Patent WO-2010016027-A3 (WO)
Title: Réacteur catalytique autothermique avec un profil de température plat pour la production d'hydrogène à partir d'hydrocarbures légers
Inventor: PALMA VINCENZO
IPC: C01B3/38
Filed: 2009-08-06
Abstract: La présente invention porte sur la fabrication d'un réacteur catalytique gaz-solide hétérogène actionné dans des conditions autothermiques, mais caractérisé par un profil de température plat, devant être utilisé dans la production distribuée d'hydrogène, obtenu par conversion catalytique d'hydrocarbures légers, d'air et d'eau. Le réacteur autothermique (ATR) dans son ensemble consiste en une zone centrale où le catalyseur structuré est positionné, en une zone où les réactifs, préchauffés auparavant par les gaz effluents du réacteur, se rencontrent et se mélangent, et de deux échangeurs de chaleur pour récupérer la chaleur sensible de gaz de sortie par les réactifs froids. Cette configuration de système permet d'alimenter le réacteur directement par des réactifs froids à la température ambiante de la pièce, en particulier avec de l'eau en phase liquide, laquelle est vaporisée et chauffée directement par la chaleur sensible des produits de réaction. Les conditions de fonctionnement du réacteur en termes de température sont clairement fixées par le choix des rapports d'alimentation O 2 /C(x), H 2 O/C(y) et par la vitesse spatiale (GHSV). Les valeurs typiques des rapports d'alimentation tombent dans les plages de 0,3-1 et 0,5-2 respectivement pour x et y, alors que la vitesse spatiale est comprise entre 10 000 et 200 000 h -1 , correspondant à des temps de contact variables à l'intérieur de la plage de 20-400 millièmes de seconde. D'une manière générale, dans des réacteurs ATR typiques utilisés industriellement, les profils de température dans le lit catalytique sont caractérisés par des gradients importants entre les sections d'entrée et de sortie (habituellement même supérieurs à 200°C). La formation de tels gradients est due à au moins trois facteurs qui opèrent d'une manière simultanée. En fait, le premier facteur se rapporte au mécanisme intrinsèque par lequel la réaction de reformage autothermique a lieu sur la surface de catalyseur, un second, aux caractéristiques typiques de mauvais conducteurs de la chaleur des supports de catalyseur normalement utilisés, et le troisième, aux conditions de dynamique des fluides qui s'établissent dans le lit catalytique, consistant typiquement en particules tassées. Cette invention utilise simultanément trois actions visant à limiter les effets négatifs des trois facteurs énumérés ci-dessus, de façon à obtenir l'aplatissement du profil de température de façon à optimiser le fonctionnement du réacteur ATR à la fois en termes d'énergie et d'activité catalytique. En particulier, la proposition se rapporte aux trois actions suivantes : 1. l'adoption d'un catalyseur formulé de façon spécifique de façon à favoriser un mécanisme de réaction de « type direct », par opposition aux catalyseurs couramment utilisés qui fonctionnent par un mécanisme indirect 2. l'utilisation et la fabrication du catalyseur sur un support structuré avec une porosité élevée et une tortuosité élevée, et caractérisé par une conductivité thermique élevée telle que le fecralliage et/ou du carbure de silicium enrobé par des métaux nobles insérés dans une structure chimique du type pérovskite avec la formule BaZr 1-x (métal noble) X O 3 . 3. l'adoption d'un lit catalytique à géométrie à écoulement radial plutôt qu'axial, de façon à optimiser de façon locale le temps de contact dans le lit catalytique.