Brevet FR2898517A1 — publié le 20070921

La présente invention concerne le domaine des réacteurs destinés à effectuer des réactions de vapo-reformage à partir de charge hydrocarbonées en vue de produire un mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone appelé gaz de synthèse. Plus précisément, la présente invention porte sur la technologie des réacteurs mettant en oeuvre des moyens optimisés de contrôle des échanges thermiques pour les réactions endothermiques et plus particulièrement pour les réactions de vapo-réformage. Le vapo-reformage est le procédé majeur de production d'hydrogène ou de gaz de synthèse constitué d'hydrogène et de monoxyde de carbone à partir d'une charge hydrocarbonée et de vapeur d'eau. La charge hydrocarbonée est composée d'hydrocarbures légers tels que le gaz naturel, les gaz de raffinerie, le GPL et les naphtas légers et plus particulièrement le méthane, en mélange avec de la vapeur d'eau. Dans le cas du méthane, la réaction de vapo-réformage mise en oeuvre est la suivante : CH4 + H2O CO + 3H2 La réaction de vapo-réformage est une réaction chimique fortement endothermique (AH 298 = 206 kJ/mol) qui nécessite donc un apport de chaleur extérieur important. État de la technique Les réacteurs mettant en oeuvre les réactions catalytiques endothermiques pour la production d'hydrogène à partir de charge hydrocarbonée sont bien connus dans l'art antérieur. Le document US 4 692 306 décrit un réacteur échangeur de vapo-reformage comportant avec un moyen de chauffage situé au centre d'une zone catalytique annulaire de dimension réduite. Il est clair que ce réacteur est destiné à des unités de petite taille. Cette technologie de réacteur échangeur est donc exclue pour des applications industrielles de grande capacité. Le document US 5 565 009 décrit un réacteur échangeur de vapo-reformage en lit fixe chauffé par des doubles tubes enfouis dans le lit dans lesquels on réalise une combustion. La charge pénètre au niveau de l'extrémité supérieure du réacteur dans le lit catalytique où ' la réaction de vapo-réformage a lieu grâce à la chaleur de la combustion transférée par radiation au milieu réactionnel. Ce réacteur ne permet pas une optimisation des échanges thermiques entre les différents fluides comme le permet la présente invention. Un objectif de l'invention est de pallier aux inconvénients de l'état de la technique et de fournir une technologie nouvelle de réacteur, et plus particulièrement un réacteur présentant une structure interne particulière dans lequel la chaleur nécessaire à la réaction endothermique est apportée, à l'intérieur du réacteur, par une série d'échange de chaleur radiatif et/ou convectif. Description des modes de réalisation L'invention concerne un réacteur échangeur comprenant : - une enceinte - des moyens de distribution d'une charge à travers une zone catalytique en lit fixe, - des moyens de collecte de l'effluent issu de la zone catalytique, - des moyens de chauffage de la zone catalytique, dans lequel lesdits moyens de collecte comportent des conduits traversant la zone catalytique de part en part, et dans lequel les moyens de chauffage de la zone catalytique comportent au moins une zone de combustion située à proximité de la zone catalytique, des moyens d'alimentation de ladite zone de combustion en mélange gazeux oxydant et en combustible gazeux et des moyens d'évacuation de l'effluent gazeux issu de la combustion. Les moyens de distribution de la charge peuvent comporter une plaque tubulaire inférieure 25 perforée dont les perforations sont prolongées par des éléments tubulaires appelés tubes de charge. La zone catalytique peut comporter au moins une zone inerte inférieure située sur ladite plaque tubulaire inférieure. La zone inerte inférieure peut avoir une épaisseur correspondant sensiblement à la longueur desdits tubes de charge. Les conduits collectant l'effluent issu de la zone catalytique peuvent être situés entre une 35 chambre de collecte située en aval de la zone catalytique et des moyens d'évacuation dudit effluent. 30 Les conduits collectant l'effluent issu de la zone catalytique peuvent traverser ladite plaque tubulaire inférieure dans l'espace interne des tubes de charge. Les conduits collectant l'effluent issu de la zone catalytique peuvent être répartis dans la zone catalytique et intercalés entre les moyens de chauffage. Les conduits collectant l'effluent issu de la zone catalytique peuvent comporter sur leur paroi externe des ailettes pour augmenter la surface au contact de la zone catalytique. Les moyens de chauffage peuvent être contenus dans des gaines en partie immergées dans la zone catalytique, les gaines étant ouvertes à l'une de leurs extrémités et fermées à l'autre, l'extrémité ouverte étant fixée à une plaque tubulaire supérieure délimitant la chambre de collecte située au dessus de la zone catalytique. Les gaines peuvent comporter sur leur paroi externe des ailettes pour augmenter la surface au contact de la zone catalytique. Les moyens de chauffage peuvent être constitués par les pièces co-axiales suivantes : un tube d'alimentation en mélange gazeux oxydant, débouchant dans la gaine sensiblement au niveau supérieur de la zone catalytique, un moyen de distribution du combustible dit tube de combustible relié à l'une de ses extrémités au moyen d'alimentation en combustible et situé à l'intérieur du tube d'alimentation en mélange gazeux oxydant et débouchant sensiblement au même niveau. Dans ce cas, les moyens de chauffage peuvent comprendre un tube de re-circulation de l'effluent gazeux issu de la combustion, ouvert à ses deux extrémités, et situé dans la gaine en aval de la zone de combustion. Les moyens de chauffage peuvent également être constitués par les pièces co-axiales suivantes : un tube d'alimentation en mélange gazeux oxydant, débouchant dans la gaine 35 sensiblement au niveau du fond desdites gaines,30 un moyen de distribution du combustible dit tube de combustible relié à l'une de ses extrémités au moyen d'alimentation en combustible, situé à l'intérieur du tube d'alimentation en mélange gazeux oxydant et se prolongeant sensiblement jusqu'au fond des gaines, ledit tube de