FR2531944A1 - Appareil de reforming de combustible a base d'hydrocarbure en un gaz riche en hydrogene - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL DE REFORMING DE COMBUSTIBLE COMPORTANT PLUSIEURS TUBES 4 REMPLIS DE CATALYSEUR CHAUFFES A TEMPERATURE ELEVEE A PARTIR DE L'EXTERIEUR POUR TRANSFORMER LE COMBUSTIBLE 12 EN GAZ 17 CONTENANT DE L'HYDROGENE EN TANT QUE CONSTITUANT PRINCIPAL. LE PROBLEME RESOLU CONSISTE A AMELIORER LE FONCTIONNEMENT EN REDUISANT LES FRAIS DE CONSTRUCTION ET D'ENTRETIEN. L'APPAREIL EST CARACTERISE EN CE QUE LES TUBES REMPLIS DE CATALYSEUR 4 SONT DISPOSES DANS UN LIT FLUIDISE 24. L'INVENTION EST APPLICABLE NOTAMMENT A LA PRODUCTION DE GAZ DESTINE AUX PILES A COMBUSTIBLE ET A L'OBTENTION DE FORCE MOTRICE.

Description

"Appareil de reforming de combustible à base d'hydrocarbure

en un gaz riche en hydrogène".

L'invention a pour objet un appareil de reforming de combustible du type comportant plusieurs tubes

remplis de catalyseur agencés pour être chauffés à tempéra-

ture élevée par chauffage extérieur, de manière à transfor-

mer par reforming, le combustible en gaz contenant de l'hydro-

gène en tant que constituant principal, ce coibustible passant dans chacun des tubes remplis de catalyseur

L'expression appareil de reforming de com-

bustible désigne un appareil pour convertir un combustible à base d'hydrocarbure en un gaz contenant de l'hydrogène en tant que constituant principal Un grand nombre d'appareils de reforming de combustible du type mentionné ci-dessus ont

été installés jusqu'à maintenant dans les usines chimiques.

Pour faciliter la compréhension de la pré-

sente invention, il est utile de décrire brièvement un appareil

de reforming de -combustible actuellement connu.

La fig 1 représente schématiquement un appa-

reil de reforming de combustible classique L'appareil de reforming de combustible le plus répandu est un appareil de reforming à la vapeur dans lequel le reforming du combustible est effectué au moyen des étapes dans lesquelles on ajoute de la vapeur à un combustible tel que CH, ou sinilaire,on fait passer le nrlange de cobusible et de vapeur à travers une couche de catalyseur à température élevtée, par exemple comrrise entre 750 et 900 'C pour le transformer par reforming en un gaz contenant de l'hydrogène en tant que constituant principal, on transforme l'oxyde de carbone résiduel en Co 2 à l'aide d'un convertisseur de CO et on élimine le CO 2 pour obtenir

une grande pureté du gaz contenant de l'hydrogène.

De façon précise, un combustible tel que

CH 4 ou similaire, fourni à partir d'une source d'alimenta-

tion située à l'extérieur de l'installation de reforming de combustible représenté sur la fig 1 est d'abord désulfuré dans un appareil de désulfurisation 1 puis on lui ajoute de 2- la vapeur 2, de sorte que le mélange de combustible et de

vapeur est envoyé dans une série de tubes 4 remplis de ca-

talyseur, ces tubes étant disposés dans un four de reforming

à la vapeur 3 Les tubes 4 remplis de catalyseur sont chauf-

fés à une température élevée comprise entre 750 et 900 'C par la chaleur radiante émise par les surfaces des parois du four de reforming à la vapeur 3, ces surfaces étant chauffées

en faisant fonctionner plusieurs brûleurs 5 Lorsque le mé-

lange de combustible et de vapeur passe à travers une cou-

che de catalyseur dans chacun des tubes 4 remplis de cata-

lyseur, il subit un reforming le transformant en un gaz con-

tenant de l'hydrogène Le gaz de reforming 6 contenant de l'hydrogène en tant que constituant principal est soumis à un échange de chaleur dans un tube chauffant 7, dans lequel l'échange de chaleur a lieu entre le gaz de reforming 6 et

de l'eau 2 ' qui est envoyée au tube chauffant 7 à partir d'u-

ne source d'approvisionnement située à l'extérieur de l'ins-

tallation de reforming de combustion Le gaz est ensuite in-

troduit dans un convertisseur de CO 8 dans lequel l'oxyde de carbone résiduel est transformé en CO 2 Après avoir quitté le convertisseur de CO 8, le gaz de reforming pénètre dans une tour 9 d'absorption de CO 2 dans lequel le gaz carbonique résiduel est éliminé On obtient ainsi de l'hydrogène 10 de grande pureté qui sort de l'installation du reforming de combustible D'autre part, les gaz de combustion 11 provenant du four 3 de reforming à la vapeur sont soumis à un échange de chaleur dans une partie d'échange de chaleur 7 ' dans laquelle l'échange de chaleur est effectué entre les gaz de combustion 11 et la vapeur 2 produite dans le tube chauffant 7 Les gaz

sont ensuite évacués dans l'atmosphère extérieure.

Cependant, on a constaté que l'appareil de

reforming de combustible classique, construit comme décrit ci-

dessus, présente les inconvénients ci-après 1) Les tubes 4 remplis de catalyseur du four de reforming à la vapeur sont soumis à une température très -3 - élevée et la matière métallique résistante à la chaleur qui les constitue fonctionne' donc obligatoirement dans des conditions critiques Pour cette raison, ils ont tendance à se rompre lorsqu'ils subissent une charge thermique quelconque localement accrue ou une répartition de la température non uniforme Il

en résulte alors une fuite de gaz On est donc obligé de conce-

voir le four de reforming à la vapeur avec une charge thermique notablement réduite et pour garantir que la charge thermique soit uniformément répartie sur le four, celui-ci est construit avec de plus grandes dimensions et un grand nombre de br leurs montés sur les parois En conséquence, le four de reforming à

la vapeur classique est de fabrication onéreuse et il faut beau-

coup d'espace pour son installation.

2) Après avoir quitté les tubes 4 remplis de catalyseur les gaz de combustion sont habituellement soumis

à un échange de chaleur dans un échangeur o l'échange de cha-

leur est effectué entre les gaz de combustion et l'eau (vapeur) mais aucune récupération de chaleur n'est effectuée dans la zone de plus basse température du conduit de sortie Le fout de reforming à la vapeur classique fonctionne donc avec un faible

rendement thermique.

3) Pour garantir que le four fonctionne avec une charge thermique réduite et uniformément répartie

dans son étendue, les tubes remplis de catalyseur sont habituel-

lement chauffés de façon indirecte par les parois chauffantes

du four revêtues'de matière réfractaire, ces parois étant chauf-

fées au moyen de plusieurs brûleurs Pour protéger la matière

réfractaire, il est nécessaire de réduire la vitesse de varia-

tion de la température lorsque le four est mis en fonctionne-

ment ou arrêté Cela signifie qu'il faut beaucoup de temps pour

que le four soit mis en fonctionnement ou arrêté.

4) La charge minimale est habituellement déterminée à 50 % environ Le four fonctionne donc à une charge

fortement réduite et seulement avec de grandes difficultés.

) Etant donné que le four de reforming à la vapeur classique est conçu pour des conditions de pression

de fonctionnement normales, il est construit avec de plus gran-

des dimensions De plus, étant donné qu'il est en dépression, il est nécessaire de monter un ventilateur soufflant du type

à induction.

En conséquence, -la présente-invention a

été faite en gardant présents à l'esprit les inconvénients ci-

dessus de l'appareil de reforming de combustible classique et elle a pour but de créer un appareil de reforming de combustible

perfectionné ayant des caractéristiques de fonctibnnement excel-

lentes et pouvant être fabriqué à un prix réduit -

A cet effet, l'invention concerne un appa-

reil de reforming de combustible du type ci-dessus caractérisé en ce que les tubes remplis de catalyseur sont disposés dans

un lit fluidisé.

