Brevet FR2912421A1 — publié le 20080815

- Domaine technique de l'invention : La présente invention concerne un système de production de produits carbohydrogénés à partir d'hydrogène et de dioxyde de carbone, destiné à résoudre simultanément les problèmes posés par la raréfaction des ressources énergétiques d'origine fossile et par le contrôle de la teneur de l'atmosphère en dioxyde de carbone. - État de la technique antérieure : La raréfaction des ressources fossiles, leur disparition certaine à terme, conduisent dès maintenant à envisager d'autres sources de chaleur ~o et d'énergie : On citera par exemple : La source d'origine nucléaire avec ses vecteurs intermédiaires tels que l'électricité ou l'hydrogène. Les sources renouvelables telles que : géothermique, éolienne, hydraulique, photovoltaïque, marémotrice. 15 Les sources issues de la biomasse, relais de l'énergie solaire : éthanol issu du sucre ou des céréales, diesters, gaz méthane etc... Parallèlement, le problème posé par la teneur en dioxyde de carbone atmosphérique, dont l'augmentation semble être responsable de risques climatiques et écologiques, n'est pas résolu. 20 - Exposé de l'invention : La présente invention se propose de remédier aux inconvénients décrits par ces problématiques. Elle consiste en l'obtention de produits carbohydrogénés, vocable sous lequel nous désignerons tous les produits contenant du carbone et 25 de l'hydrogène, ainsi éventuellement que d'autres éléments tels que oxygène, azote, soufre etc..., à partir d'hydrogène, obtenu notamment par électrolyse de l'eau, et de dioxyde de carbone, provenant de la décomposition thermique du carbonate de calcium en dioxyde de carbone et en oxyde de calcium. 30 Le dioxyde de carbone et l'hydrogène sont ensuite transformés en produits carbohydrogénés au moyen de procédés connus de l'homme de l'art. : Conversion de gaz de synthèse CO/H2 par la réaction équilibrée du gaz à l'eau : CO2+H2 CO+H2O Conversion en méthanol : CO2 + 3H2 -+ CH3OH + H2O et/ou CO + 2H2 -+ CH3OH Suivie d'une transformation en hydrocarbures par la réaction MTG (Mobil/Méthanol To Gasoline), io Ou encore, conversion du mélange CO/CO2/H2 par le biais des synthèses de type Fischer-Tropsch ou ARCO (couplage oxydant), en valorisant au passage l'oxygène sous-produit par l'électrolyse de l'eau, lorsque celui-ci n'est pas totalement utilisé ou commercialisé. Enfin, le mélange CO/CO2/H2 peut être directement utilisé pour la 15 fabrication de méthane utilisable comme gaz naturel de synthèse dans les réseaux existants. Lors de leur utilisation pour produire du travail ou de la chaleur, ces produits rejettent dans l'atmosphère du dioxyde de carbone. Ce dernier peut être utilement fixé sous forme de carbonate de calcium CaCO3 et de 20 Ca(HCO3)2 par mise en contact, immédiate ou différé, de l'oxyde de calcium précédemment sous-produit, avec l'atmosphère, soit naturellement par épandage, ou utilisation de type cimentière, soit dans un appareil contacteur spécifique. Dans tous les cas, pour accroître l'efficacité de la réaction 25 d'absorption, il sera nécessaire d'hydrater préalablement, naturellement et/ou artificiellement,l'oxyde de calcium en hydroxyde de calcium. Des conditions opératoires particulières sont nécessaires pour une bonne réalisation de l'opération, tant en complétion qu'en cinétique de réaction. On utilisera notamment la quantité d'eau nécessaire pour la 30 réaction : CaO + H2O Ca(OH)2 à laquelle on ajoutera un excédent d'eau assurant la coulabilité du mélange permettant son véhiculage, notamment par des pompes. [)ans le cas où la mise en contact serait réalisée dans un appareil contacteur , le pH du mélange sera maintenu à une valeur supérieure à 9, et avantageusement entre 9,5 et 11, par ajustage des débits respectifs des flux d'eau, d'oxyde de calcium et d'air. Le produit alors obtenu peut être réinjecté dans un appareil de décomposition thermique éventuellement en association avec du carbonate de calcium to naturel, afin de compenser d'éventuelles pertes. Cette deuxième matière 'première, naturelle et abondante, pourrait d'ailleurs être utilisée en attente de Ila carbonatation définitive par épandage, si cette technique est préférée. Notons enfin que le procédé permet d'obtenir le dioxyde de carbone sous forme non diluée, si le chauffage nécessaire pour la décomposition thermique 15 est assuré par passage dans un four électrique d'une fraction du dioxyde de carbone produit et en la réinjectant ensuite dans l'appareil de décomposition thermique. 