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" Conversion ".
Les nouvelles caractéristiques de la.présente invention sont entièrement comprises dans la description'suivante et les revendications se rapportant aux dessins ci-annexés.
La production d'hydrogène à partir du gaz naturel ou de gaz de raffinage par reformation dans le " procédé en tubes" comme on l'appelle, est bien connue dans le métier. Dans ce procédé, le catalyseur est contenu dans un groupe de tubes d'alliage élevé, qui fonctionnent en parallèle dans un foyer.
La quantité,de chaleur et le niveau de température requis sont donc obtenus par transfert à partir des gaz de combustion dans le foyer. Les catalyseurs préparés à partir de nickel métal-
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lique ou de nickel sur une matière de.support, ont été trouvés particulièrement utiles dans la réalisation de ce procédé qui peut être représenté par l'équation suivante pour le méthane.
EMI2.1
CH4 + H0 = Cl + 3H2e (1)
Lorsqu'on l'emploie pour la production d'hydrogène, le foyer de reformation est suivi d'une phase de conversion dans laquelle de la vapeur supplémentaire est utilisée pour conver- tir l'oxyde de carbone en hydrogène comme on l'a représenté par l'équation suivante :
EMI2.2
GO + H20 = c02 + H2 (2)
Le procédé de reformation peut également être utilisé pour préparer les mélanges H2-C0 ayant des rapports définis de H2 à C0, par la fourniture de C02 aussi bien que de vapeur au dispositif de reformation. Lorsqu'on utilise le méthane comme hydrocarbure typique, l'équation suivante illustre la production de gaz contenant un rapport de H2 à C0 de 2 à 1 :
EMI2.3
3CH + 2H 20 + C02 = 4C0 + SH2 (3)
Pour la préparation de gaz contenant un rapport de H2 à Co de 1 à 1, le méthane peut être reformé avec du C02 suivant l'équation suivante :
EMI2.4
CE4 + CO2 = 2CO + 2H 2 (4)
Les réactions précédentes sont toutes endothermiques et les équations sont simplement des illustrations des réactions principales effectuées.
Dans la pratique réelle,la conversion complète de méthane n'est pas obtenue pas plus que la sélecti- vité vers la formation de 100 % de Co comme on l'a indiqué par les équations. Du méthane non converti, un peu de C02 et d'eau apparaissent comme produits finaux etdonc les quantités four- nies de C02 et H20 doivent être réglées en conséquence.
Pour obtenir un haut degré de conversion des hydrocarbu- res utilisés dans le procédé, il est nécessaire d'opérer in- dustriellement à des niveaux de température de catalyseur de * Cette réaction est appelée " reformation ".
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par exemple 1400 - 1600. F. Les tubes sont évidemment à des températures quelque peu plus hautes et ainsi il est impossi- ble d'opérer à des pressions beaucoup plus hautes que la pres- sion atmosphérique à cause des caractéristiques de résistance des alliages employés, La haute température requise pour la réaction limite également la quantité de chaleur qui peut être transférée et limite ainsi la capacité de production du foyer à tubes.
Pour surmonter ces difficultés et permettre la production d'hydrogène ou de gaz contenant de l'hydrogène sous une pres- sion permettant donc de profiter de l'avantage de divers fac- teurs favorables qui sont décrits plus loin, on a proposé de faire fonctionner les foyers à tubes en les faisant suivre d'une phase d'oxydation et en combinaison avec celle-ci. Le foyer à tubes agira à un niveau de température inférieur à ce- lui employé habituellement pour que les tubes résistent de'ma- nière satisfaisante à la pression employée. Dans ces conditions le degré de conversion du gaz hydrocarbure utilisé dans le pro- cédé est cependant Inférieur à ce qu'on désire et une quantité considérable de méthane non transformé est contenu dans les gaz chauds quittant le foyer.
La température intérieure augmen- tera cependant la capacité de transfert de chaleur et ainsi la capacité de production du foyer.
Dans la phase d'oxydation, la oombustion partielle du méthane peut être représentée par l'équation suivante :
Ch4 + 02 = 00 + H2 + H20 (5) Cette réaction est évidemment exothermique.