Les avantages essentiels de l'appareil de

reforming de combustible conforme à l'invention sont les sui-

vants: 1) Il est construit avec de plus faibles dimensions, l'espace nécessaire à son installation est réduit

le plus possible et son fonctionnement est économique.

2) La récupération de la chaleur des gaz

brûlés a lieu effectivement et il fonctionne donc avec un ren-

dement thermique élevé.

3) Il peut être mis en fonctionnement ou

arrêté dans une période de temps très courte.

4) Il peut fonctionner avec une charge ther-

imique notablement réduite.

Pour atteindre le but mentionné précédemment,-

on a effectué divers travaux de recherche et de mise au point.

A lasuite de ces travaux de recherche et de mise au point, on a trouvé que le but pouvait être atteint de façon satisfaisante

en utilisant un système à lit fluidisé pour l'appareil de re-

forming de combustible, plusieurs tubes remplis de catalyseur étant disposés dans le lit fluidisé de manière à permettre leur chauffage à partir de ce lit, un réchauffeur d'air étant en outre monté dans la zone des bassesitempératures dans le conduit à travers lequel s'écoulent les gaz brûlés vénant du four de reforming à la vapeur, ce réchauffeur d'air servant d'échangeur de chaleur dans lequel l'échange de chaleur est effectué entre les gaz de combustion et l'air de combustion pour récupérer

la chaleur de ces gaz.

Suivant un mode de réalisation, l'invention concerne un appareil de reforming de combustible perfectionné

du type comportant plusieurs tubes remplis de catalyseur agen-

cés pour être chauffés à température élevée à partir de l'exté-

rieur, de manière à transformer par reforming le combustible

en gaz contenant de l'hydrogène en tant que constituant princi-

pal, ce combustible passant dans chacun des tubes remplis de catalyseur, le perfectionnement consistant en ce que les tubes

remplis de catalyseur sont disposés dans un lit fluidisé.

En outre, suivant un autre mode de réalisa-

tion, l'invention concerne un appareil de reforming de combus-

tible perfectionné du type ci-dessus dans lequel le perfection-

nement consiste en ce que les tubes remplis de catalyseur sont

disposés dans un lit fluidisé et en ce qu'un échangeur de cha-

leur est monté en un emplacement prédéterminé, un échange de chaleur ayant lieu dans cet échangeur entre des gaz de combustion

sortant et de l'air de combustion entrant.

En outre, suivant un autre mode de réalisa-

tion, l'invention concerne un appareil de reforming de combusti-

ble perfectionné du type ci-dessus, dans lequel le perfectionne-

ment consiste en ce que les tubes remplis de catalyseur sont

disposés dans un lit fluidisé et en ce qu'il est prévu un passa-

ge de recyclage dans lequel on recycle sous pression une partie

des gaz de combustion prélevée dans un conduit d'évacuation.

En outre, suivant un autre mode de réalisa-

tion, l'invention concerne un appareil de reforming de combusti-

ble perfectionné du type ci-dessus, dans lequel le perfectionne-

ment consiste en ce que les tubes remplis de catalyseur sont.

disposés dans un lit fluidisé constitué par une matière flui-

disée non combustible, plusieurs brûleurs rectilignes étant

disposés au-dessus du plancher du lit fluidisé.

En outre, suivant un autre mode de réalisa-

tion, l'invention concerne un appareil de reforming de combus-

tible perfectionné du type ci-dessus, dans lequel le perfection-

nement consiste en ce que les tubes remplis de catalyseur sont respectivement conçus sous forme de tubes à double paroi

De plus, suivant un autre mode de réalisa-

tion, l'invention concerne un appareil de reforming de combus-

tible perfectionné du type ci-dessus dans lequel le perfection-

nement consiste en ce que le lit fluidisé est constitué sous forme d'un lit fluidisé fonctionnant sous pression, une turbine à gaz étant installée en un emplacement prédéterminé et étant

commandée par les gaz de combustion.

On va maintenant décrire l'invention plus en détail en se reportant aux dessins annexés dans lesquels:

la fig 1 représente schématiquement un ap-

pareil de reforming de combustible classique;

la fig 2 représente schématiquement un pre-

mier exemple de réalisation de l'appareil de reforming de combus-

tible conforme à l'invention;

la fig 3 représente schématiquement un deu-

xième exemple de réalisation de l'appareil de reformting de com-

bustible conforme à l'invention;

la fig 4 représente schématiquement un troi-

sième exemple de réalisation de l'appareil de reforming de com-

bustible conforme à l'invention; la fig 5 et la fig 5 b sont des vuesenplanset

encoupe de fours dé' reforming à la vapeur de l'appareil de refor-

ming de combustible classique; la fig 6 est une vue en plan et en coupe d'un four de reforming à la vapeur de l'appareil de reforming de combustible conforme à l'invention;

la fig 7 est une vue latérale de l'appa-

reil de reforming de combustible en coupe verticale suivant la ligne I-I de la fig 2;

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7 - la fig 8 représente schématiquement un quatrième exemple de réalisation de l'appareil de reforming de combustible conforme à l'invention; la fig 9 est une vue-en coupe verticale partielle représentant schématiguement la disposition de plu- sieurs brûleurs rectilignes dans le:lit fluidisé de l'appareil de reforming de combustible conforme à la présente invention; la fig 10 est une vue en plan partielle

représentant schématiquement la disposition des brûleurs rec-

tilignes par rapport à plusieurs tubes remplis de catalyseur dans la couche fluidisé; la fig 11 a représente schématiquement le mode de mélange préliminaire du combustible et de l'air de combustion avant leur entrée dans un brûleur rectiligne; la fig lb met en évidence schématiquement la necessité d'une plaque de distribution perforée pour le lit fluidisé classique; la fig 12 a est une vue en coupe verticale d'un appareil de reforming de combustible suivant un cinquième exemple de réalisation de l'invention, la coupe étant effectuée suivant la ligne B-B de la fig 12 b; la fig 12 b est une vue en coupe transver-, sale de l'appareil de reforming de combustible, la coupe étant effectuée suivant la ligne A-A de la fig 12 a; la fig 13 a est une vue en coupe verticale d'un tube à double paroi 3 rempli de catalyseur et utilisé dans l'appareil de reforming de combustible conforme à l'invention;

la fig 13 b est une vue en coupe transver-

salé du tube à double paroil rempli de catalyseur, la coupe étant effectuée suivant la ligne C-C de la fig 13 a;

la fiq 13 c est une vue en coupe transver-

sale du tube à double paroi rempli de catalyseur, la coupe étant effectuée suivant la ligne D-D de la fig 13 a; la fig 14 est un graphique représentant schématiquement la distribution de la température sur le tube 8 -

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à double paroi rempli de catalyseur représenté sur les fig. 13 a à 13 c et destiné à l'appareil de reforming de combustible la fig 15 représente schématiquement un sixième exemple de réalisation de l'appareil de reforming du combustible conforme à l'invention. Ca commencera par, décrire le-premier exemple de réalisation de l'invention en se référant à la fig 2 Sur les dessins, la référence numérique 3 désigne un four de reforming à la vapeur La référence numérique 12 désigne un tube à combustible s'étendant horizontalement au-dessus du four de reforming à la

vapeur 3 pour amener le combustible dans plusieurs tubes 4 rem-

plis de catalyseur La référence numérique 13 désigne un mélangeur disposé en un emplacement situé au milieu du tube à combustible 12, de manière à mélanger le combustible avec de la vapeur La

référence numérique 14 désigne un tube d'amenée de vapeur s'éten-

dant entre le mélangeur 13 et un réchauffeur de vapeur 27 pour

les relier afin d'amener un flux de vapeur dans le combustible.