20 Selon un mode de réalisation adapté à la production de dioxyde de carbone destiné à être combiné à un flux d'hydrogène, en vue de produire des produits carbohydrogénés, l'invention comporte : - Un appareil M, mélangeant de l'oxyde de calcium et de l'eau, 25 permettant d'obtenir une suspension, véhiculable par pompe, d'hydroxyde de calcium et d'eau. - Une tour d'absorption atmosphérique A, recevant en son sommet la suspension précédente, et alimentée à sa base par de l'air atmosphérique contenant du dioxyde de carbone. Le pH de la suspension 30 sera maintenu entre 9,5 et 11 par ajustement des flux alimentaires. - Un filtre S, recevant la suspension issue de A, constituée principalement d'eau et d'hydroxyde de calcium dissous et d'une phase solide, contenant le carbonate de calcium formé en A. La phase liquide séparée est recyclée en M. - Un four tournant F, à écoulement solide gravitaire, recevant le solide humide issu de S, séchant celui-ci, puis le calcinant en oxyde de calcium et en dioxyde de carbone. L'oxyde de calcium obtenu est recyclé au mélangeur M, tandis qu'une fraction du dioxyde de carbone produit est prélevée entre la zone de calcination et la zone io de séchage, réchauffée dans un four électrique et enfin réintroduite en F pour assurer le maintien d'une température de calcination, avantageusement comprise entre 900 et 1200 degrés Celsius. - Un condenseur C éliminant la majeure partie de l'eau du mélange riche en dioxyde de carbone issu du four F. Le dioxyde de carbone is obtenu étant ensuite utilisé conjointement avec de l'hydrogène dans une chaîne de fabrication de produits carbohydrogénés. 20 25 30 REVENDICATIONS 1) Procédé d'obtention de produits carbohydrogénés caractérisé en ce que l'hydrogène nécessaire est obtenu notamment par électrolyse de l'eau et que le carbone nécessaire l'est sous forme de dioxyde de carbone, obtenu par décomposition thermique de carbonate de calcium, en dioxyde de carbone et oxyde de calcium. io 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'oxyde de calcium, coproduit lors de l'obtention du dioxyde de carbone, est utilisé immédiatement ou de manière différée, pour absorber et fixer chimiquement sous forme de carbonate de calcium, le dioxyde de carbone résultant de l'utilisation des produits ts carbohydrogénés. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'absorption du dioxyde de carbone atmosphérique par l'oxyde de calcium, est précédée d'une hydratation naturelle ou artificielle de ce dernier en hydroxyde de calcium. 20 4) Procédé selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'hydratation artificielle de l'oxyde de calcium en hydroxyde de calcium est mise en oeuvre avec une quantité excédentaire d'eau par rapport à la stoechiométrie conduisant à l'hydroxyde de calcium, ladite quantité d'eau étant en outre suffisante pour 25 assurer la coulabilité du mélange hydraté. 5) Procédé selon les revendications 2, 3 et 4 caractérisé en ce que l'oxyde de calcium hydraté est soumis, soit naturellement par épandage, soit dans un appareil contacteur connu de l'homme de l'art, à l'action de l'air atmosphérique contenant du dioxyde 30 de carbone dont tout ou fraction est ainsi transformé encarbonate de calcium. 6) Procédé selon les revendications 2, 3, 4, et 5, caractérisé en ce que le pH de la solution liquide présente dans l'appareil contacteur, est maintenu à une valeur supérieure à 9 et avantageusement entre 9,5 et 11, par ajustage des débits relatifs des flux d'air atmosphérique, d'oxyde de calcium hydraté et d'eau. 7) Procédé selon la revendications 5, caractérisé en ce qùe lé carbonate de calcium obtenu est recyclé pour être partiellement io ou totalement le carbonate décomposé thermiquement à l'entrée du procédé. 8) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une fraction du dioxyde de carbone issu de la décomposition thermique du carbonate de calcium, est chauffée par voie 15 électrique de façon à assurer l'apport d'énergie thermique nécessaire à ladite décomposition