combustible comprenant au moins une portion de paroi poreuse. Les tubes d'alimentation en mélange gazeux oxydant peuvent être remplis sur toute leur hauteur et jusqu'à l'extrémité supérieure de la zone catalytique, d'un catalyseur d'oxydation. Les moyens de chauffage peuvent également être constitués par : - un tube d'alimentation en mélange gazeux oxydant, débouchant dans la gaine sensiblement au niveau du fond desdites gaines, - un catalyseur d'oxydation à l'intérieur et sur au moins une portion de la hauteur des tubes d'alimentation en mélange gazeux oxydant, au droit de la zone catalytique et disposé en aval du tube de distribution du combustible. Un fluide de refroidissement peut être injecté dans la chambre de collecte de l'effluent issu de la zone catalytique. La plaque tubulaire perforée supérieure peut être constituée en double paroi de façon à permettre la circulation d'un fluide de refroidissement dans l'espace interne. L'invention concerne également un procédé mettant en oeuvre une réaction endothermique 25 réalisée dans une zone catalytique en lit fixe comportant une zone inerte et au moins une zone catalytique active, ledit procédé comprenant les étapes d'échange thermique suivantes a) préchauffage de la charge traversant la zone inerte par des tubes de charge, le préchauffage étant assuré par un échange de chaleur entre le flux de charge hydrocarbonée 30 et l'effluent issu de la zone catalytique circulant à contre courant dans des moyens de collecte traversant la zone catalytique de part en part, b) chauffage de la charge circulant dans la zone catalytique active par échange de chaleur avec des moyens de chauffage immergés dans ladite zone catalytique et par échange de chaleur avec l'effluent issu de la zone catalytique circulant à contre courant à l'intérieur 35 desdits moyens de collecte.20 Les moyens de chauffage peuvent être immergés partiellement dans la zone catalytique pour délimiter une première zone catalytique active de chauffage comportant les deux échanges de chaleur avec les moyens de chauffage immergés dans ladite zone catalytique et avec l'effluent issu de la zone catalytique circulant à contre courant à l'intérieur desdits moyens de collecte, et une deuxième zone catalytique active médiane non traversée par les moyens de chauffage. Description sommaire des figures La figure 1 montre une vue longitudinale en coupe selon l'axe AA' du réacteur échangeur selon l'invention dans sa version de base. La figure 2 montre une vue longitudinale en coupe du réacteur échangeur selon l'invention dans une variante où l'injection du combustible est répartie sur toute la hauteur des gaines. La figure 3 montre une vue longitudinale en coupe du réacteur échangeur selon l'invention dans une variante où la combustion dans les gaines est réalisée sur un catalyseur d'oxydation. Les figures 4a et 4b montrent une vue longitudinale en coupe de la partie supérieure du réacteur échangeur dans des variantes où un système de refroidissement est mis en oeuvre. La figure 5 montre une vue en coupe selon un axe BB' du réacteur échangeur illustré sur la figure 1. Description des figures Le réacteur échangeur (1) est schématisé sur la figure 1. II comprend une enceinte cylindrique (2) suivant l'axe AA' entièrement recouverte sur sa surface intérieure par un matériau réfractaire isolant (non représenté sur la figure). Le réacteur échangeur (1) comprend dans son enceinte (2), une zone catalytique (10) reposant en partie inférieure du réacteur échangeur sur une plaque tubulaire (4) perforée inférieure, fixée de manière étanche à l'enceinte du réacteur. Cette zone catalytique (10) se décompose en trois couches disposées les unes sur les autres. - Une zone catalytique supérieure (10a) Une zone catalytique médiane (10b) Une zone inerte inférieure (10c) Cette enceinte comprend : un moyen d'alimentation (3) en charge hydrocarbonée, une plaque tubulaire perforée inférieure (4) permettant le passage de la charge hydrocarbonée à travers la zone catalytique, dans des éléments tubulaires situés dans le prolongement des perforations et raccordés à la surface de ladite plaque. Les éléments tubulaires, appelés tube de charge (5), sont de longueur sensiblement égale à l'épaisseur de la zone inerte inférieure. La plaque tubulaire perforée inférieure (4) et les éléments tubulaires constituent les moyens de distribution de la charge à travers la zone catalytique, une chambre de collecte (19) de l'effluent issu de la zone catalytique situé au dessus de la zone catalytique, ladite chambre de collecte (19) étant obturée par une plaque tubulaire supérieure (21) fixée de manière étanche à l'enceinte du réacteur, des moyens de collecte (6) de l'effluent issu de la zone catalytique, traversant de part en part la zone catalytique (10), lesdits moyen de collecte (6) étant constitués de conduits mettant en communication la chambre de collecte (19) avec un moyen d'évacuation (18) de l'effluent issu de la zone catalytique, La plaque tubulaire supérieure (21) obturant la chambre de collecte (19) de l'effluent issu de la zone catalytique présente des orifices dans lesquels sont fixées de manière étanche des gaines (8), lesdites gaines (8) plongeant dans la zone catalytique (10) et plus particulièrement dans la zone catalytique active supérieure (10a). La gaine (8) est ouverte à l'une de ses extrémités et fermée à l'autre, l'extrémité ouverte étant fixée à la plaque tubulaire (21) et débouchant dans l'espace situé entre la plaque tubulaire (21) et la plaque tubulaire (20), et l'extrémité fermée étant plongée dans la zone catalytique active. L'espace situé entre la plaque tubulaire (21) et la plaque tubulaire (20) permet la collecte de l'effluent gazeux issu de la combustion et l'évacuation de cet effluent par le moyen d'évacuation (14). A l'intérieur de ces gaines (8), sont disposés des moyens de chauffage de la zone catalytique selon plusieurs variantes, lesdits moyens de chauffage étant alimentés par un moyen d'alimentation (15) en mélange gazeux oxydant, et un moyen d'alimentation (17) en combustible gazeux, Selon un premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, les moyens de chauffage de la