FR2740131A1 - Procede de production d'acetylene et de gaz de synthese - Google Patents
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Abstract
L'invention se rapporte à un procédé de production d'acétylène et de gaz de synthèse par oxydation partielle d'hydrocarbures à l'oxygène, dans lequel les réactifs gazeux sont préchauffés séparément, mélangés uniformément dans une zone de mélange, mis à réagir après passage dans un bloc de brûleurs et rapidement trempés dans un milieu de trempe aqueux après la réaction, dans lequel le milieu de trempe aqueux est recirculé en circuit fermé. De préférence, le rapport des réactifs gazeux est choisi de manière à obtenir l'acétylène et la suie produits dans la réaction selon un rapport pondéral de 50 à 500.
Description
La présente invention concerne un procédé de production d'acétylène et de gaz de synthèse par oxydation partielle d'hydrocarbures à l'oxygène, caractérisé en ce que les réactifs gazeux sont préchauffés séparément, mélangés vigoureusement dans la zone de mélange, mis à réagir après passage dans un bloc de brûleurs et trempés rapidement avec un milieu de trempe aqueux après la réaction.
La production d'acétylène et de gaz de synthèse par oxydation partielle d'hydrocarbures est bien connue. La formation d'acétylène et de gaz de synthèse par oxydation partielle de méthane (gaz naturel) est largement employée à l'échelle mondiale. Bien que la seule production de gaz de synthèse à partir de gaz naturel par oxydation ménagée soit un procédé techniquement simple, le procédé d'obtention de gaz de synthèse couplé à la production d'acétylène est strictement régi par des conditions spatio-temporelles et des critères quantitatifs bien précis. Le gaz naturel et l'oxygène utilisés comme réactifs sont habituellement préchauffés séparément à des températures pouvant atteindre 700"C, mélangés vigoureusement dans la zone de mélange (diffuseur) et mis à réagir après passage dans un bloc de brûleurs.
Le bloc de brûleurs comprend ordinairement plusieurs canaux de forme bien définie dans lesquels la vitesse du mélange oxygène/gaz naturel réactif est supérieure à la vitesse de propagation de la flamme de sorte que la flamme en dessous du bloc de brûleurs ne peut pas se propager en arrière dans le diffuseur où l'opération de prémélange a lieu.
La chambre de réaction adjacente au bloc de brûleurs possède un volume spécifique afin de permettre au gaz chaud produit de quitter la chambre de réaction en quelques millisecondes de telle sorte que le temps de séjour des gaz réactionnels contenant de l'acétylène est très court. Le temps de séjour extrêmement bref conjugué à une faible pression conduit à l'oxydation partielle de l'hydrocarbure en acétylène et en gaz de synthèse étant donné qu'une conversion totale des réactifs en gaz de synthèse ne peut pas avoir lieu en un laps de temps aussi court.A l'expiration de ce déiai au cours duquel les équilibres de réaction correspondant à une température de l'ordre de 1500 à 2000"C ne peuvent pas être atteints, les produits réactionnels sont trempés ou refroidis quasi instantanément jusqu'à une température inférieure à 300"C au moyen d'eau ou d'huiles résiduelles comme milieu de trempe. La trempe assure la non-décomposition de l'acétylène formé en carbone et hydrogène ou l'absence de réaction de l'eau formée en cours de réaction (eau de procédé) avec l'acétylène pour donner du monoxyde de carbone et de l'hydrogène. D'ordinaire, I'exécution de ces procédés se fait à la pression atmosphérique ou sous pression légèrement plus élevée.Outre le gaz naturel, il est possible de recourir à tous les hydrocarbures gazeux ou aisément volatils en modifiant légèrement les conditions du procédé. Bien que la seule production de gaz de synthèse à partir de gaz naturel par oxydation partielle soit un procédé relativement simple sur le plan technique dans lequel il n'y a pratiquement aucune formation de sous-produits, le procédé d'obtention de gaz de synthèse couplé à la production d'acétylène conduit toujours à la formation de quantités plus ou moins grandes de suie selon la nature de l'hydrocarbure utilisé comme réactif.
