Brevet FR2838121A1 — publié le 20031010

totale. - 1 La présente invention se rapporte à un procédé et à un appareil pour la conversion des gaz naturels en hydrocarbures contenant au moins deux atomes de carbone, tels que l'éthylène. Actuellement, les gaz naturels servent majoritairement, d'une part à produire de S l'énergie thermique et, d'autre part, à fabriquer différents gaz de synthèse qui sont des mélanges d'hydrogène et de monoxyde de carbone ou d'azote. Les procédés connus de conversion directe des gaz naturels et notamment du méthane qu'ils contiennent en hydrocarbures contenant au moins deux atomes de carbone tels que l'éthylène présentent différents inconvénients et en particulier des sélectivités et des rendements médiocres en alcènes ou des coûts énergétiques élevés. L'invention a justement pour objet de résoudre les difficultés et inconvénients des différents procédés de conversion actuellement connus. Ce but est atteint dans l'invention en prévoyant - d'utiliser en tant que réactifs un premier gaz contenant un mélange de méthane et 1S d'hydrogène extrait des produits de transformation et recyclé après préchauffage à une température supérieure à 580 C, un deuxième gaz constitué d'oxygène préchauffé à une température supérieure à 580 C, un troisième gaz contenant un mélange du gaz naturel à convertir et de vapeur d'eau, - de faire tout d'abord circuler ces différents gaz sans les mélanger dans trois conduits séparés, - à un premier niveau donné de circulation, d'introduire le premier et le deuxième gaz à courants croisés dans une première chambre de sorte à les mélanger et à les faire réagir, - à un deuxi ème nive au donné de circulati on, d' intro duire les effluents de la première chambre et le troisième gaz à courants croisés dans une deuxième chambre contiguë à la première de sorte à les mélanger et à les faire réagir, - puis, après avoir laissé la réaction des effluents de la deuxième chambre se poursuivre dans une troisième chambre contiguë à la deuxième, d'effectuer à un troisième niveau donné de cTrculation une trempe du mélange réactionnel en y ajoutant un fluide tel que de l'huile ou de l'eau liquide, - de fractionner les effluents trempés, de recycler le méthane et tout ou partie de l'hydrogène afin de constituer ledit premier gaz et de récupérer les produits de transformation. Un débitvolume de premier gaz supérieur à deux fois et de préférence trois fois le débit-volume de deuxième gaz est conseillé. En ce qui concerne le troisième gaz, il est recommandé de le constituer à partir de gaz naturel à la température ambiante et de vapeur d'eau d'un réscau basse pression. Un - 2 débit-volume de vapeur d'eau supérieur à quake fois et de préférence six fois le débit volume de gaz naturel est également conseillé. Enfin un débit-volume de gaz naturel égal ou supérieur au débit-volume d'oxygène est recommandé. Les réactions seront conduites avantageusement à la pression atmosphérique ou à une pression un peu supérieure nécessaire pour vaincre les pertes de charge en aval du réacteur. Comme on l'a déjà indiqué, l'invention se rapporte également à un appareil pour la mise en _uvre du procédé que l'on vient de présenter. Cet appareil comprend - un premier conduit à faces planes pour l'alimentation en ledit premier gaz préchauffé, - un deuxTème conduit à fac es p lanes p our l' alimentati on en l edit deuxi ème gaz préchanffé, - un troisième conduit à faces planes pour l'alimentation en ledit troisième gaz, - une première chambre de mélange-réaction dans laquelle débouchent lesdits premier et deuxième conduits par deux ouvertures adjacentes, de sorte à se faire croiser les courants des premier et deuxième gaz, - une deuxième chambre de mélange-réaction contiguë à la première charnbre par l'ouverture opposoe à l'ouverture du deuxième conduit, dans laquelle débouchent les effluents de la première chambre d'une part, et ledit troisième gaz issu du troisième conduit par l'ouverture parallèle et opposce à celle de la première chambre, de sorte à se faire croiser les courants des effluents de ladite première chambre et dudit troisième gaz, - une troisième chambre contiguë à la deuxième charnbre et alimentée par les effluents de ladite deuxième chambre, dans laquelle la réaction de conversion se poursuit, - une quatrième chambre contiguë à la troisième chambre et alimentée par les effluents de ladite troisième chambre, en amont de laquelle est introduit un fluide de trempe tel que de la vapeur d'eau, de l'huile ou de l'eau liquide et en aval de laquelle on récupère les produits de transformation. Les objets, caractéristiques et avantages de l'invention appara^tront plus clairement de la description qui va suivre faite en référence aux dessins d'accompagnement dans lesquels - la figure 1 représente une coupe de l'appareil selon la ligne aa de la figure 2, - la figure 2 représente une vue de droite de l'appareil. La nomenclature utilisée dans les figures 1 et 2 est définie dans le tableau 1. - 3 Tableau 1 - Nomenclature des figures Conduits Longueur Ouverture Angle dièdre 1 L 11 al 2 L 12 a2 3 L 13 â3 Chambres Longueur Largeur Hauteur L 11 12 6 L 13 k 7 L 17 h7 Si l'on se reporte à ces figures, on voit que l'appareil comporte - un conduit (1) d'alimentation en ledit premier gaz, à faces planes (A) et (B) formant un angle dièdre convergent a, d'ouverture de largeur 1 et de longueur L, - un conduit (2) d'alimentation en ledit deuxième gaz, à faces planes (C) et (D) formant un angle dièdre convergent a2, d'ouverture de largeur 12 et de longueur L, - un