zone catalytique (10) sont constitués par les pièces co-axiales suivantes : 6 un tube d'alimentation (11) en mélange gazeux oxydant, ouvert à ses deux extrémités, une extrémité ouverte étant fixée à la plaque tubulaire (20) et débouchant dans l'espace collecteur du mélange gazeux oxydant (22), et l'autre extrémité ouverte étant plongée dans la gaine (8) jusqu'au niveau de l'extrémité supérieure de la zone catalytique (10), un moyen de distribution du combustible constitué par un tube dit tube de combustible (12), relié à l'une de ses extrémités au moyen d'alimentation en combustible (17) et situé à l'intérieur du tube d'alimentation (11) en mélange gazeux oxydant et sensiblement de même dimension. L'extrémité inférieure du tube d'alimentation (11) en mélange gazeux oxydant et l'extrémité inférieure du tube de combustible (12) débouchent sur une zone de combustion (13), c'est-à-dire sur une zone où la réaction de combustion se produit. La zone de combustion (13) se situe dans la gaine (8) au niveau de l'extrémité supérieure de la zone catalytique (10), un tube de re-circulation (9) de l'effluent gazeux issu de la combustion, ouvert à ses deux extrémités, et situé dans la gaine (8) en aval de la zone de combustion (13). La figure 2 illustre une autre variante des moyens de chauffage dans laquelle les tubes d'alimentation (111) en mélange gazeux oxydant, contenant les tubes de combustible (112) de même dimension et fermés à leur extrémité inférieure, plongent jusqu'au fond des gaines (108). Les tubes de combustible (112) présentent une paroi étanche dans leur partie supérieure non immergée dans la zone catalytique (110), et une paroi poreuse dans leur partie inférieure immergée dans la zone catalytique (110). La porosité est obtenue soit par des trous percés dans la paroi des tubes de combustible (112), soit en utilisant directement un matériau poreux de type fritté, mousse métallique ou mousse céramique pour réaliser les tubes. Les perforations réalisées dans la paroi des tubes de combustible (112) définissent plusieurs zones de combustion (113) réparties le long de la paroi des tubes de combustible (112) immergée dans la zone catalytique (110). La multiplicité des zones de combustion permet d'obtenir localement une plus grande dilution et par conséquent une température de combustion moins importante.35 La figure 3 illustre une variante des moyens de chauffage identique à la variante précédente, à la différence que l'on réalise dans ces moyens de chauffage une combustion catalytique. Selon un mode de réalisation particulier illustré en 223c) de la figure 3, on réalise une combustion catalytique sans flamme en disposant un catalyseur d'oxydation à l'intérieur et sur toute la hauteur des tubes d'alimentation (211) en mélange gazeux oxydant immergée dans la zone catalytique (210). Selon le mode de réalisation particulier illustré en 223b), le tube d'alimentation (211) en mélange gazeux oxydant plongent jusqu'au fond de la gaine (208) et contient le tube de combustible (212) qui est raccourci par rapport à la variante illustrée en 223c) et dont l'extrémité inférieure ouverte débouche au niveau de l'extrémité supérieure du lit de catalyseur d'oxydation (223). Selon cette variante, le lit de catalyseur d'oxydation est placé à l'intérieure du tube d'alimentation (211) en mélange gazeux oxydant, au niveau de l'extrémité supérieure de la zone catalytique (210), et en occupe toute la section. Le mode de réalisation particulier illustré en 223a) est identique au mode de réalisation illustré en 223b), à la différence que le lit de catalyseur d'oxydation (223) est réparti sur toute la hauteur immergée du tube d'alimentation (211) en mélange gazeux oxydant, et en occupe toute la section. Les figures 4 présentent des mises en oeuvre d'injection d'un fluide de refroidissement dans la partie supérieure du réacteur échangeur (301). L'objectif de cette injection est essentiellement de refroidir la plaque tubulaire (321) obturant la chambre de collecte (319) de l'effluent issu de la zone catalytique, dans la cas où l'échange thermique entre l'effluent gazeux issu de la combustion et le mélange gazeux oxydant le long de la paroi du tube de combustion (311) serait insuffisant pour abaisser la température de l'effluent gazeux issu de la combustion à une température admissible par la plaque tubulaire (321). La figure 4a met en oeuvre une variante dans laquelle une injection directe du fluide de refroidissement est réalisée sous la plaque tubulaire (321). Le fluide de refroidissement se mélange à l'effluent issu de la zone catalytique (310) et est évacué de l'enceinte du réacteur échangeur par les tubes constituant les moyens de collecte (306) de l'effluent issu de la zone catalytique .35 La figure 4b met en oeuvre une autre variante dans laquelle la plaque tubulaire perforée (321) est constituée en double paroi (321) (326) laissant passer les gaines (308). La plaque tubulaire perforée inférieure en double paroi (321) et (326) forment un espace clos comportant un moyen d'injection en fluide de refroidissement (324), et un moyen d'évacuation (325) de ce même fluide après échange de chaleur. La figure 5 montre une vue en coupe du réacteur illustrée sur la figure 1 selon un axe BB'. Les moyens de collecte (406) du gaz de synthèse produit sont répartis dans la zone catalytique (410) et sont intercalés entre les moyens de chauffage de manière à ce que les échanges de chaleur entre la charge et le gaz de synthèse produits soient homogènes. Les gaines (408) contiennent les tubes de re-circulation (409) de l'effluent gazeux issu de la combustion. Afin de protéger la plaque tubulaire supérieure (21) des températures élevées de la chambre de collecte (19), il est également possible de recouvrir la surface de ladite plaque tubulaire supérieure (21) en contact avec l'effluent issu de la zone catalytique, d'un écran thermique (27) représenté sur la figure 1. L'écran thermique est réalisé en matériau isolant tel que par exemple en béton réfractaire ou en céramique. Cet écran thermique (27) est uniquement représenté sur la figure 1 mais peut être représenté sur toutes les figures. Bien que la distribution du