La oombinaison de la réaction de combustion partielle avec la réaction de reformation peut être représentée, pour la production de gaz contenant un rapport de H2 à 00 de 1 à 1 par la combinaison des réactions (4) et (5). Si F représente les moléoules d'oxygène utilisées par molécule de méthane, on ob- tient l'équation suivante :
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EMI4.1
CH4 + F(0g) + (1-F)002 = (2-F)CO + (2-F)H2 + (F9Ha (6)
La réaction est ici encore théorique, vu que dans la pra- tique du méthane non converti, CO2 et plus d'eau que ce qui est indiqué apparaissent dans les produits finaux et pour obtenir le rapport moléculaire égal de CO-H2 représenté, il faut un réglage exact de CO2 et H20 dans les gaz d'alimentation.
On observera que lorsque F = 1 dans l'équation (6), la réaction revient à l'équation (5) et la conversion se fait entièrement par combustion partielle. Si F = 0, la réaction est égale à la réaction (4) et la conversion se fait entièrement par reforma- tion. Par l'usage approprié d'oxygène, on a trouvé qu'il est possible d'obtenir une combinaison de reformation et d'oxyda- tion qui est plus économique que l'une des deux réactions iso- lées.
Bien que les équations précédentes représentent l'emploi de la reformation-oxydation dans la production de gaz ayant un rapport de H2 à CO de 1 à 1, des équations analogues peuvent être utilisées pour illustrer la production de gaz ayant un rapport de 2 à 1. Le rapport n'est cependant pas limité à 1 à 1 ou 2 à 1 mais il peut être réglé largement pour couvrir et dépasser ces limites.
Le gaz partiellement reformé quittant le foyer sous pres- sion sera rassemblé dans une conduite générale appropriée et placé dans un récipient convenablement isolé contenant un ca- talyseur qui peut avoir une composition similaire à celle uti- lisée dans les tubes reformeurs. Le récipient peut contenir une série de lits de catalyseur séparés; si on le désire, un certain nombre de récipients peuvent être utilisés en série, chaque récipient comprenant un simple lit de catalyseur. Le gaz sera introduit dans le récipient au moyen d'un brûleur spécial auquel le gaz contenant l'oxygène est fourni. De l'oxygène sup- plémentaire peut être ajouté aux différents lits de catalyseur ou à l'admission des récipients si une série de récipients est
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utilisée.
La teneur en oxygène de ce gaz peut varier entre cel- le de l'air et 100 % d'oxygène, suivant le degré auquel l'éli- mination de l'azote diluant, hors du gaz produit, est désirable.
L'oxygène introduit de cette manière en quantités voulues élève la température des gaz par une combustion partielle. A cause de la haute température obtenue, la teneur en méthane du gaz final quittant le récipient d'oxydation peut être maintenue basse d'une manière satisfaisante.
A la suite du récipient d'oxydation ou dans la section supérieure du récipient d'oxydation, on a installé une chaudière à chaleur perdue qui réduira la température du gaz et ainsi Il gèle " la composition des gaz au niveau de température élevé utilisé dans le récipient d'oxydation. Les échangeurs de oha- leur et les réfrigérants sont employés après la chaudière à chaleur perdue ou dans le cas où le procédé est employé pour la production d'hydrogène seul, un convertisseur à oxyde de carbone peut être installé avant que le gaz soit finalement refroidi.
L'anhydride carbonique dans le gaz final peut être éli- miné au moyen d'un laveur employant des moyens olassiques.
Pour la production de mélanges hydrogène-oxyde de carbone utilisés dans la synthèse d'hydrocarbures, le gaz du procédé sera mélangé avec à la fois de l'anhydride carbonique et de la vapeur et l'excès ( 25 - 150 % ) est basé sur les deux gaz, vu qu'on a trouvé que l'anhydride carbonique est équivalent à la vapeur, molécule pour molécule. Les quantités relatives d"an- hydride carbonique et de vapeur utilisées dépendront évidemment de la teneur en carbone des hydrocarbures dans le gaz du procé- dé, utilisée ensemble avec le rapport d'hydrogène à oxyde de carbone désiré dans le gaz final et l'ampleur avec laquelle l'oxygène est utilisé dans le récipient d'oxydation. Dans tous les cas mentionnés plus haut, le mélange de réaction peut être réchauffé ou non.