En outre, la référence numérique 15 désigne

un collecteur d'entrée disposé avant les tubes 4 remplis de cata-

lyseur, de manière à relier le tube à combustible à ces tubes 4 pour répartir le mélange de combustible et de vapeur entre ces

tubes 4 remplis de catalyseur, ce collecteur étant disposé au-

dessus du four de reforming à la vapeur 3 -

La référence numérique 4 désigne une série de tubes 4 remplis de catalyseur,-chacun d'eux-étant disposé verticalement dans un lit fluidisé 24 disposé dans le four de reforming à la vapeur 3 La référence numérique 16 désigne un

collecteur de sortie disposé après les tubes 4 remplis de cata-

lyseur pour recuellir le gaz de reforming contenant de l'hydrogène en tant que composant principal, ce gaz provenant des tubes 4 après l'achèvement de la réaction de reforming Le collecteur

16 est disposé au-dessous du four de reforming à la vapeur 3.

La référence numérique 17 désigne un tube à gaz de reforming partant du collecteur 16 pour transporter le gaz de reforming

hors de l'installation de reforming.

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La référence numérique 18 désigne un

ventilateur soufflant disposé à l'extérieur du four de refor-

ming à la vapeur 3 pour envoyer de l'air de combustion sous pression à un brûleur 5 La référence numérique 19 désigne un réchauffeur d'air monté en un emplacement situé en aval du ven- tilateur soufflant 18 et au milieu du conduit d'air 20 pour réchauffer l'air de combustion par échange de chaleur entre l'air de combustion et les gaz chauds évacués La référence numérique 20 désigne un conduit d'air par lequel le ventilateur

soufflant 18 est relié au réchauffeur 19 et par lequel ce der-

nier est à son tour relié à la chambre d'air 21 du brûleur dis-

posée à l'extérieur dui four de ' reforming à la vapeur 3 La

référence numérique 5 désigne un brûleur monté sur la paroi la-

térale du four de reforming à la vapeur 3 et la référence numé-

rique 21 désigne une chambre d'air de ce brûleur dans laquelle l'air de combustion est recueilli et stocké avant son entrée

dans le brûleur 5.

La référence numérique 22 désigne un distri-

buteur d'air disposé à la partie inférieure du four de reforming à la vapeur 3 Dans ce distributeur 22 de l'air s'écoule vers le haut à travers un grand nombre d'orifices qui y sont pratiqués, l'air étant uniformément réparti pour constituer un lit fluidisé 24 La référence numérique 23 désigne une chambre d'air disposéb au-dessous du distributeur d'air 22 dans le four de reforming à la %apeur 3 La iéférence nuiúique 24 dé,ign un li& fluidisé destiné à chauffer une série de tubes 4 remplis de catalyseur ainsi qu'un réchauffeur de vapeur 27 disposé dans le four de reforming à la vapeur 3 La référence numérique 25 désigne une

zone dégagée dans le four de reforming à la vapeur 3.

La référence numérique 26 désigne un collec-

teur d'entrée d'eau d'alimentation dans lequel l'eau à chauffer est amenée Ce collecteur d'entrée d'eau d'alimentation 26 est relié à un tube chauffant 7 disposé à l'intérieur du four de reforming à la vapeur-3 La référence numérique 7 désigne un

tube chauffant disposé dans la partie de sortie du four de re-

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forming à la vapeur 3 pour produire de la vapeur La référence numérique 27 désigne un réchauffeur de vapeur s'étendant en direction verticale dans la zone située entre la paroi latérale

du four de reforming à la vapeur 3 o sont montés le brûleur 5 -

et les tubes 4 remplis de catalyseur, de manière à chauffer la

vapeur produite dans le tube chauffant 7.

En outre, la référence numérique 28 désigne

un conduit d'évacuation par lequel les carneaux du four de re-

forming à la vapeur 3 sont reliés au réchauffeur d'air 19 pour

envoyer les gaz de combustion dans celui-ci La référence numé-

rique 29 désigne une cheminée disposée en aval du réchauffeur

d'air 19 pour envoyer les gaz de combustion dans l'atmosphère.

L'appareil de reforming de combustible cons-

truit comme décrit précédemment fonctionne comme indiqué ci-

après.

Le combustible amené à partir d'une source

d'alimentation en combustible située à l'extérieur de l'instal-

lation de reforming de combustible passe dans le tube à combusti-

ble 12 et pénètre dans-le mélangeur 13 o il est mélangé avec la vapeur amenée par le tube d'amenée de vapeur 14 Le mélange de

combustible et de vapeur est ensuite envoyé au collecteur d'en-

trée 15 situé au-dessus des tubes 4 remplis de catalyseur, de

sorte qu'il est uniformément réparti entre ces derniers Lorsque-

le mélange s'écoule vers le bas à l'intérieur de chacun des tu-

2 $ le"s 4 rtemplis di-, cat-lyseur, il est cha'-f 4 à température élevée

par transmission de chaleur à partir du lit fluidisé 24.

Le mélange-est ainsi décomposé par voie

thermique en produisant un gaz de reforming contenant de l'hy-

drogène Le gaz ainsi produit contenant de l'hydrogène en tant

que constituant principal, est recueilli à la sortie du collec-

teur 16 situé au-dessous des tubes 4 remplis de catalyseur Le gaz est ensuite transporté vers la suite du traitement par

le tube 17 de transport de gaz de reforming.

D'autre part, l'air de combustion qui doit être amené au brûleur 5 est d'abord comprimé par le ventilateur

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soufflant 18-; il est ensuite réchauffé dans le réchauffeur 19 o a lieu un échange de chaleur entre l'air sous pression et les gaz de combustion L'air ainsi réchauffé est envoyé à la

chambre d'air 21 du brûleur par le conduit d'air 20 pour assu-

rer la combustion du combustible envoyé au brûleur 5 Une partie

de l'air sous pression pénètre dans-la chambre -d'air 23 et s'é-

coule snsuite vers le haut en fluidisant la matière disposée dans la chambre de combustion Il se forme un lit fluidisé 24 Les gaz de combustion pénètrent dans le carneau arrière en passant par la partie dégagée située au-dessus du lit fluidisé

24 Ces gaz chauffent alors l'eau s'écoulant dans le tube chauf-

fant 7 à partir du collecteur 26 d'entrée d'eau d'alimentation.

Ces gaz s'écoulent ensuite dans le réchauffeur 19 en passant dans le conduit d'évacuation 28 Après l'achèvement de l'échange de chaleur avec l'air de combustion dans le réchauffeur d'air, les gaz de combustion sont évacués dans l'atmosphère par la

cheminée 19 L'eau et/ou la vapeur chauffée dans le tube chauf-

fant 7 s'écoulent dans le réchauffeur de vapeur 27 dans lequel l'eau est complètement vaporisée La vapeur ainsi produite

:est envoyée au mélangeur 13.

La f ig 3 représente schématiquement un appa-

reil de reforming de combustible suivant un deuxième exemple de-

réalisation de l'invention Dans cet exemple de réalisation, un four de reformiing à la vapeur ept divisé en deux ôits fluidisés

24, c'est-à-dire en un lit fluidisé supérieur et en-un lit flui-

disé inférieur, tous deux désignés par 24 Avec cette disposition on peut réduire notablement l'espace nécessaire pour installer l'appareil Il en résulte que cet exemple de réalisation est utilisé de préférence dans les cas o l'installation doit être

effectuée dans un espace strictement limité.

La fig 4 représente schématiquement un appa-

reil de reforming de combustible suivant un troisième exemple de réalisation de l'invention Dans cet exemple de réalisation, un conduit 30 de prélèvement de gaz de recyclage est branché sur le conduit d'évacuation 28 en un emplacement situé en amont du

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12- réchauffeur d'air 19 et un ventilateur 31 de soufflage de gaz de recyclage est disposé sur le conduit 30 de prélèvement de

gaz de recyclage pour mettre les gaz: de recyclage sous pression.

En outre, un conduit 32 de refoulement de gaz de recyclage est disposé entre le ventilateur 31 de gaz de recyclage et la cham- bre d'air 23, de sorte que les gaz de combustion sont recyclés à travers le lit fluidisé par le conduit 30 de prélèvement de

gaz de recyclage et le conduit 32 de refoulement de gaz de re-.

cyclage, tandis que ces gaz sont mis sous pression au moyen du

ventilateur soufflant 31.