combustible soit assurée par un unique moyen d'alimentation en combustible (17), commun à tous les tubes de combustible (12) selon les figures 1 à 4, l'invention n'est pas limitée à ce mode d'alimentation particulier, il est également possible d'alimenter chaque tube de combustible (12) par un moyen d'alimentation indépendant. Ce mode de réalisation particulier, non représenté sur les figures, permet le contrôle de la combustion dans chaque moyen de chauffage de façon indépendante. Bien qu'il soit orienté verticalement, dans les variantes décrites ci-dessus, l'invention n'est pas limitée à un mode d'orientation particulier. L'enceinte du réacteur échangeur est de forme cylindrique dans les variantes décrites ci-dessus mais l'invention n'est pas limitée à cette forme de réacteur. L'enceinte du réacteur échangeur peut être de différente section.30 ' Les plaques tubulaires (4), (20) et (21) sont fixées de manière étanche aux parois internes de l'enceinte. Elles sont de préférence soudées à l'enceinte ou boulonnées avec un joint d'étanchéité. Le réacteur échangeur décrit précédemment présente une technologie adaptée à tout type de réaction endothermique. Il est particulièrement adaptée dans le cadre de l'invention à la réaction de vapo-réformage. Application du dispositif à la réaction de vapo-réformage Dans le cas où le réacteur échangeur est utilisé pour réaliser une réaction de vaporéformage, la charge hydrocarbonée comprend un mélange d'hydrocarbures légers tels que, par exemple, le gaz naturel, les gaz de raffinerie, le GPL, les naphtas légers et les biogaz issus de la fermentation des déchets ou de la biomasse, pris seuls ou en mélange, avec de la vapeur d'eau, de préférence un mélange de méthane et de vapeur d'eau dans le cas où la réaction endothermique est la réaction de "Steam Methane Reforming" selon la terminologie anglo-saxonne ou de Vapo-Réformage du Méthane. Dans ce cas, la zone catalytique en lit fixe qui remplit au moins partiellement l'enceinte du réacteur-échangeur se décompose en trois zones catalytiques disposées les unes sur les autres : une zone inerte inférieure en contact avec la plaque tubulaire composée d'un lit de particules inertes une zone catalytique médiane de pré-réformage, composée d'un catalyseur qui peut être identique ou différent de celui utilisé dans la zone catalytique active de vapo- réformage, une zone catalytique supérieure de vapo-réformage qui est composée d'un catalyseur classique de vapo-reformage. Dans le cas où la zone catalytique supérieure de vapo-réformage et la zone catalytique médiane de pré-réformage sont composées du même catalyseur, il s'agit d'un catalyseur classique de vapo-réformage comprenant 8 à 25% en poids d'un élément du groupe VIII, de préférence le nickel, 1 à 4% en poids de potasse supporté sur de l'alumine. Dans le cas où la zone catalytique supérieure de vapo-réformage et la zone catalytique médiane de pré-réformage sont composées d'un catalyseur différent, le catalyseur utilisé dans la zone catalytique supérieure de vapo-réformage est celui décrit ci-dessus et le 5 catalyseur utilisé dans la zone catalytique médiane de pré-réformage est un catalyseur spécifique de pré-reformage comprenant 1 à 20% en poids d'un élément du groupe VIII, de préférence le nickel, 0,4 à 5% en poids de potassium supporté par de l'alumine ou de l'aluminate de calcium Les particules inertes constituant la zone catalytique inerte sont généralement constituées de d'alumine sous forme de billes. En partie haute du réacteur échangeur, le mélange de charge hydrocarbonée et de vapeur 10 d'eau pénètre dans l'enceinte par le moyen d'alimentation (3), traverse la plaque tubulaire inférieure (4) et pénètre dans la zone inerte inférieure en passant dans les tubes de charge (5) traversant ladite zone. Le mélange se réchauffe en circulant dans les tubes de charge disposés autour des moyens de collectes (6) du gaz de synthèse produit, par échange de chaleur avec le gaz de synthèse circulant à l'intérieur des moyens de collectes. 15 Cette zone inerte inférieure, non chauffée par les moyens de chauffage, constitue une première zone d'échange de chaleur. Elle permet un échange de chaleur convectif entre le flux de charge hydrocarbonée et le flux du gaz de synthèse produit circulant à contre courant. 20 Le mélange ainsi préchauffé pénètre dans la zone catalytique médiane de pré-réformage, délimitée par l'extrémité supérieure de la zone inerte et l'extrémité fermée de la gaine. Cette zone de pré-réformage est une zone de pré-traitement de la charge hydrocarbonée avant son passage dans la zone de réaction, permettant de convertir au moins partiellement la charge hydrocarbonée en gaz de synthèse. L'énergie nécessaire à cette réaction est 25 apportée par la charge, elle-même préchauffée au niveau de la zone inerte inférieure dans les tubes de charge, mais également par échange de chaleur avec le gaz de synthèse circulant à l'intérieur des tubes de gaz de synthèse, au niveau de la zone catalytique médiane de pré-réformage. Cette zone de pré-réformage, non chauffée par les moyens de chauffage, constitue une 30 deuxième zone d'échange de chaleur. Cette deuxième zone d'échange de chaleur permet de pré-chauffer le flux de charge hydrocarbonée circulant dans la zone catalytique médiane de pré-réformage et d'apporter l'énergie nécessaire à la réaction de pré-réformage, tout en refroidissant le flux de gaz de synthèse circulant à contre-courant dans les moyens de collecte du gaz de synthèse traversant la zone catalytique. 