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La traversée de gaz dans les tubes du récipient de refor- mation peut être de l'ordre de 500 à 4000 volumesde H2 plus CO théorique par volume de catalyseur par heure.
L'hydrogène plus le Co théorique est défini comme étant les molécules totales de H2 + CO obtenues par conversion com- plète des hydrocarbures avec la vapeur. Des températures maxima de fonctionnement du catalyseur de reformation, de l'ordre de 1300 - 1500 F sont utilisées dans la forme préférée de fonc- tionnement du procédé pour obtenir des conversions d'hydrocar- bures d'approximativement 65 - 85 %. A cesniveaux de tempéra- ture, la pression de fonctionnement peut être comprise entre 15 et 150 livres/pouce carré.
La traversée de la chambre d'oxydation peut également être comprise entre 500 et 4000 V/V/Hr ( sur la base indiquée plus haut )avec une température de fonctionnement minimum comprise entre 1500 F et 1800 F à des pressions de 15 à 150 livres par pouce carré, comme on l'a indiqué pour l'opération de reforma- tion.
De l'air ou de l'air enrichi ( réchauffé si on le désire ) contenant entre 21 et 100 % d'oxygène peut être ajouté à la chambre d'oxydation pour effectuer une conversion satisfaisante du méthane laissé dans le gaz quittant la chambre de reforma- tion. Dans le cas de production d'hydrogène-anhydride carboni- que, l'addition de gaz contenant de l'oxygène peut également être utilisée pour régler dans des limites données le rapport d'hydrogène à oxyde de carbone produit. On peut utiliser une quantité d'oxygène de l'ordre de 0,1 à 0,6 molécule par atome de carbone contenu dans les hydrocarbures du gaz du procédé fourni à l'unité d'oxydation ou de reformation, mais on préfère opérer dans des limites de 0,25 à 0,45 molécule d'oxygène par atome de carbone.
On a trouvé également que la capacité de production d'un dispositif de reformation à dimensions définies peut être
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augmentée sensiblement par le fait qu'on prévoit un plus grand usage d'oxygène dans la phase d'oxydation. Par exemple une unité de reformation par oxydation utilisant un dispositifde reformation en quatre seotions contenant 176 tubes de 4 pouces a une capacité de 24,0 pieds cubes par jour de CO + H2 produits à une concentration de 82,5 % à partir de gaz naturel à une pression d'environ 50 livres par pouce carré lorsque le gaz reformé plus l'air valent jusqu'à 0,175 molécule d'oxygène par atome de carbone du gaz naturel est envoyé à travers le dispo- sitif d'oxydation.
Avec le foyer de même dimension, la produc- tion peut être augmentée jusqu!à 44,0 pieds cubes par jour de, CO + H2 à la concentration et la pression précédente par emploi d'air enrichi contenant 37,1 % d'oxygène jusqu'à une teneur de 0,35 molécule par atome de carbone, Dans ce cas une installa- tion à oxygène est nécessaire pour fournir l'air enrichi. La quantité de gaz traitée dans le récipient de reformation est sensiblement la même dans les deux cas..Cependant dans le cas où de l'air enrichi.est utilisé, le gaz naturel équivalent à celui fourni au foyer de reformation est simplement réchauffé jusqu'à 1000 - 1200 F, par échange de chaleur, et ce gaz ré- chauffé est fourni en même temps que le gaz partiellement re- formé, plus l'air enrichi, au récipient d'oxydation.
La quanti- té d'oxygène fournie au récipient d'oxydation est insuffidante pour brûler tout le méthane mais néanmoins des températures de combustion exagérément hautes ne peuvent être obtenues si des moyens appropriées pour l'addition de l'oxygène ne sont pas prévus. Comme on l'a mentionné précédemment et suivant l'am- pleur avec laquelle l'oxygène est utilisé, le récipient d'oxy- dation peut contenir des lits séparés avec des mesures pour le mélange des gaz passant à travers avec l'oxygène supplémentaire, à l'admission de chaque lit, ou une série de récipients d'oxy- dation peut être employée avec des moyens pour l'addition et le mélange à l'admission de chaque récipient.