Ainsi, dans l'appareil de reforming de com-

bustible construit comme décrit ci-dessus, une partie des gaz de combustion est prélevée par le conduit 30 de prélèvement de gaz de recyclage, ces gaz étant introduits dans la chambre d'air

en passant par le ventilateur 31 de soufflage de gaz de recycla-

ge et le conduit 32 de roulement de gaz de recyclage Dans ces conditions, un lit fluidisé 24 est établi de la même manière

que dans les exemples de réalisation précédents L'appareil con-

forme à cet exemple de réalisation a pour avantage caractéris-

* tique que les conditions d'établissement du lit fluidisé 24 peu-

vent être déterminées séparément de celles concernant l'air de combustion Il est clair que la fluidisation peut être effectuée,

en utilisant le mélange de gaz de combustion et de gaz de re-

cyclage. On va décrire plus en détail ci-après les caractéristiques distinctives et les avantages de l'appareil de

reforming de combustible conforme à l'invention.

1) Une caractéristique avantageuse essentielle de l'invention est que plusieurs tubes remplis de catalyseur sont chauffés à température élevée à l'aide d'un lit fluidisé La caractéristique la plus importante du lit fluidisé est qu'il

assure un contact effectif excellent entre les matières flui-

disées ainsi qu'entre les matières fluidisées et le fluide (gaz de combustion) On obtient ainsi aisément une distribution de

température uniforme par suite de la vitesse de conduction ther-

13 ' "Z 2531944

Mique élevée entre les matièreà fluidisées et le fluide (gaz de combus-

tion) indépendamment de l'importance de la différence de tempé-

rature dans le lit fluidisé Il en résulte que les tubes 4 rem-

plis de catalyseur sont chauffés dans une atmosphère à tempéra-

ture constante en étant soumis à une charge thermique unifor- me On peut alors concevoir le four de reforming à la vapeur avec une structure compacte Etant donné que le lit fluidisé a un coefficient de conductibilité thermique plusieurs fois plus grand que celui d'un flux de gaz normal, il est s r qu'on peut

réduire fortement la zone de conduction thermique requise.

La fig 5 a et la fig 5 b sont'des vues en plan et en coupe de fours de reforming à la vapeur classiques installés dans une usine chimique o est effectué le reforming

d'un combustible La fig 5 a montre schématiquement la disposi-

tion avec un espacement uniforme d'une ligne de tubes 4 remplis de catalyseur La fig 5 b montre deux lignes de tubes remplis de

catalyseur disposés en zigzag Etant donné que les tubes 4 rem-

plis de catalyseur sont conçus pour être chauffés par l'énergie thermique rayonnée par la paroi intérieure du four de reforming

à la vapeur 3 revêtue de matière réfractaire, le four de refor-

ming classique n'a pas une charge uniforme en énergie thermique avec une distribution de température uniforme dans le volume

intérieur du four de reforming Comme les fig 5 a et 5 b le mon-

trent bien, on ne peut disposer qu'un nombre relativement faible

de tubes remplis de catalyseur à l'intérieur du four de refor-

ming. Par contre, la fig 6 est une vue en plan et

en coupe d'un four de reforming à la vapeur construit conformé-

ment à l'invention Comme il ressort de la fig 6, l'appareil de reforming de combustible suivant l'invention est conçu pour qu'une série de tubes 4 remplis de catalyseur soit chauffée en

utilisant un lit fluidisé présentant une répartition de tempéra- ture uniforme dans l'appareil de reforming Il en résulte qu'on peut

disposer un nombre de tubes 4 remplis de catalyseur plus grand que dans le cas de l'appareil classique, ces tubes étant 14 - placés avec une très faible distance entre des tubes voisins, de

sorte que l'ensemble de l'appareil est conçu avec de plus fai-

bles dimensions Un plus faible espace est nécessaire pour ins-

taller l'appareil, tandis que chacun des tubes 4 remplis de catalyseur a une surface de conduction de chaleur réduite en raison du coefficient de conductibilité-thermique élevé qui

est garanti.

2) Dans le cas de l'appareil de reforming de combustible classique, il est nécessaire que la surface de la paroi du four de reforming à la vapeur fonctionne à la fois en tant que matière isolante pour arrêter l'émission de chaleur

vers l'atmosphère extérieure et en tant qu'accumulateur thermi-

que pour stocker la chaleur radiante destinée au chauffage des

tubes remplis de catalyseur Cela conduit à accroître l'épais-

seur de la matière réfractaire constituant la paroi du four.

Cependant, il y a un risque d'endommagement, de fissures ou dom-

mages similaires dans la couche de matière réfractaire en raison

de la contrainte thermique si le four subit une vitesse de va-

riation de température rapide En conséquence, pour garantir que la matière réfractaire constituant la surface de la paroi

est convenablement protégée, il est nécessaire de réduire au-

tant que faire se peut la vitesse de variation de température.

biais il en résulte que la mise en route et l'arrêt de l'appareil de reforming de combustible ne peuvent se faire que pendant une

L 5 lon;ae périod 2 de temps.

Par contre, l'appareil de reforming de com-

bustible selon l'invention est construit de manière qu'un grand

nombre de tubes remplis de catalyseur soient chauffés par conduc-

tion thermique à partir du lit fluidisé En conséquence, il suf-

fit que la surface de la paroi du four de reforming fonctionne en tant que matière isolante pour arrêter l'émission de chaleur vers l'atmosphère extérieure Ainsi, la matière réfractaire constituant la surface de la paroi est convenablement protégée

contre les dommages, les fissures ou attaques similaires indé-

pendamment de l'importance de la vitesse de variation de tempé-

rature Cela signifie qu'on peut prévoir une vitesse de variation

de température élevée Il y a lieu de remarquer qu'on peut pré-

voir une vitesse de variation de température extrêmement élevée dans la paroi du four lorsque cette paroi-est réalisée avec

plusieurs tubes à eau intérieurs, de manière'à la refroidir.

S On peut alors réduire le plus possible le temps nécessaire pour la mise en route ou l'arrêt de l'appareils 3) Pour garantir que le four de reforming

à la vapeur est uniformément chargé en énergie thermique, l'ap-

pareil de reforming de combustible classique doit comporter un grand nombre de brûleurs disposés à la surface de la paroi Par

contre, dans l'appareil de reforming de combustible suivant l'n-

vention, un lit fluidisé est utilisé pour chauffer une série de tubes remplis de catalyseur de sorte que le four de reforming est uniformément chargé en énergie thermique Par suite de cet arrangement du four, les brûleurs sont conçus de panière à ne chauffer que les matières fluidisées En pratique, on monte un petit nombre de brûleurs ayant une capacité de combustion élevée sur la surface de la paroi du four de reforming Le nombre des brûleurs à monter peut donc être réduit fortement par rapport à l'appareil classique En outre; étant donné que des tubes de chauffage de vapeur sont disposés entre les brûleurs et les tubes remplis de catalyseur, il n'y a aucun risque qu'une flamme de combustion partant des brûleurs atteigne directement les tubes

remplis de catalyseur, même si ces brûleurs produisent une flam-

me excessivement allongée en raison d'une combustion anormale.

Ainsi, il ne se produit aucune surchauffe locale due à l'exis-

tence de zones appelées "points chauds".

4) Etant donné qu'une récupération de chaleur a effectivement lieu, par échange thermique entre les gaz de combustion qui sortent et l'air de combustion qui arrive, dans

la partie d'évacuation des gaz de combustion o ceux-ci s'écou-

lent à basse température, l'appareil a un rendement thermique

global élevé.

) La fig 7 est une vue en coupe verticale

schématique de l'appareil suivant la ligne I-I de la fig 2.

