Brevet FR2934581A1 — publié le 20100205

La présente invention est relative à un procédé de génération et purification de gaz de synthèse et à un appareil de génération et purification de gaz de synthèse . Les unités de production de monoxyde de carbone et d'hydrogène peuvent être séparées en deux parties : - génération du gaz de synthèse (mélange contenant H2, CO, CH4, CO2 , Ar, H2O et N2 essentiellement). - purification du gaz de synthèse. On retrouve : - une unité de lavage à un solvant liquide pour éliminer la plus grande partie des gaz acides contenue dans le gaz de synthèse - une unité d'épuration sur lit d'adsorbants - une unité de séparation par voie cryogénique dite boîte froide pour la production de CO. Généralement, du carburant est consommé afin de préchauffer la charge, surchauffer de la vapeur qui peut être consommée par le procédé et/ou exportée. La quantité de carburant nécessaire est généralement définie par les besoins de l'unité de génération du gaz de synthèse. Le carburant étant constitué des gaz résiduaires des l'unité de séparation (telles quelles boite froide CO, PSA-H2, membranes, etc.) et généralement on souhaitera avoir un appoint de carburant extérieur pour assurer le contrôle du bilan carburant imposé par le procédé. Dans le cas où la quantité de gaz résiduaires est plus important que les besoins en carburant de l'unité, l'excédant peut être brulé dans une chaudière pour produire de la vapeur ou peut être exporté. Dans le cas de la production de vapeur cela induit généralement l'investissement d'une chaudière dédiée. L'invention propose de recycler le méthane résiduaire produit par l'unité de séparation cryogénique du gaz de synthèse comme charge de l'unité de production de gaz de synthèse afin de la valoriser différemment que comme carburant et ainsi réduire la quantité de carburant disponible et de réduire la consommation de la charge (en hydrocarbures). Ceci permet d'éviter l'investissement de la chaudière annexe (transformation de carburant excédentaire en vapeur). De plus la vapeur éventuellement produite dans la chaudière annexe ne peut pas toujours être valorisée. Les solutions pouvant permettre de recycler le méthane résiduel comme charge de l'unité de génération du gaz de synthèse sont diverses : 1. Recycle par pompes cryogéniques. Le méthane résiduel soutiré de la cuve de la colonne CO/CH4 de la boite froide est pompé, puis vaporisé et réchauffé dans la ligne d'échange avant d'être recycle comme charge de l'unité de génération de gaz de synthèse. Ces pompes peuvent être des pompes dédiées au recycle ou bien communes avec les pompes servant au lavage au méthane. 2. Recycle par compresseur de CH4. Le méthane résiduel soutiré à basse pression de la colonne CO/CH4 de la boite froide est vaporisé et réchauffé dans la ligne d'échange puis comprimé par un compresseur dédié pour être recycler comme charge. 3. Recycle par compresseur commun avec le gaz de flash. 4. Recycle par compresseur commun avec l'hydrogène rich gas sorti boite froide qui sert comme hydrogène d'hydrogénation du gaz naturel de charge. 15 Dans ce cas le mélange est recyclé en amont de l'unité de hydro désulfurisation. 5. Recycle par compresseur commun avec l'hydrogène pur sorti PSA qui sert comme hydrogène d'hydrogénation du gaz nature de charge. Dans ce cas le mélange est recyclé en amont de l'unité de hydro désulfurisation. 6. Recycle par compresseur commun avec le CO2 produit par l'unité 20 d'élimination de gaz acides. 7. Recycle par compresseur commun avec le gaz de charge (le CH4 recycle pouvant être pompé avant d'être comprimé ou pas). 8. Combinaison des différentes solutions (ex. 3 et 6, 7 et 3, etc.). 