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En plus des méthodes précédentes pour le réglage des tem- pératures maxima dans la chambre d'oxydation jusqu'à une tempé- rature de l'ordre de 1800 - 2500 F et de préférence 1800 - 2200 F, on peut faire usage de catalyseur en poudre ou fine- ment dispersé dans un récipient d'oxydation du type à fluide.
Dans ce type de récipient de réaction, les réactions de combus- tion exothermiques ont lieu en même temps que les réactions de reformation endothermique et un équilibre satisfaisant est ob- tenu entre elles. Ceci est possible à cause de l'action " de volant " du catalyseur fluide par la dispersion rapide de la chaleur de combustion vers toutes les parties du récipient de réaction dans lesquelles la reformation, qui requièrt de la chaleur a lieu. Un réglage de température satisfaisant est ain- si obtenu.
Dans l'exemple cité, la moitié du gaz naturel a été en- voyée à travers le récipient de reformation et la moitié a été simplement réchauffée avant l'entrée dans la chambre d'oxyda- tion. Evidemment d'autres combinaisons peuvent être utilisées suivant l'ampleur avec laquelle l'oxygène est utilisé.
Aux dessins ci-annexés on a montré schématiquement à la figure 1 la disposition d'un appareil dans lequel l'invention peut être mise en pratique et à la figure II, une variante de celui-ci. Des chiffres de référence analogues se rapportent aux parties semblables dans les deux figures. si l'on se reporte en détail à la figure I, on voit que l'on a introduit dans le présent système du gaz naturel, CO2 et de la vapeur par les conduites 1, 3 et 5 respectivement. Au lieu d'employer du gaz naturel, on peut utiliser du méthane ou n'im- porte quel hydrocarbure normalement gazeux contenant 1 à 4 ato- mes de carbone dans sa molécule et qui a une teneur en soufre suffisamment faible. Si nécessaire, on peut employer une phase de désulfurisation par le gaz du procédé.
Ces gaz peuvent égale- ment contenir de l'anhydride carbonique, de l'hydrogène, de
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l'azote et de l'oxyde de carbone, aucun de ceux-ci n'étant su- jets'à objection. Dans certains cas, il peut être économique d'employer une fraction d'essence à gamme de points d'ébulli- tion étroite. Dans ce cas, des catalyseurs spéciaux peuvent être employés qui sont plus résistants au dépôt de coke prove- nant des hydrocarbures à haut point d'ébullition. Une réunion de ces courants ( hydrocarbure,'C02 et vapeur ) est effectuée dans la conduite 6 et le mélange est envoyé à travers un ré- ohauffeur 10, où il est chauffé à une température d'environ 1000 F, et ensuite il est entraîné à travers un tuyau 12 et de là déchargé dans un foyer de reformation 13 contenant un certain nombre de tuyaux ou de conduites 14.
Une forme préfé- rée de foyer est un foyer qui, comme on l'a Indiqué précédem- ment, consiste en quatre sections, chacune contenant 44 tubes à diamètre intérieur de 4 pouces. Vu que la réaction de refor- mation de méthane pour former de l'hydrogène et du CO est endo- thermique, il est nécessaire que de la chaleur soit fournie, et, à cette fin, on a introduit un oombustible par la conduite 15 et au moyen d'une conduite générale 16, on a fourni le combus- tible à une série de brûleurs à gaz désignés par 35a, 35b,35o et 35d.
On peut évidemment profiter de la chaleur des gaz de oarneau quittant le foyer pour alimenter les brûleurs avec de l'air réchauffé. Le foyer du dispositif de reformation 13 est actionné de telle manière que la température de sortie est d' environ 1400 F, et une pression d'environ 50 livres par pouce carré est maintenue dans la conduite générale collectrice de sortie à partir des tubes de reformation 14. Dans ces condi- tions, seulement une partie des hydrocarbures du gaz naturel fourni au récipient de reformation, est transformée en CO et en hydrogène. Une matière non convertie apparaît sous forme de méthane dans le gaz quittant les tubes. La matière quittant le récipient de reformation est pour cette raison transportée vers une chambre d'oxydation 20 par une conduite générale 19.