16- Comme on le voit sur les dessins, le four de reforming à la

vapeur 3 est divisé en quatre chambres, de sorte que le fonc-

tionnement du four peut aisément avoir lieu dans des conditions

de charge partielle La fig 7 montre en particulier que, parmi_.

les quatre chambres, seule la chambre de droite est en fonction- nement (c'est-à-dire qu'elle est dans la condition dite de lit

actif), les autres chambres n'étant pas en fonctionnement W(c'est-

à-dire qu'elles sont dans la condition dite de lit affaissé).

Cela signifie que le four fonctionne sous une charge égale à 25 % de la pleine charge Il est en outre possible de le faire

fonctionner sous une charge sensiblement égale à 15 % en comman-

dant judicieusement les conditions de fonctionnement.

6) Etant donné que l'appareil de reforming de combustible suivant l'invention est construit de manière qu'une partie des gaz de combustion soit utilisée en tant que gaz de

fluidisation pour le lit fluidisé au moyen des étapes dans les-

quelles on l'extrait du conduit d'évacuation, on la met sous pression à l'aide d'un ventilateur soufflant et on provoque son

écoulement à travers le-lit fluidisé sous forme de gaz de recycla-

ge, il est possible de faire fonctionner l'appareil avec un nom-

bre de degrés de liberté plus grand que dans le cas de l'appareil classique. On va maintenant décrire en-se référant à la f- 8 un appare l de reforming de com-ur-tible suivant un

quatrième exemple de réalisation de l'invention.

Sur cette figure, la référence numérique 51

désigne une conduite d'amenée d'eau par laquelle de l'eau d'ali-

mentation est envoyée à un ballon de vapeur 52 Il y a lieu de remarquer que l'alimentation en eau est effectuée en accord avec

un volume de vapeur (H 20) nécessaire pour le reforming du combus-

tible Une partie de l'eau contenue dans le ballon 52 est envoyée à des collecteurs inférieurs 54 au moyen d'un tube descendant 53 Tandis que l'eau s'écoule vers le haut dans une série de tubes 57, 58 à partir du collecteur inférieur 54, ces tubes 57, 58 s'étendant le long de la paroi périphérique intérieure du four 17 - et des cloisons, elle se transforme en un mélange d'eau et de vapeur à l'aide des matières fluidisées 76 servant d'agent de conduction thermique par lequel la chaleur produite par des

brûleurs rectilignes 60 est transmise aux tubes 57,58 Le mé-

lange d'eau et de vapeur revient au ballon de vapeur 52 en

passant par des collecteurs supérieurs 55 et ders tubes supé-

rieurs 56.

D'autre part, la vapeur provenant du ballon à vapeur 52 est surchauffée dans un surchauffeur 63 La vapeur

ainsi surchauffée est ensuite envoyée à un mélangeur de com-

bustible et de vapeur 62 en passant par un collecteur de sortie

64 du surchauffeur Le mélangeur 62 est relié à un tube d'ame-

née de combustible 61 par lequel un combustible (par exemple

CH 4) est amené au mélangeur.

Le mélange de combustible et de vapeur est introduit dans un réchauffeur 66 en passant par un collecteur d'entrée 65 du réchauffeur, de manière à être chauffé & une température prédéterminée dans ce réchauffeur 66 Le mélange est ensuite envoyé dans un grand nombre d'éléments de reforming

cylindriques 69 remplis de >catalyseur en passant par un col-

lecteur 67 de sortie du réchauffeur et des collecteurs 68 d'en-

trée des éléments de reforming Il en résulte que le combustible (CH 4) contenu dans le mélange est transformé par reforming en rn p cd it requis contenent de 1 'hydrogène CH 2) et -Ae l'oxyde

de carbone (CO).

Un catalyseur à base de vanadium et de nickel

est utilisé en tant que catalyseur type dans l'appareil Ce cata-

lyseur est normalement réalisé avec une forme cylindrique présen-

tant un diamètre intérieur compris entre 5 et 6 mm, un diamètre extérieur de 16 mm et une hauteur de 19 mmi Le gaz de reforming

est extrait de l'appareil en passant par des collecteurs de sor-

tie 70 des éléments de reforming et par un tube de transport du produit 77 Le gaz-de reforming est ainsi utilisé en tant que matière première pour les piles à combustible, la production

de force motrice et les applications similaires.

Sur la fig 8, la référence numérique 72 désigne un réchauffeur d'air disposé sur la partie d'extrémité la plus élevée de l'appareil L'air s'écoule dans ce réchauffeur d'air 72 en passant par un conduit d'amenée d'air de combustion 71 alors qu'il est encore à basse température L'air de com-

bustion ainsi réchauffé est ensuite envoyé à un-mélangeur pré-

liminaire 78 de combustible et d'air en passant par un conduit

de sortie d'air chaud 73 et un conduit d'entrée d'air chaud 74.

D'autre part, les gaz d'évacuation provenant d'une centrale thermique sont judicieusement mélangés avec du

combustible (CH 4) dans une proportion prédéterminée et le mélan-

ge de gaz d'évacuation et de combustible est introduit dans le mélangeur 78 en passant dans un tube d'amenée de combustible 59 dans lequel il est mélangé avec l'air de combustion provenant du réchauffeur d'air 72 Le mélange de combustible et d'air est envoyé aủx brûleurs 60 pour permettre sa combustion dans

ces brûleurs.

La chaleur produite par la combustion du mélange à l'aide des brûleurs 60 est utilisée en tant qu'agent

de chauffage pour chauffer les éléments de reforming 69 en pré-

sence de la matière fluidisée (sable ou matière similaire) pour

transformer par reforming le mélange de combustible et de -

vapeur,çt obtenir le produit requis Cette chaleur est en outre

utilisée en tant qu'agent de chauffage pour produire de la va-

peur Etant donné que les gaz de combution sont encore chauds, généralement à une température supérieure à 800 GC, même après que la chaleur ait été utilisée dans les éléments de reforming 69 disposés dans le lit fluidisé, ils sont utilisés à nouveau en tant que source de chaleur pour chauffer le réchauffeur 66 destiné au mélange de combustible et de vapeur pour chauffer le surchauffeur de vapeur 63 et le réchauffeur d'air de combustion

72 Les gaz de combustion sont ensuite évacués hors de l'ins-

tallation de reforming Sur le dessin, la référence numérique désigne un plancher sur lequel les matières fluidisées sont

retenues.

Les caractéristiques distinctives et les avantages de l'appareil de reforming de combustible construit comme décrit précédemment sont indiqués ci-après; / 1) On utilise du sable ou upe matière non combustible similaire en tant que matière fluidisée On a donc davantage de degrés de liberté pour choisir le type de combus tible destiné au chauffage des éléments de reforming' Si la matière fluidisée était combustible on ne pourrait amener qu'une

faible quantité de combustible en tant que combustible auxiliai-

re et la matière fluidisée serait limitée aux combustibles soli-

des tels que le charbon et les combustibles similaires Mais, dans l'appareil conforme à l'invention, on utilise une matière fluidisée non combustible et on peut alors déterminer suivant les besoins, son type, la dimension de ses grains ainsi que

d'autres caractéristiques.

2) Comme représenté sur la fig 9 et la fig 10 plusieurs brûleurs rectilignes 60 sont disposés dans le lit fluidisé qui comprend un grand nombre d'éléments de reforming 69 (dans une position située à proximité du plancher) Par cette disposition, on peut obtenir les caractéristiques avantageuses suivantes: (i) La matière fluidisée est uniformément chauffée; (ii) On peut disposer un grand nombre de

br leurs de faible capacité avec un espacement uniforme à l'in-

térieur du lit fluidisé dans l'espace minimal requis, ce qui assure un chauffage uniforme; (iii) Comme représenté sur la fig 11 a, le brûleur rectiligne 60 est conçu sous forme de brûleur à mélange préalable dans lequel le mélange du combustible F et l'air de

combustion A est préparé dans un tube à combustible ou un mélan-

geur et utilisé en tant que produit à braler En utilisant un grand nombre de brûleurs rectilignes 60 dans le lit fluidisé, il

n'est pas nécessaire de prévoir une plaque perforée P (habituelle-

ment disposée à la base du lit fluidisé) qui sert également de

2531944.

