Brevet FR2507169A1 — publié le 19821210

l 2507169 La présente invention concerne un procédé de craquage catalytique du gaz naturel dans le but de pro- duire un gaz de synthèse pour la préparation du méthanol. Le gaz naturel constitue aujourd'hui une matière première importante pour la préparation de gaz de synthèse. D'après la formule chimique du méthanol, c'est-à-dire CH 3 OH, il faut, pour en faire la synthèse, H 2, CO et CO 2 Le gaz de synthèse a la composition stoechiomé- trique exacte lorsque la condition suivante est remplie: H 2 Co 2 à__= 2 CO + Co 2 Théoriquement la teneur en CO 2 pourrait éga- lement être nulle, auquel cas on aurait H 2 ___ = 2. Co Alors que dans les hydrocarbures tels que le naphte (essence lourde) le rapport H/C est égal à 2 on obtient, dans le craquage catalytique du gaz naturel, qui a une haute teneur en CH 4, un gaz dont la composition cor- respond à une valeur du rapport: H 2 Co 2 CO + Ca 2 pouvant s'élever à 3, ce qui revient à dire qu'il y a trop d'hydrogène pour la synthèse du méthanol L'un des moyens auquel on peut avoir recours pour remédier à cette situation défavorable consiste à faire sortir de temps en temps une importante partie du gaz du circuit de la synthèse du métha- nol Ce n'est qu'ainsi qu'on peut s'opposer à l'enrichisse- ment progressif en hydrogène du gaz recyclé Le gaz détendu que l'on retire du circuit de la synthèse du méthanol est utilisé comme gaz de chauffage pour le craquage catalytique dans le four de reformage à la vapeur, comme décrit dans le brevet CA 786 393 ou comme représenté sur la figure 2 à la page 30 de Chemical Economy and Engineering Review, Septem- bre 1971, Tome 3, numéro 9 (numéro 41) Cette façon d'en- tretenir le fonctionnement de la synthèse du méthanol a cer- tes l'avantage de la simplicité de l'installation de produc- tion de gaz mais elle a l'inconvénient de produire trop d'hy- drogène, lequel doit en outre être conduit à travers la tota- lité de l'installation pour être ensuite détendu presque à la pression atmosphérique afin de pouvoir être brûlé ultérieure- ment comme gaz de chfauffage dans le four de reformage. Selon un autre procédé connu qui est décrit dans Chemical Economy and Engineering Review, Septembre 1971, Tome 3, numéro 9 (numéro 41), page 21, on réalise le réglage optimal du rapport H/C pour la synthèse du méthanol en effec- tuant une conversion parallèle du CO: plus précisément, une partie du gaz brut provenant du craquage catalytique en une seule étape, gaz brut qui contient du CO et qui est riche en H 2, est traitée dans une étape à générateur de CO dans laquel- le le monoxyde de carbone est converti en CO 2 et H 2 Puis, dans une étape d'absorption ultérieure de dioxyde de carbone, H 2 est séparé de C 02 L'hydrogène peut être utilisé d'un au- tre côté tandis que CO 2 est envoyé dans le courant de gaz prin- cipal pour ajuster le rapport H/C optimal. Les procédés connus donnent naissance, lors du craquage catalytique, à une trop grande quantité d'hydrogène, lequel constitue une charge inutile La construction d'ins- tallations d'une taille augmentée en proportion de cet hydro- gène-charge conduit en outre, pour les grandes installations, aux limites des possibilités techniques de réalisation Les consommations de gaz naturels et d'énergie par unité de métha- nol sont excessives. Une autre possibilité pour améliorer le rapport H 2/CO défavorable dans le craquage catalytique du CH 4 consiste à ajouter directement du CO 2 dans le courant du gaz de synthè- se C'est ainsi qu'il est connu (voir Petroleum & Petrochemical, Août 1973, Tome 13, numéro 8, page 74, figure 2) de prélever du CO 2 sur le gaz de fumée de l'installation de