Le gaz
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contenant de l'oxygène, nécessaire pour le " nettoyage " ou pour la conversion essentiellement complète du méthane est fourni par une conduite 18 qui traverse le foyer 13 de la cham- bre de reformation dans le but de réchauffer ce gaz jusqu'à une température d'environ 500 - 1000 F, après quoi le gaz chauffé est entraîné et décharge dans une conduite générale 22 portant des tuyaux de branchement qui déchargent le gaz ré- chauffé dans la chambre d'oxydation 20, en des points espacés comme on l'a indiqué au dessin. Une partie du gaz peut être mélangée avec les gaz produits à partir de la chambre de re- formation avant que ces derniers n'entrent dans la chambre d'oxydation.
Dans la chambre d'oxydation 20 qui contient un catalyseur qui peut être le même que celui employé dans la chambre de reformation, ou tout autre catalyseur approprié, le gaz contenant de l'oxygène transforme le méthane non trans- formé en CO et hydrogène, une température minimum d'environ 1600 F régnant dans la chambre d'oxydation. Les gaz produits sont retirés de la chambre d*oxydation à travers une chaudière à chaleur perdue 30, où les gaz sont refroidis jusqu'à une tem- pérature d'environ 800 F, après quoi ils sont retirés par une conduite 31, refroidis si c'est nécessaire et éventuellement débités à une installation où ils sont employés comme gaz d' alimentation dans la fabrication d'hydrocarbures.
Si de l'air est employé comme gaz-oxydant entrant dans la conduite 18, les gaz produits dans la conduite 31 contiendront évidemment de l'azote mais contiendront également évidemment H2,CO2,CO, de la vapeur et peut être de faibles traces d'oxygène, on est ha- bitué dans le métier à l'enlèvement de vapeur, de CO2 et à la conversion du CO en hydrogène et CO2 par la vapeur, et il n'est pas nécessaire de décrire ces procédés de purification en dé- tails. Il sera nécessaire de limiter la quantité d'azote in- troduite avec le gaz oxydant à une quantité tolérable dans le gaz final, gaz qui peut être employé directement dans la syn-
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thèse ou peut être refroidi pour éliminer l'eau et, si c'est nécessaire, le CO2 peut être éliminé.
Dans le cas où les gaz produits doivent avoir une concentration en CO + H2 élevée, de l'oxygène pratiquement pur peut être utilisé comme agent oxy- dant dans la chambre de réaction 20.
Pour une réalisation économique, l'ingénieur expérimenté remarquera que de nombreux appareils accessoires de mécanique comprenant des échangeurs de chaleur, des moyens de commande d'écoulement, des pompes, des compresseurs et des instruments analogues seront nécessaires pour conserver la chaleur, oomman- der la température, les vitesses d'écoulement, et analogues.
On a supprimé du dessin tous ces appareils accessoires dans un but de simplicité mais, plus particulièrement, pour attirer l'attention sur l'objet même de l'invention. Toutefois, on comprendra que la présente invention peut comprendre l'em- ploi de tous les accessoires de mécanique, procédés et dispo- si'tifs connus qui permettent la réalisation de la présente in- vention d'une manière pratique et économique du point de vue de l'art de l'ingénieur.
A la figure II, on a représenté une variante dans laquel- le une partie du gaz hydrocarbure du procédé est envoyée direc- tement dans la chambre d'oxydation. Ainsi, par exemple, une partie de ce gaz, qui peut être du méthane ou du gaz naturel, entre dans le système par la conduite la passe ensuite à tra- vers le réchauffeur 10a et est ensuite envoyé par la conduite 12a dans la conduite 19, en contournant donc le foyer de la chambre de reformation 13.