35 La mise en oeuvre, dans le cadre de l'invention, d'une réaction de pré-reformage présente un intérêt certain : - les calories contenues dans le gaz de synthèse produit sont utilisées au mieux car l'échange thermique permet non seulement de préchauffer la charge mais également de la convertir. Cela permet de limiter le chargement du reformeur principal et autorise une température d'attaque du reformeur principal plus importante pour un risque de formation de coke équivalent. - le pré-réformage permet également de convertir les composants les plus lourds de la charge, ce qui préserve le catalyseur du reformeur principal et donne plus de flexibilité à l'installation quant à la nature de la charge à traiter. L'effluent produit dans la zone médiane de pré-réformage pénètre ensuite dans la zone catalytique supérieure constituée d'un catalyseur de vapo-reformage et remonte le long de cette zone en produisant du gaz de synthèse. L'énergie nécessaire à cette réaction est apportée principalement par échange de chaleur radiatif et convectif avec le moyen de chauffage, mais également par échange de chaleur convectif avec le gaz de synthèse circulant à l'intérieur des moyens de collecte du gaz de synthèse traversant la zone catalytique. Cette zone de vapo-réformage constitue donc une troisième zone d'échange de chaleur, située au niveau de la zone catalytique supérieure, c'est-à-dire dans la zone où a lieu la réaction de vapo-réformage qui est définie par l'espace situé entre l'extrémité inférieure fermée de la gaine et l'extrémité supérieure de la zone catalytique. Cette troisième zone permet un échange de chaleur à la fois radiatif et convectif. Le gaz de synthèse produit dans la zone catalytique de vapo-réformage supérieure sort de la zone catalytique et est collectée dans la chambre de collecte (19) situé au dessus de la zone catalytique, ladite chambre de collecte étant obturée par la plaque tubulaire supérieure (21). Les moyens de collecte (6) du gaz de synthèse produit sont répartis dans la zone catalytique et sont intercalés entre les moyens de chauffage de manière à ce que les échanges de chaleur entre la charge et le gaz de synthèse produits soient homogènes. La présence des moyens de collecte (6) du gaz de synthèse produit, traversant de part en part de la zone catalytique, permet donc des échanges de chaleur convectifs sur toute la hauteur de la zone catalytique, entre la charge et le gaz de synthèse produits par la circulation à contre courant de ces deux flux : en sortant de la zone catalytique supérieure de vapo-réformage, le gaz de synthèse produit pénètre dans les moyens de collecte (6) du gaz de synthèse traversant de part en part la zone catalytique et redescend en partie basse du réacteur échangeur en se refroidissant sur toute la longueur de la zone catalytique, par échange de chaleur avec l'effluent circulant dans la zone catalytique supérieure, puis dans la zone catalytique médiane de pré-réformage, puis avec la charge circulant dans les tubes de charge dans la zone inerte inférieure. Le gaz de synthèse produit est ensuite évacué du réacteur échangeur par le moyen d'évacuation (18). En partie haute du réacteur échangeur, le mélange gazeux oxydant pénètre dans l'enceinte par le moyen d'alimentation (15), traverse la plaquetubulaire (20) et pénètre dans les moyens de chauffage par les tubes d'alimentation (11) en mélange gazeux oxydant. Le combustible gazeux pénètre également dans l'enceinte par le moyen d'alimentation (17) correspondant, puis dans les tubes de combustible (12) situés à l'intérieur des tubes d'alimentation en mélange gazeux oxydant (11). Le mélange gazeux oxydant est un gaz contenant entre 0,1 et 21% d'oxygène comprenant de préférence de l'air, un mélange d'oxygène et de dioxyde de carbone ou de manière très préférée, des fumées issues d'une turbine à gaz pour la génération d'électricité. Dans ce cas, le mélange gazeux oxydant est constitué de fumées oxydantes issues d'une turbine. Le combustible gazeux comprend un hydrocarbure sous forme gazeuse de type gaz naturel ou gaz de raffinerie ou sous forme liquide, de type essence, gasoil ou fioul lourd, préalablement vaporisé avant son entrée dans le réacteur et de manière préférée, de l'hydrogène produit par le réacteur lui-même et utilisé pur après traitement de séparation. 25 Selon une première variante des moyens de chauffage illustré sur la figure 1, à la sortie des tubes de combustible (12), le combustible gazeux se mélange avec le mélange gazeux oxydant au niveau de la zone de combustion et réagit par une réaction de combustion qui produit des fumées à haute température au niveau de l'extrémité supérieure de la zone 30 catalytique. Ces fumées pénètrent dans les tubes de re-circulation, sont guidées jusqu'au fond des gaines (8) et remontent dans l'espace annulaire formé entre les tubes de re-circulation (9) et les gaines (8). 35 Sur toute la hauteur du tube de re-circulation (9), les fumées qui descendent dans le tube de re-circulation chauffent par échange de chaleur les fumées qui remontent dans l'espace20 annulaire formé entre le tube de re-circulation et la paroi interne de la gaine. Ces dernières chauffent l'effluent en réaction dans la zone catalytique supérieure par échange de chaleur à travers la paroi des gaines (8). Ces échanges de chaleur à contre-courant ont pour objectif de réduire au maximum le gradient thermique sur la hauteur des gaines. De cette façon, la chaleur transférée par les fumées issues de la combustion à la zone catalytique est relativement homogène sur toute la hauteur des gaines immergée dans la zone catalytique. En partie haute des tubes de re-circulation (9), une partie des fumées qui remontent dans l'espace annulaire formé entre le tube de re-circulation et la gaine est entraînée par les fumées produites au niveau de la zone de combustion (13) et re-circulent à nouveau dans les tubes de re-circulation. Cette configuration permet de diluer et d'agiter localement les réactifs de la combustion, donc d'abaisser la température de la flamme produite par la combustion, ce qui préserve les matériaux d'une température trop importante et réduit la formation des oxydes d'azote préjudiciables pour l'environnement. Les fumées chaudes, issues de la combustion, qui ne re-circulent pas dans les tubes de recirculation, remontent dans l'espace annulaire formé entre les tubes d'alimentation (11) en mélange gazeux oxydant et les gaines (8) et se refroidissent par échange de chaleur avec le mélange gazeux oxydant qui, lui, se réchauffe en descendant dans les tubes d'alimentation (11) en mélange gazeux oxydant. Cette zone, située entre l'extrémité de la zone catalytique et la plaque tubulaire (20) constitue une quatrième zone d'échange de chaleur. Cette quatrième zone permet un échange de chaleur convectif entre