- plaque de distribution, cette plaque perforée permettant à l'air

A de s'écouler vers le haut dans le lit fluidisé comme représen-

té sur la fig 11 b.

(iv) -Etant donné que les brûleurs rectili-

gnes sont disposés au-dessus du plancher à une certaine distance

de celui-ci, on est sûr que le plancher est bien protégé.

La présente invention a été décrite ci-dessus en se référant à un appareil de reforming de combustible Mais elle ne doit pas être limitée à un tel appareil et peut être appliquée à un échangeur de chaleur du type à lit fluidisé ou à

un appareil similaire.

On va décrire dans la suite un cinquième et

un sixième exemples de réalisation de l'invention.

Dans le cinquième exemple de réalisation de la présente invention, un grand nombre de tubes remplis de catalyseur sont chauffés à température élevée dans un lit fluidisé tandis que la température de fonctionnement maximale de la source de chauffage est maintenue au-dessous d'une valeur prédéterminée avec une répartition de température uniforme dans le lit fluidi-' sé Les tubes remplis de catalyseur sont agencés sous forme de tubes à double paroi, de manière à permettre une récupération

de chaleur effective Un échangeur de chaleur disposé à l'exté-

rieur de l'installation de reforming peut être construit avec

des dimensions minimtales, le revndement th ç:vlede l'installa-

tion étant notablement accru.

D'autre part, dans le sixième exemple de réalisation de l'invention, un grand nombre de tubes remplis de

catalyseur sont chauffés à température élevée dans un lit flui-

disé établi sous pression,-tandis que la température de fonction-

nement maximale de la source de chauffage est maintenue au-des-

sous d'une valeur prédéterminée avec une répartition de tempé-

rature uniforme dans le lit fluidisé Les tubes remplis de cata-

lyseur sont agencés sous forme de tubes à double paroi, de

manière à permettre une récupération de chaleur effective L'en-

semble de l'appareil est construit avec de plus faibles dimen-

-21- sions en raison de cet agencement Chacun des tubes remplis de catalyseur est réalisé avec une faible épaisseur de paroi, de manière à réduire la contrainte thermique et' à assurer un poids réduit et une fabrication économique Le transport de l'appareil constitué par une série de modules, peut être effectué à l'aide d'une remorque ou d'un véhicule similaire Pour- utiliser la chaleur résiduelle contenue dans les gaz brûlés de façon plus efficace après qu'ils aient quitté le lit fluidisé qui sert

d'agent de chauffage, une turbine à gaz est montée en un empla -

cement situé à l'extérieur de l'installation de reforming de combustible, cette turbine à gaz étant commandée par les gaz

brûlés provenant de l'appareil.

La fig 12 a et la fig 12 b représentent sché-

matiquement un appareil de reforming de combustible suivant le cinquième exemple de réalisation de l'invention Sur les dessins, la référence numérique 81 désigne un lit fluidisé établi par fluidisation de matière granulaire telle que sable, alumine ou

similaire (dont la dimension des grains est habituellement com-

prise entre 40 et 200 microns) La référence numérique 82 dési-

gne un tube extérieur constituant un tube à double paroi, rem-

pli de catalyseur et la référence numérique 83 désigne une en-

veloppe de l'appareil La-référence numérique 84 désigne un espace dégagé situé au-dessus du lit fluidisé et la référence'

nlimér; cçue 85 désigna ii cordulit de sortie c'es gaz de coiubfustion.

La référence numérique 86 désigne une chambre d'air pour l'air de combustion A envoyé au lit fluidisé La référence numérique 87 désigne une chambre à gaz pour le gaz G 1 envoyé aux tubes remplis de catalyseur La référence numérique 88 désigne un tube intérieur constituant le tube à double paroi' rempli de catalyseur La référence numérique 89 désigne un tube de sortie du gaz de reforming G 2 et la référence numérique 90 désigne un collecteur de sortie du gaz de reforming En outre, la référence

numérique 91 désigne un conduit de sortie; du gaz de refor-

ming La référence numérique 92 désigne une série de brûleurs disposés à distance l'un de l'autre dans le lit fluidisé, ces

brûleurs 92 étant agencés sous forme de brûleurs rectilignes.

22 2531944

22- Les fig 13 a à 13 c représentent en détail la structure d'un tube à double paroi rempli de catalyseur, la

fig 13 a étant une vue en coupe verticale du tube rempli de cata-

lyseur, la fig 13 b étant une vue en coupe transversale suivant la ligne C-C de la fig 13 a et la fig 13 c étant une autre vue en coupe transversale suivant la ligne D-D de la fig 13 a Sur

les dessins, la référence numérique 82 désigne un tube exté-

rieur constituant le tube à double paroi rempli de catalyseur

et la référence numérique 88 désigne un tube intérieur cons-

tituant également ledit tube à double paroi Le catalyseur 93 peut ainsi être disposé dans un volume annulaire défini par le tube extérieur 82 et le tube intérieur 88 En tant que catalyseur type, on utilise de préférence un catalyseur à base de vanadium et de nickel La forme habituelle de ce catalyseur est celle d'un tube ayant un diamètre intérieur compris entre 5 et 6 inm, un diamètre extérieur de 16 mm et une hauteur de 19 min La référence numérique 94 désigne une plaque poreuse de retenue

du catalyseur ou une plaque grillagée ajustée sur le tube inté-

rieur La référence numérique 95 désigne une ailette directrice -disposée sur la partie d'extrémité supérieure du tube à double paroi et la référence numérique 96 désigne un ruban hélicoïdal disposé N l'intérieur du tube intérieur de manière à favoriser la transmission de chaleur La référence numérique 97 désigne

une plaque de support sur laquelle le tube extérieur est ferme-

ment monté en direction verticale La référence numérique 98

désigne une autre plaque de support sur laquelle le tube inté-

rieur est fermement monté dans la même direction que le tube extérieur. On va maintenant décrire le fonctionnement

et les caractéristiques distinctives de l'appareil de refor-

ming de combustible construit comme décrit précédemment.

En se référant à nouveau à la fig 12, l'air A envoyé dans la chambre d'air de combustion 86 assure la combustion du combustible sortant des brûleurs 92 Les gaz de combustion ainsi produits s'écoulent vers le haut sous forme de 23 -

courant ascendant en établissant un lit fluidisé 81 à l'inté-

rieur de l'enveloppe 83 La chaleur produite est ainsi effecti-

vement transmise à un grand nombre de tubes 82 remplis de cata-

lyseur, la répartition de température correspondant à une tem-

pérature constante dans le lit fluidisé 81 -

Comme il résulte des dessins, la disposi-

tion est telle que le lit fluidisé 81 est établi au-dessous du plan situé à proximité de l'extrémité supérieure des tubes 82

remplis de catalyseur Il en résulte que la surface de la sec-

tion transversale augmente brusquement dans le volume dégagé 84

située au-dessus du lit fluidisé 81, ce qui fait que la vites-

se des gaz est brusquement réduite On peut ainsi réduire le plus possible le phénomène dit d'entraînement, ce phénomène d'entraînement étant un défaut de fonctionnement tel que la matière fluidisée est entraînée avec le courant ascendant Cela signifie que la fourniture de matière de complément pour le lit

fluidisé est réduite le plus possible Plusieurs breleurs recti-

lignes 92 sont disposés à la partie inférieure du lit fluidisé 81, de manière à permettre à celui-ci d'entrer en action au bout d'une courte période de temps en réduisant le plus possible la différenci de température répartie sur le lit fluidisé La let-,

tre de référence G 3 désigne les gaz de combustion.