Une autre partie du mélange de gaz du procédé, de la vapeur et du CO2 peut être envoyée par la conduite 7 à travers un éohangeur de chaleur dans la partie supérieure de la chambre d'oxydation 20 et cette partie peut être ensuite retirée par la conduite 12b et déchargée dans la conduite générale, conjointement avec le tube 14 dans la cham- bre de reformation, le but du passage d'une partie de la matière
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à travers la partie supérieure de la chambre d'oxydation 20 étant évidemment d'enlever de la chaleur du sommet de la cham- bre d'oxydation, Suivant l'invention, on préfère limiter le gaz, qui sert à l'échange de chaleur dans la chambre d'oxyda- tion, à la vapeur et au CO2 requis par la chambre de reforma- tion en chargeant la partie restante du gaz du procédé,
consti- tuée de méthane ou de gaz naturel mélangé avec n'importe quelle quantité de CO2 supplémentaire et/ou de la vapeur, si c'est né- cessaire, par la conduite 6, à travers le réchauffeur 10 et, de là, dans la chambre de reformation 13 exactement comme dans le procédé de la figure I. A part cela, l'opération de la figure II est effectuée de la même manière que celle représentée à la figure I. En ce qui concerne la chambre d'oxydation 20, on peut remarquer qu'au lieu d'utiliser le ou les lita stationnai- res de catalyseur représentés à la figure I, on peut employer une série de récipients ou un récipient de réaction à fluide comme on l'a représenté à la figure II. En d'autres termes, la chambre de réaction 20 de la figure II contient une suspension dense de catalyseur en poudre dans la matière gazeuse.
Par é- coulement des gaz vers le haut, par exemple à travers une gril- le G placée à la partie inférieure de la chambre d'oxydation, à une vitesse de 1/2 à 10 pieds par seconde, de préférence de 1 1/2 à 3 pieds par seconde lorsque la dimension des particules de catalyseur est de 100 - 400 mailles, on forme, suivant l'in- vention, une masse fluide, turbulente, dense, de catalyseur qui, à cause de sa turbulence, tendra à avoir une température uni- forme dans toute la masse et fournira un bon réglage de tempé- rature.
On se rappellera que les températures dans la chambre d'oxydation 20 sont assez élevées et qu'il est désirable évi- demment d'empêcher les endroits chauds et de maintenir une tem- pérature uniforme, et, comme on l'a indiqué, une masse fluide de catalyseur est particulièrement adaptée pour fournir ce type de réglage.
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On notera en outre que la chambre d'oxydation 20 de la figure I peut également fonctionner comme chambre de réaction à fluide, comme on l'a décrit précédemment à propos de la cham- bre d'oxydation 20 de la figure II. En d'autres termes, la chambre d'oxydation 20 de la figure I ou de la figure II peut fonctionner comme ohambre de réaction du type à lit stationnai- re, ou bien dans l'un ou l'autre cas, la chambre de réaction 20 peut contenir une masse fluidifiée de catalyseur. On com- prendra qu'en corrélation avec une masse fluide de catalyseur, il est nécessaire d'employer des séparateurs oentrifuges et/ou des séparateurs électriques pour séparer de la vapeur le cata- lyseur entraîné; ceux-ci étant connus dans le métier, on né les a pas représentés au dessin.
On a indiqué ci-dessous les conditions de fonctionnement donnant de bons résultats et oelles donnant les meilleurs ré- sultats.
EMI13.1
<tb>
Limites <SEP> générales <SEP> Limites <SEP> préférées
<tb>
<tb> Chambre <SEP> de <SEP> reformation
<tb>
<tb> Pression <SEP> ( <SEP> sortie <SEP> ) <SEP> atm-300 <SEP> psig <SEP> 15-150 <SEP> psig
<tb>
<tb> Température <SEP> ( <SEP> maximum <SEP> du
<tb>
EMI13.2
catalyseur ) 1600-1000 F. 1500-13000 F.