le flux des fumées issues de la combustion, avant leur évacuation de l'enceinte, et le flux du mélange gazeux oxydant qui pénètre dans le moyen de chauffage Cette quatrième zone d'échange de chaleur est très importante puisqu'elle permet d'abaisser suffisamment la température des fumées issues de la combustion pour pouvoir utiliser une technologie de type plaque tubulaire soudée classique, c'est-à-dire utilisant des alliages métalliques ordinaires pour la réalisation des plaques. Après avoir traversé ladite plaque tubulaire, les fumées issues de la combustion sont évacuées de l'enceinte du réacteur échangeur par le moyen d'évacuation (14).35 ' Selon la figure 2, les moyens de chauffage repartissent l'injection du combustible dans le flux de mélange gazeux oxydant et permettent ainsi d'obtenir une zone de combustion (113) plus étendue. Le combustible gazeux circule dans les tubes de combustible (112) jusqu'à leur partie poreuse, où il traverse la paroi des tubes pour brûler au contact du mélange gazeux oxydant circulant dans le tube d'alimentation (111) en mélange gazeux oxydant. Les fumées issues de la combustion circulent alors jusqu'au fond des gaines (108) puis remontent dans l'espace annulaire formé entre les tubes d'alimentation (111) en mélange gazeux oxydant et les gaines (108), en échangeant de la chaleur avec la zone de réaction et avec les fumées issues de la combustion contenues dans les tubes d'alimentation en mélange gazeux oxydant. De cette façon, la combustion est répartie sur toute la hauteur poreuse du tube de combustible en fonction de la porosité choisie. II est donc possible en modulant la porosité de distribuer la chaleur soit de façon homogène sur la hauteur du tube, soit de façon non homogène si l'on souhaite imposer un profil thermique. Par exemple, il est possible d'accentuer la porosité en partie inférieure du tube ce qui permettrait d'augmenter le débit de combustible dans cette zone et par conséquent, d'augmenter la température de combustion. Dans ce cas, la température des fumées de combustion est plus importante dans la partie inférieure de la gaine que dans la partie supérieure. Selon la figure 3, les moyens de chauffage mettent en oeuvre une combustion sans flamme à l'intérieur des tubes d'alimentation (211) en mélange gazeux oxydant, à l'aide d'un lit de catalyseur d'oxydation (223) réparti dans lesdits tubes d'alimentation. Le mélange gazeux oxydant pénètre dans le réacteur échangeur, traverse la plaque tubulaire (220) et circule dans les tubes d'alimentation (211) en mélange gazeux oxydant jusqu'au catalyseur d'oxydation (223). Le mélange gazeux oxydant et le combustible se mélangent à proximité du catalyseur d'oxydation et réagissent sur celui-ci par combustion sans flamme pour produire des fumées chaudes. Ces fumées de combustion sortent des tubes d'alimentation en mélange gazeux oxydant en partie basse et remontent dans les gaines (208) en apportant de l'énergie à la zone catalytique par échange de chaleur avant leur évacuation de l'enceinte. Une combustion sans flamme utilisant un catalyseur d'oxydation présente l'avantage d'éviter la présence de points chauds qui pourraient endommager les matériaux, et d'améliorer la combustion en réduisant la présence d'imbrûlés dans les fumées. Le catalyseur d'oxydation comprend de 1 à 10% d'un élément noble du Groupe VIII de la classification périodique, de préférence le palladium et/ou le platine sur un support de type alumine ou zircone. Le catalyseur d'oxydation est mis en oeuvre sous la forme d'un dépôt de surface ou "washcoat" selon la terminologie anglo-saxonne, déposé sur un monolithe ou une mousse réalisé à partir d'un matériau métallique de type alliage réfractaire haute température ou céramique comme par exemple de la cordiérite. Selon un mode de réalisation particulier illustré par les figures 4a et 4b, il est possible d'injecter un fluide de refroidissement directement sous la plaque tubulaire supérieure (321), dans la chambre de collecte de l'effluent issu de la zone catalytique, (selon la figure 4a) afin de refroidir ladite plaque, de manière à permettre l'utilisation d'une technologie de type plaque tubulaire soudée classique, c'est-à-dire utilisant des alliages métalliques ordinaires pour la réalisation des plaques. Le fluide de refroidissement se mélange au gaz de synthèse produit et est évacué de l'enceinte du réacteur avec lui par les moyens de collecte du gaz de synthèse communiquant avec le moyen d'évacuation. Il est aussi possible d'injecter un fluide de refroidissement dans l'espace situé entre la double paroi de la plaque tubulaire supérieure (321)(326), ladite plaque étant perforée et permettant le passage des gaines selon la figure 4b. Ladite plaque perforée constituée en paroi double (321) (326) est fixée de façon étanche à l'enceinte du réacteur échangeur. La traversée des gaines dans la plaque est également réalisée par un montage étanche tel que par exemple, par soudure, ou par assemblage mécanique. L'assemblage mécanique peut être un joint d'étanchéité comprimé par presse-étoupe ou un soufflet métallique, le principe de cette liaison étant d'autoriser à chaud un déplacement des gaines au travers de la plaque perforée tout en maintenant l'étanchéité. L'injection du fluide de refroidissement permet de refroidir ladite plaque tubulaire supérieure constituée en paroi double (321) (326), et les gaines par échange de chaleur, le fluide de refroidissement est ensuite évacué de l'enceinte du réacteur échangeur par le moyen d'évacuation également située entre la double paroi de la plaque tubulaire supérieure. Le fluide de refroidissement peut être de nature très diverse, sous forme de vapeur, et de préférence de la vapeur d'eau. La charge peut également être utilisé comme fluide de refroidissement, elle sera ainsi préchauffée avant d'être introduite dans le réacteur échangeur. Le mélange gazeux oxydant peut également être utilisé ainsi que tout autre fluide caloporteur. La mise en oeuvre de l'injection du fluide de refroidissement en un seul point du réacteur échangeur n'est pas exclusive. L'introduction peut être réalisée par de multiples points d'injection positionnés sur la circonférence de l'enceinte du réacteur échangeur afin de couvrir toute la surface de la plaque tubulaire. Dans un autre mode d'utilisation du réacteur échangeur, la stoechiométrie du mélange combustible/mélange de gaz oxydant peut être modifiée afin de ne réaliser qu'une oxydation partielle du combustible et produire de cette façon du gaz de synthèse. Par exemple, si le combustible est du méthane, l'insuffisance d'oxygène conduit à la réaction suivante : CH4+~ O2-->CO+2 H2 Cette réaction, fortement exothermique, se produit à une température élevée comprise entre 1200 et 1500 C, la chaleur produite peut être utilisée pour la réaction de vapo-reformage 15 comme dans le cas de base précédent. Ce mode d'utilisation permet d'accroître le rendement du réacteur échangeur puisque dans ce cas, les fumées de combustion sont composées de gaz de synthèse. 