Conformément aux fig 13 a à 13 c qui repré-

sentent en détail la structure intérieure du tube à double paroi rempli de catalyseur, le volume annulaire défini entre le tube

extérieur 82 et le tube intérieur 88 est rempli avec le cataly-

seur 93 Le gaz G 1, qui constitue la matière première devant su-

bir le reforming est mis en écoulement vers le haut, sous forme de courant ascendant, par la conduite d'entrée de gaz Tandis que le gaz servant de-matière première s'écoule vers le haut à travers la couche de catalyseur, de la chaleur est transmise au tube extérieur 88 à partir du lit fluidisé 81, de sorte que la couche de catalyseur est maintenue à une température élevée

requise pour la mise en pratique de la réaction de reforming.

L'utilisation d'un lit fluidisé dans l'appareil permet d'obtenir 24 - un coefficient de conductibilité thermique compris entre 200

et 250 Kcal/m 2 h G, ce qui signifie qu'on peut réduire notable-

ment la longueur de tube nécessaire pour la conduction de la chaleur. Lorsque le gas combustible à base d'hydro- carbures traverse la couche de catalyseur, il est transformé

par reforming en un gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxy-

de de carbone en tant que constituants principaux jusqu'à ce qu'il atteigne l'extrémité supérieure du tube à double paroi rempli de catalyseur Comme on le voit sur la fig 13 c, plusieurs ailettes directrices 95 sont disposées en direction radiale

entre la paroi intérieure du tube extérieur et la partie d'ex-

trémité supérieure du tube intérieur Ces ailettes dévient progressiverentde 180 la direction d'écoulement du gaz riche en hydrogène qui s'écoule vers le haut dans le volume annulaire

rempli de catalyseur Le gaz pénètre ainsi dans le tube inté-

rieur Pour garantir que l'effet de conduction de chaleur est

porté à son maximum, plusieurs nervures (non représentées) peu-

vent être fixées sur la paroi intérieure du tube extérieur et/ou

sur la paroi extérieure du tube intérieur pour produire des éta-

pes répétées d'impact et de variation de direction de l'écoule-

ment du gaz La surface de combustion de chaleur est ainsi nota;

blement accrue.

-Après actèviment d-; reforming, le g: ' de réaction G 2 riche en hydrogène s'écoule vers le bas à l'intérieur

du tube intérieur 88 pour constituer un écoulement descendant.

Compte tenu du fait que le gaz riche en hydrogène a un coefficient

de conductibilité thermique plus élevé que le gaz à base d'hy-

drocarbures, un ruban 96 favorisant la conduction de la chaleur et réalisé en une matière métallique résistant à la chaleur

* telle que celle désignée par l'appellation SUS 304 suivant spé-

cification JIS ou similaire et disposé dans le tube intérieur, de manière à accroître au maximum la caractéristique avantageuse du gaz riche en hydrogène, ce qui permet d'obtenir une grande

surface de conduction de chaleur ainsi qu'un taux élevé de con-

-

duction thermique La référence numérique 94 désigne une pla-

que de retenue du catalyseur se présentant sous forme d'une

plaque perforée avec un grand nombre de petits-perçages pra-

tiqués à travers elle ou sous forme d'une plaque grillagée.

Lorsque le catalyseur est utilisé pendant un grand nombre d'an- nées, il se détériore progressivement et il est-partiellemen t brisé ou pulvérisé Le catalyseur brisé ou pulvérisé tombe à

la base des tubes à double paroi remplis de catalyseur et pour-

rait s'y accumuler Il y aurait donc un risque que ce cataly-

seur provoque des perturbations telles que gêne de l'écoulement uniforme du gaz de reforming, interruption de l'écoulement de ce gaz ou perturbations similaures Mais, la disposition de la

plaque poreuse de retenue du catalyseur évite les perturba-

tions décrites ci-dessus Lorsque la couche de catalyseur doit être examinée ou remplacée par une nouvelle couche, on commence par démonter la plaque de support 98 du tube intérieur, puis on

retire le tube intérieur 88 en le tirant par le bas.

La fig 14 est un graphique représentant la distribution de la température sur les tubes à double paroi

remplis de catalyseur Sur ce graphique, on a reportée en fonc-

tion de la position dans le tube rempli de catalyseur, la tempé-

rature A dans le lit fluidisé, la température B dans le courant ascendant et la température C dans le courant descendant Comme

on le voit sur le graphique, le gaz de réa ct ion est ? une tempé-

rature de 850 'C à la partie d'extrémité supérieure du tube rem-

pli de catalyseur tandis qu'il est à une température de 7000 C à la sortie Cela signifie que le tube rempli de catalyseur fonctionne également comme un conducteur de chaleur efficace pour réchauffer le fluide qui arrive en même temps qu'il assure

son reforming.

Comme décrit ci-dessus, chacun des tubes à double paroi remplis de catalyseur est disposé de-manière que

la partie d'extrémité inférieure soit fixée, tandis que la par-

tie d'extrémité supérieure est laissée libre En variante, la disposition peut être inversée de 1800, c'est-à-dire que chacun

26 2531944

-26 - des tubes remplis de catalyseur est suspendu à son extrémité supérieure et que sa partie d'extrémité inférieure est laissée libre Le lit fluidisé peut fonctionner à pression normale

ou dans une atmosphère à pression déterminée.

Il y a lieu de remarquer en outre que la présente invention ne doit pas être limitée à u 7 N appareil de reforming de combustible, mais peut être mise en application dans un échangeur de chaleur du type à lit fluidisé ou dans un

dispositif similaire.

Enfin, on va maintenant décrire en se réf 6-

rant à la fig 15 un appareil de reforming de combustible sui-

vant le sixième exemple de réalisation de l'invention.

Sur cette figure, la référence numérique

*i 2 désigne l'envelpp d:unÄappareil de reforming de combustible.

La référence numérique 122 désigne un lit fluidisé La réfé-

rence numérique 123 désigne un volume dégagé situé au-dessus du lit fluidisé 122 La référence numérique 124 désigne un tube extérieur constituant un tube à douple paroi rempli de cataly-

seur et la référence numérique 125 désigne un tube intérieur

constituant également ce tube à double paroi En outre, la ré-

férence numérique 126 désigne un conduit de sortie de gaz de combustion La référence numérique 127 désigne une turbine à gaz La référence numérique 128 désigne un conduit des gaz Léc 1 appement de la turbine à L La iéférence rumé-iq Le 129 désigne une chaudière de récupération de la chaleur des gaz

d'échappement et la référence numérique 130 désigne une cheminée.

La référence numérique 131 désigne une con-

duite d'amenée de combustible à base d'hydrocarbures La réfé-

rence numérique 132 désigne un tube à combustible pour des brûleurs et la référence numérique 132 ' désigne une série de brûleurs qui sont-conçus sous forme d'ajustage tubulaire La référence numérique 133 désigne une conduite d'amenée de gaz servant de matière première et devant subir le reforming La référence numérique 134 désigne un mélangeur de gaz servant de de matière première et de vapeur La référence numérique 138 27 désigne un tube d'amenée du mélange gazeux de gaz servant de

matière première et de vapeur.

-La référence numérique 135 désigne une con-

duite tubulaire d'amenée d'eau à la chaudière La référence numérique 136 désigne une pompe à eau pour l'alimentation de la chaudière La référence numérique 137 désigne une conduite

tubulaire de vapeur pour le reforming du combustible La réfé-

rence numérique 139 désigne un tube pour le produit gazeux de réaction La référence numérique 140 désigne un échangeur de chaleur La référence numérique 141 désigne un tube d'amenée à un convertisseur de CO et la référence numérique 142 désigne un convertisseur de CO En outre, la référence numérique 143

désigne un convertisseur pour l'air de combustion A La réfé-

rence numérique 144 désigne un conduit d'air de combustion La référence numérique 145 désigne' une chambre d'air de combustion

et la référence numérique 146 désigne un générateur électrique.

On va maintenant décrire le fonctionnement

de l'appareil de reforming de combustible construit comme dé-

crit ci-dessus.