EMI13.3
<tb> Excès <SEP> H2O <SEP> et/.ou <SEP> CO2 <SEP> 25-150 <SEP> % <SEP> 25-100 <SEP> % <SEP>
<tb> Débit <SEP> V/V/Hr <SEP> (00 <SEP> + <SEP> H2) <SEP> oalcule <SEP> d'après <SEP> les <SEP> hydrocarbures <SEP> totaux <SEP> fournis
<tb>
EMI13.4
à ti0n j la chambre de reforma- 500-4000 1000-350ox (ioÉ Ô 500-000 1000-3500
EMI13.5
<tb> Rapport <SEP> H2O <SEP> à <SEP> CO2 <SEP> fourni <SEP> à <SEP> Suivant <SEP> le <SEP> rapport <SEP> H2 <SEP> CO <SEP> désiré
<tb> la <SEP> chambre <SEP> de <SEP> reformation <SEP> dans <SEP> le <SEP> gaz <SEP> final <SEP> ainsi <SEP> que <SEP> le
<tb> rapport <SEP> C <SEP> H <SEP> du <SEP> gaz <SEP> du <SEP> procédé <SEP> et
<tb> la <SEP> quantité <SEP> d'oxygène <SEP> utilisé <SEP> . <SEP>
<tb>
Limites <SEP> 0,25-6,0.
<tb>
<tb>
Conversion <SEP> de <SEP> carbone <SEP> (fourni <SEP> à <SEP> la <SEP> chambre <SEP> de <SEP> reformation) <SEP> 50-90 <SEP> % <SEP> 65-85 <SEP> %
<tb>
<tb> % <SEP> de <SEP> produotion <SEP> totale
<tb>
<tb> H2-CO <SEP> 20-85 <SEP> % <SEP> 30-75 <SEP> % <SEP>
<tb>
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EMI14.1
<tb> Limites <SEP> générales <SEP> Limites <SEP> préférées
<tb>
<tb> Chambra <SEP> d'oxydation
<tb>
<tb> Pression <SEP> ( <SEP> sortie <SEP> ) <SEP> atm-300 <SEP> psig <SEP> 15-150 <SEP> psig
<tb>
<tb> Température <SEP> minimum <SEP> 1400-2000 <SEP> F. <SEP> 1500-1800 <SEP> F.
<tb>
<tb>
Température <SEP> maximum <SEP> 1800-2500 <SEP> F. <SEP> 1800-2200 <SEP> F.
<tb>
<tb>
Débit <SEP> V/V/Hr <SEP> (H2+ <SEP> CO
<tb> calculé <SEP> sur <SEP> la <SEP> fourniture <SEP> totale <SEP> d'hydrooarbure <SEP> à <SEP> la <SEP> chambre <SEP> de <SEP> reformation <SEP> plus <SEP> la <SEP> chambre <SEP> d'oxydation) <SEP> 500-4000 <SEP> 1000-3500*
<tb>
<tb> Conversion <SEP> de <SEP> carbone
<tb> ( <SEP> Générale <SEP> 50-100 <SEP> % <SEP> 90-99 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Molécules <SEP> d'oxygène/atome
<tb> C <SEP> ( <SEP> dans <SEP> les <SEP> hydrocarbures <SEP> totaux <SEP> ) <SEP> Or <SEP> 1-0;
<SEP> 6 <SEP> 0,25-0,45
<tb>
<tb> Concentration <SEP> en <SEP> oxygène <SEP> 21-100 <SEP> % <SEP> 21-95 <SEP> %
<tb>
<tb> % <SEP> de <SEP> production <SEP> totale
<tb> H2-CO <SEP> 80-15 <SEP> % <SEP> 70-25 <SEP> % <SEP>
<tb>
Par exemple une vitesse dans l'espace de 1000 V/V/Hr de H2 + Co utilisant du méthane pur comme gaz d'alimentation, né- cessite l'emploi de 1000/4 = 250 V/V/Hr de méthane;CH4 + H2O - CO + 3H2O
Si de l'éthane pur constitue entièrement le gaz d'alimen- tation 1000= 143 V/V/Hr d'éthane seraient requis;
ainsi
7 ce 6 + 2H20 - 2 CO + 5H2 On notera que les vitesses d'alimentation données sont basées sur 100 % de conversion d'hydrocarbures fournis à la chambre de reformation, circonstance qui ne se produit pas ordinaire- ment. Cette méthode d'expression des vitesses d'alimentation est cependant habituelle dans le métier. Bien que les gaz hydro- carburés utilisés industriellement soient généralement des mé- langes d'hydrocarbures normalement gazeux, l'opérateur fixera la vitesse d'alimentation d'un gaz donné suivant sa composition réelle et les débits donnés plus haut.