20 Selon une variante de cet autre mode d'utilisation du réacteur échangeur, un catalyseur d'oxydation partielle peut être utilisé en modifiant la stoechiométrie du mélange combustible / mélange de gaz oxydant afin de produire du gaz de synthèse par oxydation partielle catalytique. Cette réaction est fortement exothermique et la chaleur produite peut être utilisée pour la réaction de vapo-réformage comme dans le cas de base précédent. 25 Dans ce cas, le catalyseur d'oxydation comprend 5 et 30%, d'un élément noble du Groupe VIII de la classification périodique, de préférence le Palladium, Platine ou préférentiellement le Rhodium, déposé sur un support céramique de type alumine, cordiérite ou zircone et de préférence un support en alumine alpha poreuse. Conditions opératoires. La réaction de vapo-réformage opère avantageusement à une température élevée qui varie entre l'entrée et la sortie de la zone catalytique : en entrée de la zone catalytique, la température est comprise entre 500 et 750 C 10 30 35 en sortie de la zone catalytique, la température est comprise entre 750 et 950 C et de manière préférée, comprise entre 850 et 900 C. La réaction de vapo-réformage opère avantageusement à une pression comprise entre 0,5 et 5 MPa, de manière préférée entre 1 et 4 MPa et de manière très préférée, entre 2 et 2,5 MPa. En entrée de réacteur échangeur, la charge hydrocarbonée est composée d'un mélange d'hydrocarbure avec de la vapeur d'eau dans des proportions telles que le ratio molaire vapeur d'eau/carbone est avantageusement compris entre 2 et 5 et de manière préférée, compris entre 2,3 et 2,7. En entrée de réacteur échangeur, la température de la charge hydrocarbonée est avantageusement comprise entre 350 et 750 C et de manière préférée, comprise entre 550 et 650 C, et la charge hydrocarbonée pénètre dans l'enceinte du réacteur échangeur à une pression sensiblement identique à la pression de réaction ci-dessus. Après la réaction de vapo-réformage, le gaz de synthèse produit sort de la zone catalytique et pénètre dans les moyens de collecte du gaz de synthèse à une température avantageusement comprise entre 750 et 950 C, et de manière préférée, comprise entre 850 et 900 C. En sortie de l'enceinte du réacteur échangeur, la température du gaz de synthèse produit est avantageusement comprise entre 300 et 500 C, et de manière préférée entre 350 et 450 C, et le gaz de synthèse produit sort de l'enceinte du réacteur échangeur à une pression sensiblement identique à la pression de réaction ci-dessus. En entrée de réacteur échangeur, la température du mélange gazeux oxydant est avantageusement comprise entre 300 et 800 C et de manière préférée, comprise entre 650 et 750 C dans le cas où le mélange gazeux oxydant est constitué de fumées prélevées en sortie de turbines et de manière préférée, comprise entre 350 et 450 C dans le cas où le mélange gazeux oxydant est constitué de fumées prélevées en sortie de compresseurs. Le mélange gazeux oxydant pénètre dans l'enceinte du réacteur échangeur à une pression avantageusement comprise entre 0,05 et 4 MPa et de manière préférée, comprise entre 0,3 et 0,5 MPa. ' A l'issue de la combustion, la température du mélange gazeux issu de la combustion est avantageusement compris entre 900 et 1500 C, et de manière préférée, entre 900 et 1000 C. En sortie de l'enceinte du réacteur échangeur et après refroidissement par échange thermique avec le mélange gazeux oxydant, la température du mélange gazeux issu de la combustion est abaissé à une température comprise entre 700 et 900 C et de manière préférée, entre 700 et 750 C. De manière avantageuse, le combustible est introduit dans l'enceinte du réacteur échangeur à une température comprise entre la température ambiante et 400 C et de manière préférée, entre la température ambiante et 150 C, et à une pression comprise entre 0,05 et 4 MPa et de manière préférée, comprise entre 0,3 et 0,5. De manière avantageuse, le fluide de refroidissement est introduit à l'intérieur de l'enceinte du réacteur échangeur à une température comprise entre 100 et 400 C, et de manière préférée, entre 250 et 350 C. REVENDICATIONS 1. Réacteur échangeur (1) comprenant : - une enceinte (2) - des moyens de distribution d'une charge à travers une zone catalytique en lit fixe (10), - des moyens de collecte (6) de l'effluent issu de la zone catalytique (10), - des moyens de chauffage de la zone catalytique (10), dans lequel lesdits moyens de collecte (6) comportent des conduits traversant la zone catalytique (10) de part en part, et dans lequel les moyens de chauffage de la zone catalytique comportent au moins un zone de combustion (13) située à proximité de la zone catalytique, des moyens d'alimentation de ladite zone de combustion (13) en mélange gazeux oxydant (15) et en combustible gazeux (17), et des moyens d'évacuation de l'effluent gazeux issu de la combustion (14). 2. Réacteur échangeur (1) selon la revendication 1, dans lequel les moyens de distribution de la charge comportent une plaque tubulaire (4) inférieure perforée dont les perforations sont prolongées par des éléments tubulaires appelés tubes de charge (5). 3. Réacteur échangeur (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la zone catalytique (10) comporte au moins une zone inerte inférieure (10c) située sur ladite plaque tubulaire inférieure (4). 