Le combustible mélangé à de l'air sous pres-

sion arrivant par le conduit 144 est brûlé à l'aide des brûleurs 132 ' de sorte qu'un lit chauffant fluidisé 122 est établi sous

pres Ei-n en f& sani X flotter la matière fluidisée Le lit flui-

disé 122 ainsi établi chauffe une série de tubes à double paroi remplis de catalyseur constitués respectivement par un tube extérieur 124 et un tube intérieur 125 Le chauffage a lieu d'une façon uniforme à une température élevée prédéterminée, ce qui fait que le mélange de gaz servant de matière première et de vapeur amené par le tube 138 est transformé-par reforming en passant à travers la couche de catalyseur disposée dans les tubes à double paroi Il est ainsi produit un gaz de reforzming contenant de l'hydrogène, de l'oxyde de carbone et du gaz carbonique en tant que constituants principaux Après achèvement

de la réaction de reforming le gaz produit est évacué de 1 'ins-

tallation de reforming par la conduite tubulaire 139 Le gaz 28 - produit par la réaction pénètre dans l'échangeur de chaleur o il est refroidi jusqu'à une température prédéterminée

par échange de chaleur Le gaz est ensuite envoyé au convertis-

seur de CO 142 dans lequel l'oxyde de carbone libère de l'hy-

drogène conformément à la formule chimique CO+HOCO 2 +H 2.

On obtient ainsi un gaz H riche en hydrogène.

Les gaz brûlés produits par la combustion dans le lit fluidisé pénètrent dans la turbine à gaz 127 en

passant dans le volume dégagé 123 situé au-dessus du lit flui-

disé et dans le conduit de gaz de combustion 126 La turbine à gaz 127 est en liaison de fonctionnement avec le compresseur 143 et avec le générateur électrique 146, de sorte que l'air de

combustion est comprimé à la pression requise et qu'il est en-

suite envoyé au lit eluidisé en passant par le conduit d'air de

combustion 144 et la chambre d'air de combustion 145.

La puissance dépassant celle qui est néces-

saire pour le fonctionnement du compresseur: 143 est consommée pour faire tourner le générateur électrique 146, cette puissance étant ainsi transformée en électricité Après avoir quitté la turbine à gaz, les gaz d'échappement s'écoulent dans la-chaudière 129 de récupération de la chaleur des gaz d'échappement Dans cette chaudière 129 a lieu un échange de chaleur pour récupérer

la chaleur perdue après quoi, les gaz sont évacués dans l'atmos-

p ière environnante par la cheminée 130 L'eau d'alimentationr destinée à la chaudière 129 de récupération de la chaleur des

gaz d'échappement est fournie par la pompe 136 d'eau d'alimen-

tation Cette eau est vaporisée dans la chaudière et la vapeur ainsi produite est mélangée au combustible dans le mélangeur

134 de gaz servant de matière première et de vapeur.

En utilisant le lit fluidisé sous pression, on peut obtenir les caractéristiques avantageuses suivantes 1) La vitesse d'écoulement dans le volume

dégagé peut être réduite à une valeur inférieure-à celle qui cor-

respond au fonctionnement sous pression normale Si l'on déter-

mine la vitesse d'écoulement dans l'espace dégagé à la même valeur 29 -

que celle qui correspond au fonctionnement sous pression nor-

male, on peut réduire le volume requis pour le lit fluidisé.

L'ensemble de l'appareil peut alors être construit avec des

dimensions réduites.

2) Si la vitesse d'écoulement dans le vo- lume dégagé est choisie pour avoir une valeur inférieure, on

peut réduire en conséquence la dimension des grains de la ma-

tière fluidisée Il en résulte que les tubes remplis de cata-

liyseur disposés dans le lit fluidisé s'usent moins et que, de plus, l'entraînement se produit rarement dans l'espace dégagé situé

au-dessus du lit fluidisé.

3) Etant donné que la fluidisation est ef-

fectuée sous pression, le lit fluidisé a un coefficient de con-

ductibilit é thermique supérieur à celui qui correspond atu for c-

tionnement sous pression normale L'énergie thermique contenue

dans les gaz brûlés à température élevée est récupérée sous for-

me de force mécanique qui est utilisée pour faire tourner la tur-

bine à gaz et le compresseur De plus, l'énergie qui reste est -utilisée pour faire tourner un générateur électrique On peut ainsi réduire les dimensions de la chaudière de récupération de la chaleur des gaz brûlés par rapport à ce qui aurait lieu

si l'on récupérait ainsi toute la chaleur.

) Etant donné aue 'enveloppe de l'appa- reil de reforming constituant l'élément le plus lourd, peut être

conçue avec de plus faibles dimensions, le transport et l'ins-

tallation sont effectués très facilement En outre, quand l'appareil est constitué par plusieurs modules, le transport est effectué plus facilement à l'aide d'une remorque ou d'un

véhicule similaire.

6) Un lit fluidisé présente une répartition de température uniforme dans son étendue Ainsi, en commandant judicieusement le fonctionnement du lit fluidisé, on est sûr que les tubes remplis de catalyseur soumis à des conditions

de température sévères dans le lit fluidisé sont protégés con-

tre les dommages tels que ruptures, fuites et similaires En

2531944

outre, on peut utiliser favorablement d'autres caractéristi-

ques du lit fluidisé telles que bonnes caractéristiques de

fonctionnement sous charge partielle, excellente capacité -

d'adaptation aux variations de charge à vitesse élevée et autres. 31 -

Claims (6)

REVENDICATIONS

1 ) Appareil de reforming de combustible du type comportant plusieurs tubes remplis de catalyseur ( 4; 69; 82,88; 124,125) agencés pour être chauffés à température-élevée par chauffage extérieur, de manière à transformer par reforming

le combustible en gaz contenant de l'hydrogène en tant que cons-

tituant principal, ce combustible passant dans chacun des tubes remplis de catalyseur, caractérisé en ce que les tubes remplis de catalyseur ( 4; 69; 82; 88; 124,125) sont disposés dans un lit

fluidisé ( 24; 76,81; 122).

2 ) Appareil de reforming de combustible selon la revendication 1, caractérisé en c qu'un échangeur de chaleur ( 19,72) est monté en un emplacement prédéterminé, un échange de chaleur ayant lieu dans cet échangeur entre des gaz

de combustion sortant et de l'air de combustion entrant.

3 ) Appareil de reforming de combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu un

passage de recyclage ( 30,32) dans lequel on recycle sous pres-

sion une partie des gaz de combustion prélevée dans un conduit

d'évacuation ( 28).

4 ) Appareil de reforming de combustible

selon la revendication 1, caractérisé en ce qpe les tubes rem-

plis de catalyseur ( 69) sont disposes dans un lit fluidisé ( 76) constitué par une matière fluidisée non combustible, plusieurs brûleurs rectilignes ( 60) étant disposés au-dessus du plancher

( 75) du lit fluidisé ( 76).

) Appareil de reforming de combustible

selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes rem-

plis de catalyseur sont respectivement conçus sous forme de tu-

bes à double paroi ( 82; 88; 124,125).

6 ) Appareil de reforming de combustible selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des tubes à double paroi ( 82,88) remplis de catalyseur comporte un volume annulaire défini entre le-tube extérieur ( 82) et le tube intérieur ( 88) pour la mise en place du catalyseur ( 93), une plaque

32 2 2531944

32 - poreuse (g 4) de retenue du catalyseur étant en outre fixee sur la surface de paroi extérieure du tube intérieur, plusieurs ailettes directrices ( 95) étant fixées à son extrémité supérieure pour modifier la direction d'écoulement du gaz et favoriser la conduction de la chaleur, un ruban ( 96) favorisant la conduction de la chaleur

étant disposé à l'intérieur du tube intérieur ( 88).

) Appareil de reforming de combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lit fluidisé ( 122) est constitué sous forme d'un lit fluidisé fonctionnant sous pression, une turbine à gaz ( 127) étant installée en un

emplacement prédéterminé et étant commandée par les gaz de com-

bustion.