Pour récapituler, la présente invention comprend des per- fectionnements dans la formation du gaz contenant CO + H2 - gaz
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qui peut être adapté à l'emploi dans le procédé de synthèse d'hydrocarbures dans lequel le rapport de l'hydrogène au CO peut être facilement réglé de 2 à 1 à 1 à 1 et même plus bas ou plus haut si on le désire.
L'essence de l'invention réside dans les caractéristiques suivantes :
1. ) Une conversion en deux phases, dans la première phase de laquelle des gaz de production contenant de la vapeur, des hydrocarbures et du CO2, si on le désire, sont soumis à la re- formation en présence d'un catalyseur approprié et à une pres- sion supérieure à la pression atmosphérique pour donner un pro- duit contenant CO, H2, CO2, H2O et un peu de gaz hydrocarburé, et ensuite le passage de ce produit à travers une zone dtoxy- dation où il est en contact aveo un gaz contenant de l'oxygène @ libre pour transformer au moins une partie du gaz hydrocarbure @ restant en 00 et H2 à des températures plus élevées que celles employées dans la première phase et à une pression supérieure à la pression atmosphérique,
égale ou inférieure ( à cause de la chute de pression ) à celles de la première phase.
2.) Une autre caractéristique, qui s'ajoute à oelle don- née Immédiatement ci-dessus, comporte le soindage du courant d'alimentation de gaz de production hydrocarbure et le refoule- ment simplement d'une partie de oelui-ci à travers la phase de reformation aveo de la vapeur et/ou du CO2, si on le désire, tandis qu'on envoie le restant du gaz directement vers la zone @ d'oxydation.
Un des avantages principaux de l'invention oonsiste en ce fait que par l'emploi combiné de la reformation et de l'oxyda- tion, il est possible de produire des mélanges de H2-CO et éga- lement de H2-N2 sous pression et à des températures plus élevées que celles qu'on peut obtenir par transfert indirect de chaleur ( en utilisant.seulement le foyer de reformation ). L'oxygène réduit la quantité de chaleur qui doit être transférée dans le foyer de reformation, ce qui donne une économie de la surface
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de tubes d'alliage coûteux, requise dans cet appareil. La tem- pêrature la plus élevée obtenue par chauffage direct avec l'oxy- gène favorise la conversion complète du méthane et une teneur en anhydride carbonique plus faible dans le gaz produit.
Vu que dans la chambre d'oxydation il y a une combustion ordinaire qui se produit en même temps que la reformation, il y a quelque danger qu'on atteigne des températures excessives.
Pour éviter ces températures excessives dans la zone d'oxydation, où un ou des lits stationnaires du catalyseur sont employés, il peut être souhaitable d'utiliser un catalyseur fluide qui agira comme une sorte de Il volantou de " réservoir " pour emmagasiner la chaleur dégagée pendant l'oxydation, pour l'em- ployer dans la réaction endothermique de reformation des hydro- carbures résiduels, ce qui règle la température par équilibre des deux types de réaction, l'une par rapport à l'autre.
REVENDICATIONS.
1.) Le procédé de fabrication d'un mélange de CO et H2, qui comprend la mise en réaction dans une première phase en présence d'un catalyseur approprié, d'un mélange de vapeur, d'hydrocarbures normalement gazeux et d'anhydride carbonique, à des températures élevées et sous une pression supérieure à la pression atmosphérique pour former un produit contenant CO, H2, 002 et des hydrocarbures non transformés, et ensuite le passage de ce produit à travers une zone d'oxydation où il vient en contact avec un gaz contenant de l'oxygène libre pro- voquant la combustion et la libération de chaleur, ce par quoi la partie restante d'hydrocarbures est largement convertie en CO et en hydrogène.