25 L'invention sera décrite en plus de détail en se référant à la Figure 1. Dans un souci de concision, cette figure montre un ensemble de solutions différentes couvertes par l'invention. L'usage d'une seule de ces solutions peut suffire. Un débit de gaz de charge 1 est envoyé à une unité de génération 5 de gaz de synthèse 7, par exemple du type SMR, ATR etc, éventuellement après compression dans 30 un compresseur 3. Cette unité est alimentée en carburant 41 dont une partie 39 peut provenir d'une source externe et une autre partie 37 peut provenir des traitements de gaz de synthèses en aval de l'unité de génération 5. Le gaz de synthèse 7 est envoyé éventuellement à une unité d'élimination de gaz acides 9 qui peut produire un gaz riche en dioxyde de carbone 45. Le gaz de synthèse éventuellement épuré en gaz acides 11 est envoyé à des adsorbeurs 13 pour être séché et épuré et le gaz formé 15 sert d'alimentation à une unité de séparation par distillation cryogénique 17. L'unité de séparation 17 est montrée de manière très schématique mais peut être un appareil de lavage au méthane comprenant une colonne de lavage au méthane 67, une colonne d'épuisement et une colonne de séparation de CO/CH4 19. Un exemple d'un appareil de ce genre, mais utilisant seulement deux colonnes, est donné dans � Industrial Gas Handbook � de F. Kerry, page 238. Un liquide riche en méthane peut être soutiré de la cuve de la colonne 19, pressurisé dans une pompe 21 (qui peut être la pompe d'envoi de méthane 65 à la colonne de lavage au méthane 67), vaporisé pour former un débit de gaz 23 et soutiré de la boîte froide de l'appareil de séparation 17. Ce débit 23 peut être recyclé à l'unité de génération 5 de diverses manières. Il peut être envoyé directement l'unité 5 sans compression. Sinon comme débit 49, il peut être mélangé au gaz de charge 1 et comprimé avec ce gaz dans le compresseur 3 d'alimentation de l'unité de génération 5. Il est également possible de soutirer le liquide riche en méthane de cuve de la colonne 19, de le vaporiser sans l'avoir pressurisé et de le soutirer comme débit 55. Ce débit peut être mélangé avec un autre fluide pour former un mélange, le mélange étant comprimé dans un compresseur et envoyé à l'unité de génération 5 comme gaz d'alimentation. Par exemple le compresseur 63 comprime un mélange de gaz riche en méthane 55 et au moins un des gaz suivants : un gaz riche en hydrogène 25, 27,31 provenant de l'appareil de séparation, en particulier de la colonne de lavage au méthane 67 et/ou de la colonne d'épuisement, un gaz riche en hydrogène produit par une unité d'adsorption 35 alimenté par un gaz 29 riche en hydrogène provenant de l'appareil de séparation 17. Le mélange 59 produit dans le compresseur 63 est recyclé en amont de l'unité de génération. Une autre possibilité consiste à utiliser le 53 pour comprimer un mélange de gaz riche en méthane 43 et au moins un des gaz suivants :un gaz riche en dioxyde de carbone provenant de l'unité d'élimination de gaz acides. Le mélange formé 61 est envoyé à l'unité de génération 5 comme alimentation. L'unité d'adsorption 35 de préférence de type PSA est alimenté par le gaz 29 provenant de l'unité de séparation 17 et produit un produit riche en hydrogène 39, éventuellement un gaz de recyclage 61 et éventuellement un gaz carburant 37 (éventuellement mélangé avec une partie 33 du gaz provenant de l'unité de séparation 17. Il sera compris que pour les versions où le fluide riche en méthane est comprimé autrement que par une pompe, l'appareil de séparation 17 peut être une unité fonctionnant autrement que par distillation cryogénique, par exemple par perméation ou par adsorption. En conclusion, le fluide riche en méthane peut être pressurisé i) soit par pompage éventuellement dans une pompe qui pompe également un fluide riche en méthane qui n'est pas destiné à être envoyé à la génération, par exemple à la colonne de lavage au méthane d'une unité cryogénique ii) soit par compression avec un gaz à recycler à l'unité de génération provenant d'une unité de traitement en aval de l'unité de génération et/ou avec le gaz de charge de l'unité de génération. Revendications1. Procédé de génération et de purification d'un gaz de synthèse dans lequel on génère un gaz de synthèse contenant de l'hydrogène, du monoxyde de carbone et du méthane dans une unité de génération (5) alimentée par un gaz de charge et un carburant (41), on purifie le gaz de synthèse dans un appareil de séparation (17) pour produire au moins un fluide enrichi soit en monoxyde de carbone soit en hydrogène et au moins un fluide enrichi en méthane, on pressurise le fluide enrichi en méthane après l'avoir mélangé à au moins un autre fluide du procédé et on envoie au moins une partie du mélange à l'unité de génération. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on purifie le gaz de synthèse dans un appareil de séparation cryogénique (17), on pressurise le fluide enrichi en méthane en pompant un liquide enrichi en méthane de l'appareil de séparation cryogénique, on vaporise au moins une partie du liquide pompé et on l'envoie à l'unité de génération. 3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on mélange le fluide enrichi en méthane avec un autre fluide dérivé d'un appareil (9,13,17) en aval de l'unité de génération pour produire un mélange gazeux, on comprime le mélange gazeux dans un compresseur (53,63) et on envoie le mélange à l'unité de génération. 4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel l'autre fluide est choisi entre un gaz riche en hydrogène dérivé de l'appareil de séparation et un gaz riche en dioxyde de carbone provenant d'une unité d'élimination de gaz acides traitant le gaz de synthèse destiné à l'appareil de séparation. 5. Procédé selon les revendications 1 à 4 dans lequel on mélange le fluide enrichi en méthane avec le gaz de charge de l'unité de génération pour produire un mélange gazeux, on comprime le mélange gazeux dans un compresseur (3) et on envoie le mélange à l'unité de génération. 6. Appareil de génération et de purification d'un gaz de synthèse comprenant une unité de génération (5) alimentée par un gaz de charge et un carburant, un appareil de séparation (17) pour produire au moins un fluide enrichi soit en monoxyde de carbone soit en hydrogène et au moins un fluide enrichi en méthane, des moyens pour envoyer un gaz de synthèse contenant de l'hydrogène, du monoxyde de carbone et du méthane de l'unité de génération à l'appareil de séparation, des moyens (3,21,53,63) pour pressuriser unmélange constitué par le fluide enrichi en méthane et au moins un autre fluide de l'appareil et des moyens pour envoyer au moins une partie du mélange à l'unité de génération. 7. Appareil selon la revendication 6 dans lequel l'appareil de séparation (17) est un appareil de séparation cryogénique, les moyens de pressurisation sont constitués par une pompe (21) et comprenant des moyens pour vaporiser une partie du liquide pompé et pour l'envoyer à l'unité de génération et éventuellement des moyens pour envoyer une autre partie du liquide pompé à une colonne de l'appareil de séparation cryogénique. 8. Appareil selon la revendication 6 comprenant des moyens pour mélanger le fluide enrichi en méthane avec un autre fluide dérivé d'un appareil (9,13,17) en aval de l'unité de génération, éventuellement l'appareil de séparation, pour produire un mélange gazeux, un compresseur (53,63), des moyens pour envoyer le mélange gazeux au compresseur pour former un mélange gazeux comprimé et des moyens pour envoyer le mélange gazeux comprimé à l'unité de génération. 9. Appareil selon la revendication 8 dans lequel l'appareil (9,13,17) en aval de l'unité de génération est d'une unité d'élimination de gaz acides traitant le gaz de synthèse destiné à l'appareil de séparation et l'autre fluide est un gaz riche en dioxyde de carbone provenant de 1' unité d'élimination de gaz acides traitant le gaz de synthèse destiné à l'appareil de séparation. 10. Appareil selon les revendications 6 à 9 comprenant un compresseur (3), des moyens pour mélanger au moins une partie du gaz de charge avec le fluide enrichi en méthane pour former un mélange gazeux, des moyens pour envoyer le mélange gazeux dans le compresseur et des moyens pour envoyer le mélange gazeux comprimé à l'unité de génération. 30