Contrairement à l'oxydation partielle du méthane en gaz de synthèse au cours de laquelle la formation de suie peut être pratiquement supprimée par l'application de pressions élevées et l'observation de temps de séjour relativement longs, dans le procédé d'oxydation partielle d'hydrocarbures en acétylène et en gaz de synthèse, la faible pression et le temps de séjour extrêmement court de quelques millisecondes sont responsables de la production d'acétylène, c'est-àdire de la conversion incomplète des réactifs en gaz de synthèse.
Ainsi, la formation de suie ne peut pas être supprimée.
De plus, la concentration des principaux constituants du gaz de craquage ou ayant réagi dépend du rapport oxygène/hydrocarbure dans la charge. A mesure que l'apport en oxygène augmente, la concentration d'acétylène s'élève jusqu'à ce qu'elle passe par un maximum. D'habitude, le rapport volumique (dans des conditions de température et de pression normales) de l'oxygène au gaz naturel ne dépasse pas environ 0,6 si l'on veut obtenir une concentration maximale d'acétylène. Le refroidissement brusque du gaz de craquage aboutit non seulement à une évacuation de chaleur du mélange gazeux produit mais également à l'élimination de suie des produits réactionnels.
Dans l'état actuel de la technique, la trempe peut se faire par deux procédés, le procédé de trempe à l'eau et le procédé de trempe à l'huile, respectivement (Ullmann's Encyclopedia of Industrial
Chemistry, 5ème édition, volume Al, pages 97 - 144).
Chemistry, 5ème édition, volume Al, pages 97 - 144).
Dans le procédé de trempe à l'eau, le gaz produit est refroidi à environ 80 à 90"C par le milieu de trempe aqueux lors de la trempe.
La fraction de suie formée au cours de la réaction est éliminée par trempe du mélange gazeux produit. Le mélange gazeux produit subit ensuite une purification plus poussée et est refroidi par lavage avec de l'eau recyclée dans une colonne de refroidissement dans laquelle une proportion plus grande de suie est enlevée. Enfin, le mélange gazeux est amené à s'écouler à travers un filtre à grilles électriques dans lequel une plus grande proportion de suie est éliminée et entraînée par lavage à l'eau. Ainsi, les effluents aqueux provenant du système de refroidissement, de la colonne de refroidissement et du filtre à grilles électriques servent à transporter la suie éliminée par lavage. Cependant, I'eau est incapable de disperser et de retenir de manière stable les grandes quantités de suie produites au cours du procédé.Afin d'éviter des problèmes d'écoulement ou des problèmes associés aux dépôts collants de suie contenue dans l'eau, il faut éliminer la suie de l'eau. C'est pourquoi ces effluents aqueux réunis sont ensuite amenés à s'écouler dans un bassin de décantation de suie. Dans ce bassin de décantation, la suie flotte en surface en raison du gaz résiduel qui s'y trouve piégé. La couche de suie supérieure contient de 4 à 8% en poids de carbone, selon le type de la charge de départ. Cette suie est écumée à la surface de l'eau et est ensuite dégazée dans des récipients sous agitation de manière à obtenir une boue chargée en suie dont la teneur en eau dépasse 90%.
Cette boue chargée en suie est incinérée par des moyens d'incinération adaptés. Les effluents aqueux ainsi réunis sont ensuite amenés à s'écouler des bassins de décantation vers des tours de refroidissement où ils sont refroidis puis recyclés à la trempe, à la colonne de refroidissement et au filtre à grilles électriques.
Le procédé de refroidissement à l'eau entraîne de considérables pertes d'énergie lors du refroidissement de l'eau dans des tours de refroidissement et est associé à la fois à des problèmes d'émissions et d'odeur nauséabonde que soulèvent ces émissions.
L'écume chargée de suie est une source importante d'émissions d'hydrocarbures aromatiques, en particulier le benzène, lorsqu'elle flotte dans des bassins de décantation ouverts. Dans les tours de refroidissement, il peut se produire également des émissions d'hydrocarbures à partir de l'eau.