conduit (3) d'alimentation en ledit troisième gaz, à faces planes (E) et (F) formant un angle dièdre convergent a3, d'ouverture de largeur 13 et de longueur L, - de s conduits (4) d' alimentation en fluide de tremp e, une chambre (5) parallélépipédique de longueur L, de largeur 1 et de hauteur 12, dans laquelle débouchent par la gauche le conduit (2) et par le bas le conduit (1), - une chambre (6) parallélépipédique de longueur L, de largeur 13 et de hauteur 12, contiguë à la chambre (5) et dans laquelle débouche par le haut le conduit (3), - une chambre (7) parallélépipédique à faces planes (G), (H) et (A) de longueur L, de largeur 17 et de hauteur h7, contiguë à la chambre (6) et en aval de laquelle débouchent les injecteurs (4) de fluide de trempe, - une chambre (8) de trempe du mélange réactionnel, contiguë à la chambre (7). On peut maintenant préciser certaines caractéristiques du procédé et de l'appareil selon l'invention: - un angle dièdre a égal ou inférieur à 90 est conseillé, - un angle dièdre a2 égal ou inféneur à 90 est conseillé, - un angle dièdre a3 égal ou inférieur à 90 est conseillé, - un temps de séjour moyen des gaz dans la chambre (5) compris entre 10-6 et 104 s, et de prétérence inférieur à 10-5 S. est recommandé, - un temps de séjour moyen des gaz dans la chambre (6) compris entre 10-6 et 10-4 S. et de préférence inférieur à 10-5 s, est recommandé, - un temps de séjour moyen des gaz dans la chambre (7) compris entre 10-5 et 10-3 s, et de préLérence inférieur à 10-4 S. est recommandé. De façon à éclairer au mieux les conditions d'application de l'invention, on va maintenant présenter un exemple opératoire. EXEMPLE On a construit un réacteur en acier inoxydable caractérisé par les données géométriques suivantes (cf. fig. 1 et 2): L = 10 mm a = 90 a3 = 90 a2 = 0 l=12=0,6mm 13=2mm 17 = h7 = 10 mm On alimente le conduit (1) par un débit de 17.10-3 mol.si d'hydrogène préchauffé à 700 C, le conduit (2) par un débit de 5,6.10-3 mol.si d'oxygène préchauffé à 700 C, le conduit (3) par un débit de 7,5.10-3 mol.s' de gaz naturel algérien à la température ambiante et 45.10-3 mol.s de vapeur d'eau à 150 C. La trempe du mélange réactionnel est effectuée par de la vapeur d'eau à 150 C. La réaction est conduite à une pression proche de la pression atmosphérique. Les temps de séjour moyens des gaz dans les chambres (5) et (6) sont de l'ordre de quelques microsecondes. Le mélange gazeux récupéré après la trempe contient les corps suivants: H2, CH4, C2H4, C2H6, C2H2, C3H6, CO, CO2. REVENDICATIONS 1. Procédé de conversion de gaz naturels, destiné à la fabrication de produits de transformation tels que de l'éthylène caractérisé en ce que on utilise en tant que réactifs un premier gaz contenant un mélange de méthane et d'hydrogène extrait des produits de transformation et recyclé après préchauffage à une température supérieure à 580 C, un deuxième gaz constitué d'oxygène préchauffé à une température supérieure à 580 C, un troisième gaz contenant un mélange du gaz naturel à convertir et de vapeur d'eau, - on fait tout d'abord cTrculer ces différents gaz sans les mélanger dans trois l0 conduits séparés, - à un premier niveau donné de circulation, on introduit le premier et le deuxième gaz à courants croisés dans une première chambre, de sorte à les mélanger et à les faire réagir. - à un deuxième niveau donné de circulation, on introduit les effluents de la première chambre, et le troisième gaz à courants croisés dans une deuxième chambre contiguë à la première, de sorte à les mélanger et à les faire réagir. - puis, après avoir laissé la réaction des effluents de la deuxième chambre se développer dans une troisième chambre contiguë à la deuxième, on effectue une trempe des effluents de la troisième chambre à un troisième niveau donné de circulation, en y ajoutant un fluide tel que de l'eau liquide, - on fractionne les effluents trempés, de manière à recycler le méthane et l'hydrogène constituant ledit premier gaz, et à récupérer les produits de transformation. 2. Appareil pour la mise en _uvre du procédé selon la revendication l, du type comprenant - un conduit (l) à face planes pour l'alimentation en ledit premier gaz, - un conduit (2) à faces planes pour l'alimentation en ledit deuxième gaz, - un conduit (3) à faces planes pour l'alimentation en ledit troisième gaz, - des injecteurs (4) de fluide de trempe, - une chambre (5) dans laquelle débouchent les conduits (l) et (2) par deux ouvertures adjacentes, - une chambre (6) contiguë à la chambre (5) et dans laquelle débouchent les effluents de la chambre (5) et ledit troisième gaz, - une chambre (7) contiguë à la chambre (6), et alimentée par les effluents de la chambre (6), - une chambre (8) contiguë à la chambre (7), alimentée par les effluents de la chambre (7) et par le fluide de trempe issu des injecteurs (4), et à la sortie de laquelle on récupère les effluents pour les fractionner, de manière à recycler le - 6 méthane et l'hydrogène constituant le premier gaz et à obtenir les produits de transformation. 3. Procédé et appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le temps de séjour moyen des gaz dans la chambre (5) est compris entre 10-6 et 10-4 S et de préférence inférieur à 10-5 s. 4. Procédé et appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le temps de séj our moyen des gaz dans la chambre (6) est compris entre 10-6 et 10-4 S et de préLérence inférieur à 10-5 s. 5. Procédé et appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le temps de séjour moyen des gaz dans la chambre (7) est