25 4. Réacteur échangeur (1) selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel la zone inerte inférieure (10c) a une épaisseur correspondant sensiblement à la longueur desdits tubes de charge (5). 5. Réacteur échangeur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les 30 conduits (6) collectant l'effluent issu de la zone catalytique (10) sont situés entre une chambre de collecte (19) située en aval de la zone catalytique (10) et des moyens d'évacuation (18) dudit effluent. 6. Réacteur échangeur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les 35 conduits (6) collectant l'effluent issu de la zone catalytique (10) traversent ladite plaque tubulaire inférieure (4) dans l'espace interne des tubes de charge (5).20 7. Réacteur échangeur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les conduits (6) collectant l'effluent issu de la zone catalytique (10) sont répartis dans la zone catalytique et intercalés entre les moyens de chauffage. 8. Réacteur échangeur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les conduits (6) collectant l'effluent issu de la zone catalytique (10) comportent sur leur paroi externe des ailettes pour augmenter la surface au contact de la zone catalytique (10). 9. Réacteur échangeur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de chauffage sont contenus dans des gaines (8) en partie immergées dans la zone catalytique (10), les gaines (8) étant ouvertes à l'une de leurs extrémités et fermées à l'autre, l'extrémité ouverte étant fixée à une plaque tubulaire supérieure (21) délimitant la chambre de collecte (19) située au dessus de la zone catalytique (10). 10. Réacteur échangeur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les gaines (8) comportent sur leur paroi externe des ailettes pour augmenter la surface au contact de la zone catalytique (10). 11. Réacteur échangeur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de chauffage sont constitués par les pièces co-axiales suivantes : un tube d'alimentation (11) en mélange gazeux oxydant, débouchant dans la gaine (8) sensiblement au niveau supérieur de la zone catalytique (10), un moyen de distribution du combustible dit tube de combustible (12), relié à l'une de ses extrémités au moyen d'alimentation en combustible (17) et situé à l'intérieur du tube d'alimentation (11) en mélange gazeux oxydant et débouchant sensiblement au même niveau. 12. Réacteur échangeur (1) selon la revendication 11, dans lequel les moyens de chauffage comprennent un tube de re-circulation (9) de l'effluent gazeux issu de la combustion, ouvert à ses deux extrémités, et situé dans la gaine (8) en aval de la zone de combustion (13). 13. Réacteur échangeur (101) selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel les moyens de chauffage sont constitués par les pièces co-axiales suivantes :35- un tube d'alimentation (111) en mélange gazeux oxydant, débouchant dans la gaine (108) sensiblement au niveau du fond desdites gaines, - un moyen de distribution du combustible dit tube de combustible (112) relié à l'une de ses extrémités au moyen d'alimentation en combustible (117), situé à l'intérieur du tube d'alimentation (111) en mélange gazeux oxydant et se prolongeant sensiblement jusqu'au fond des gaines (108), ledit tube de combustible (112) comprenant au moins une portion de paroi poreuse. 14. Réacteur échangeur (201) selon la revendication 13, dans lequel les tubes d'alimentation (211) en mélange gazeux oxydant sont remplis sur toute leur hauteur et jusqu'à l'extrémité supérieure de la zone catalytique, d'un catalyseur d'oxydation (223). 15. Réacteur échangeur (201) selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel les moyens de chauffage sont constitués par : un tube d'alimentation (211) en mélange gazeux oxydant, débouchant dans la gaine (208) sensiblement au niveau du fond desdites gaines, un catalyseur d'oxydation (223) à l'intérieur et sur au moins une portion de la hauteur des tubes d'alimentation (211) en mélange gazeux oxydant, au droit de la zone catalytique (210) et disposé en aval du tube de distribution du combustible (212). 16. Réacteur échangeur (301) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un fluide de refroidissement est injecté dans la chambre de collecte (319) de l'effluent issu de la zone catalytique (310). 17. Réacteur échangeur (301) selon l'une des revendications 1 à 15, dans lequel la plaque tubulaire perforée supérieure (321) est constituée en double paroi (321) (326) de façon à permettre la circulation d'un fluide de refroidissement dans l'espace interne. 30 18. Procédé pour réaliser une réaction endothermique dans une zone catalytique en lit fixe mettant en oeuvre le réacteur échangeur comprenant une enceinte, des moyens de distribution de la charge a travers la zone catalytique, des moyens de collecte de l'effluent issu de la zone catalytique comportant des conduits traversant ladite zone, des moyens de chauffage de la zone catalytique comportant au moins une zone de combustion, disposés de 35 sorte que :25a) une zone de préchauffage de la charge est créée par échange de chaleur entre le flux de charge hydrocarbonée circulant dans lesdits moyens de distribution de la charge et l'effluent issu de la zone catalytique circulant à contre courant dans lesdits conduits traversant la zone catalytique de part en part, b) une zone de chauffage de la charge est créée par échange de chaleur au niveau des moyens de chauffage immergés dans la zone catalytique et par échange de chaleur avec l'effluent issu de la zone catalytique circulant à contre courant à l'intérieur desdits conduits traversant la zone catalytique de part en part. 19. Procédé selon la revendication 18, dans lequel les moyens de chauffage sont immergés partiellement dans la zone catalytique pour créer une zone de chauffage comportant les deux échanges de chaleur avec les moyens de chauffage immergés dans la zone catalytique et avec l'effluent issu de la zone catalytique circulant à contre courant à l'intérieur desdits conduits traversant la zone catalytique de part en part, et une zone de chauffage non traversée par les moyens de chauffage.