Un second procédé de refroidissement rapide des produits réactionnels est la trempe à l'aide d'huiles, par exemples des huiles résiduelles ou des huiles aromatiques lourdes à point d'ébullition élevé. Lorsqu'on utilise de telles huiles à des fins de trempe ou de refroidissement, il y a mise en suspension dans l'huile de la suie formée. A la sortie du brûleur, la température du produit gazeux est de 200 à 250"C. La chaleur absorbée par le milieu de trempe peut être transférée à l'eau pour générer de la vapeur en faisant passer l'huile à travers des chaudières de récupération de chaleur avant de la renvoyer à la trempe. Ainsi, les déperditions d'énergie dans ce procédé sont plus faibles que dans le procédé de trempe à l'eau. La chaleur résiduelle du produit gazeux est éliminée dans des refroidisseurs à circuit fermé. Les émissions sont ainsi supprimées.
L'huile refroidie est recyclée au brûleur.
Alors qu'il suffit de remplacer dans le procédé de trempe à l'eau uniquement les pertes d'eau au niveau du bassin de décantation et de la tour de refroidissement, dans le procédé de trempe à l'huile, il faut ajouter de considérables quantités d'huile. Cela s'explique par le fait qu'une partie de l'huile subit un craquage au cours de la trempe lorsqu'elle entre en contact avec les gaz réactionnels dont la température peut atteindre 2000"C. L'huile fait donc l'objet de craquage et réagit en formant de l'hydrogène, des hydrocarbures aromatiques légers ainsi que de la suie ou du coke. II y a mise en suspension dans l'huile du carbone ou de la suie formé en cours de réaction des gaz et lors du craquage de l'huile utilisée pour la trempe.
Etant donné la capacité limitée de l'huile à retenir le carbone et la suie ainsi que les produits de craquage des huiles, une partie de l'huile contenant de la suie doit être régénérée par séparation d'avec la suie.
Cela s'effectue par exemple par distillation de l'huile, obtenant ainsi du carbone en forme de fins granulés. L'inconvénient du procédé de trempe à l'huile réside dans la régénération techniquement coûteuse des huiles contenant de la suie et l'adjonction indispensable de quantités plus grandes d'huiles lourdes. En outre, il y a collecte de considérables quantités de suie ou de coke et de produits de décomposition légers issus des huiles lourdes, dites huiles de pyrolyse. L'avantage du procédé de trempe à l'huile tient à l'absence d'émissions et à la perte minime de chaleur de procédé, cf. Ullmann's
Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5ème édition, volume Al, pages 106-115.
Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5ème édition, volume Al, pages 106-115.
Le problème de savoir comment remédier aux inconvénients du procédé de trempe à l'eau et du procédé de trempe à l'huile est à l'origine de la présente invention.
Ce problème est résolu selon la présente invention comme décrit ci-dessous.
Conformément à un mode de mise en oeuvre de la présente invention, on foumit un procédé de production d'acétylène et de gaz de synthèse par oxydation partielle d'hydrocarbures à l'oxygène, dans lequel les réactifs gazeux sont préchauffés séparément, mélangés vigoureusement dans une zone de mélange, mis à réagir après passage dans un bloc de brûleurs et rapidement trempés dans un milieu de trempe aqueux après la réaction, et caractérisé en outre en ce que le milieu de trempe aqueux est recirculé en circuit fermé.
II a été trouvé que la quantité de suie obtenue dans la production d'acétylène et de gaz de synthèse par oxydation partielle d'hydrocarbures à l'oxygène peut être réduite dans une grande mesure.
II a également été trouvé qu'en augmentant le rapport de l'oxygène aux hydrocarbures dans les réactifs, la quantité de suie obtenue dans le gaz de craquage peut être réduite dans des proportions beaucoup plus grandes que la quantité d'acétylène. Ainsi, en ajustant le rapport oxygène/hydrocarbures, la formation de suie au cours de la production d'acétylène peut être supprimée dans une grande mesure tandis que la formation d'acétylène n'est que légèrement diminuée.
En réduisant la concentration d'acétylène dans le gaz de craquage à la moitié de sa valeur maximale, c'est-à-dire en réduisant de moitié la capacité de production d'acétylène du brûleur (exemple 2), la quantité de suie formée ne s'élève plus qu'à 7% environ de la quantité de suie formée en faisant toumer le brûleur à sa capacité maximale de production d'acétylène (exemple comparatif 1) de manière à obtenir un rendement maximal en acétylène.
Lorsque le rapport d'oxygène aux hydrocarbures est augmenté de manière à réduire la capacité de production d'acétylène du brûleur au tiers de sa valeur maximale (exemple 3), la formation de suie est réduite à environ 2% de la quantité de suie formée en portant la capacité de production d'acétylène du brûleur au maximum (exemple comparatif 1).
