/kg) 415, 7 t/h o Production dî coke résiduaire (He = 26052 KJ/kg) 163,1 t/h Gaz de synthèse (H2/CO = 2,06) 837. 10 mn /h (ayant réagi dans la synthèse du méthaol) (ayant réagi dans la synthèse du méthahol) Production de méthanol Valeur calorifique brute 391,0 t/h Cendres 86,39 REVENDICATION Installation pour la préparation du méthanol à par- tir de la houille gazéifiée comportant un appareil de gazéi- fication hydrogénante de la houille, un four de dissociation du méthane, un poste de synthèse du méthanol ainsi que les échangeurs de chaleur et lés compresseurs usuels, caractéri- sée par le fait que.: a) le poste (11) de synthèse du méthanol est alimenté avec un courant de gaz de synthèse sortant du four (6) de dissociation du méthane et avec un courant de gaz contenant du méthane sortant de l'appareil (1) de gazéification hydro- génante de la houille; b) le mélange des divers gaz sortant du poste (11) de synthèse du méthanol est séparé après condensation et sépara- tion du méthanol dans un dispositif (14) de séparation des gaz à basse température; c) le courant de méthane sortant du dispositif (14) de séparation des gaz à basse température est envoyé vers le four (6) de dissociation du méthane; d) le courant d'hydrogène sortant du dispositif (14) de séparation des gaz à basse température est envoyé vers l'ap- pareil (1) de gazéification hydrogénante de la houille; e) le courant d'oxyde de carbone sortant du dispositif (14) de séparation des gaz à basse température est envoyé vers le poste (11) de synthèse du méthanol.