craquage, au moyen d'un lavage chimique, de comprimer ce CO 2 et de l'ajouter au gaz de synthèse Isoler CO 2 du gaz de fumée, qui n'est pas sous pression, est une opération coûteuse tant du point de vue énergétique que du point de vue des investissements. Il fallait donc trouver un moyen pour éviter les inconvénients des procédés connus: c'est en ces termes que pouvait s'énoncer le problème technique résolu par la présente invention. L'invention a en effet pour objet un procédé pour la production d'un gaz de synthèse destiné à la prépara- tion du méthanol, par craquage catalytique du gaz naturel sous pression et à température élevée, procédé caractérisé en ce qu'on effectue le craquage du gaz naturel en deux étapes, plus précisément, dans la première étape, on effectue le cra- quage sous une pression de 35 à 55 bar et à une température de 650 à 800 'C jusqu'à une teneur résiduelle en CH 4 de 13 à % et, dans la seconde étape, on effectue le craquage rési- duel par addition d'oxygène à une température de 900 à 1200 'C, de manière connue. L'avantage technique du procédé conforme à l'in- vention réside dans le fait que le rapport H/C optimal pour la Synthèse du méthanol est ajusté déjà dans l'installation de craquage catalytique Il ne se forme pas d'"hydrogène-charge". On évite ainsi une dépense excessive d'énergie pour la compres- sion de cet hydrogène-charge et on abaisse beaucoup la consom- mation de gaz naturel. En outre toutes les parties de l'installation ne sont dimensionnées, en volume, que pour le débit gazeux réellement nécessaire. Voici un exemple numérique qui illustre le pro- cédé de l'invention. Quantité de gaz naturel à craquer: 181 285 Nm 3/h Analyse du gaz naturel: CH 4 98 % N 2 2 % Pression: 51,8 bar Température: 92 OC. Débit volumique à l'entrée du reformeur Analyse: Pression: Température: primaire: 607 666 Nm 3/h CH 4 29,24 % N 2 0,60 % H 20 O 70,16 % bar 510 C. Débit volumique à la sortie du reformeur Analyse: Pression: Température: primaire: 730 726 Nm 3/h C 00 2,78 % 002 6,51 % H 2 30,90 % CH 4 15,02 % N 2 0,50 % 1120 44,29 % 42 bar 720 C. Débit volumique à l'entrée du reformeur secondaire: Gaz, camme à la sortie du refor- mneur primaire. Oxygène: 67 539 Nm 3/h Pureté: 99,5 % Pression: Température: 41,5 bar C Débit volumique à la sortie du reformeur gaz de synthèse produit: Analyse: Pression: Température: secondaire, c'est-à-dire 927 590 Nm 3/h Co 12,06 % 2 6,10 % H 2 43,48 % CH 4 0,85 % N 2 0,42 % H 20 37,09 % ,5 bar 1000 C. Pour le gaz de synthèse sec on obtient par le calcul la ccuposition suivante: CO 19,17 % Co 2 9,70 % H 2 69,11 % CH 4 1,35 % N 2 0,67 % On obtient donc le rapport suivant H 2 C 02 à = 2,06. CO + Co 2 La valeur ainsi obtenue est une valeur calcu- lée qui peut être abaissée à 2,0 lorsque les valeurs d'exploi- tation relatives à la matière première, à la pression et à la température subissent de légers écarts. Dans le procédé de l'invention on n'a pas a prendre les mesures connues, coûteuses, pour ajuster le rap- port H 2/CO nécessaire. 2507169. R-EVENDICATION Procédé pour produire un gaz de synthèse des- tiné à la synthèse du méthanol, par craquage catalytique du gaz naturel sous une pression supérieure à la pression atmos- phérique et à une température élevée, procédé caractérisé en ce que: a) on effectue le craquage du gaz naturel en deux étapes, cela de la façon suivante: b) on effectue le craquage dans la première étape sous une pression de 35 à 55 bar et à une température de 650 à 8000 C, jusqu'à une teneur résiduelle en CH 4 de 13 à 20 % et c) on effectue le craquage résiduel, dans la seconde étape, par addition d'oxygène, à une température de 900 à 12000 C, de manière connue.