La forte réduction de la formation de suie par rapport à la baisse de production d'acétylène selon la présente invention permet de modifier le procédé de trempe dans l'eau mentionné précédemment de telle manière qu'il devient possible d'envisager la circulation du milieu de trempe et de l'eau de refroidissement en circuit fermé. Dans le procédé conforme à la présente invention, l'élimination de la chaleur de procédé du milieu de trempe à base d'eau peut se faire au moyen de systèmes de refroidissement appropriés, par exemple en utilisant des refroidisseurs à air ou des refroidisseurs à plaques, éventuellement en association avec des tours de refroidissement. II n'y a plus besoin d'éliminer la suie dans des bassins de décantation ouverts et d'éliminer la chaleur dans des tours de refroidissement.De cette manière, les problèmes d'émissions et d'odeur qui conduiraient, s'il en était autrement, à des nuisances pour l'environnement, peuvent être résolus. La suie formée durant la réaction est de préférence emportée par le milieu de trempe ou l'eau de refroidissement où elle est retenue. Ainsi, le retrait et l'incinération de grandes quantités de boue ou de mousse chargées en suie sont obsolètes. La suie est éliminée du milieu de trempe ou de l'eau de refroidissement recirculée de préférence en quantités strictement équivalentes aux quantités d'eau de procédé formée en cours de réaction qu'il faut retirer de la circulation. La séparation de la suie et de l'eau retirée en quantité relativement faible peut se faire par n'importe quel moyen.
Conformément à un autre mode de mise en oeuvre de la présente invention, une fraction du milieu de trempe aqueux, de préférence au moins en quantité correspondant à celle d'eau de procédé formée pendant la réaction d'oxydation, est retirée de la circulation et remplacée éventuellement par du milieu aqueux frais.
Ainsi, il est possible d'ajuster la quantité de suie retirée de la circulation et celle restée en circulation.
Le procédé conforme à la présente invention combine ainsi les avantages du procédé de trempe employant de l'huile, en particulier la circulation en circuit fermé, à ceux du procédé de trempe à l'eau dans lequel il est fait usage d'un milieu de trempe économique non consommé durant le procédé ce qui élimine le besoin d'en ajouter en continu. Les inconvénients liés à ces deux procédés connus sont écartés, en particulier ceux des bassins de décantation ouverts et des tours de refroidissement dans le procédé de trempe à l'eau et ceux liés à la régénération techniquement compliquée d'huiles contenant de la suie et à la nécessité d'ajouter des huiles lourdes en continu dans le procédé de trempe à l'huile.
Les hydrocarbures qu'il est possible d'employer selon la présente invention peuvent être des hydrocarbures suffisamment volatils quelconques. Les hydrocarbures peuvent ne contenir qu'un seul type d'hydrocarbures mais peuvent consister également en des mélanges d'hydrocarbures.
Selon un mode de mise en oeuvre de la présente invention, le gaz naturel est utilisé comme hydrocarbure. Toute composition de gaz naturel peut être utilisée. Selon un mode de mise en oeuvre de la présente invention, le gaz naturel contient au moins 98% en volume de méthane.
Selon la présente invention, tous les hydrocarbures inférieurs, en particulier les hydrocarbures paraffiniques de type méthane, éthane, propane et butane, séparément ou à l'état de mélange, peuvent être employés dans le présent procédé.
Selon un autre mode de mise en oeuvre de la présente invention, le gaz peut contenir d'autres gaz en plus des hydrocarbures, par exemple de l'azote, du dioxyde de carbone, des gaz rares.
Selon un mode de mise en oeuvre de la présente invention, le gaz employé peut être du butane pur.
Le rapport des atomes d'oxygène contenus dans l'oxygène aux atomes de carbone contenus dans les hydrocarbures peut être ajusté en fonction du rapport pondéral acétylène/suie recherché ou du taux de production d'acétylène désiré. Si un taux de production d'acétylène élevé est désiré, le rapport des atomes d'oxygène contenus dans l'oxygène aux atomes de carbone contenus dans les hydrocarbures peut être abaissé, tandis que pour un taux de production d'acétylène plus faible associé à un rapport pondéral acétylène/suie très élevé et un très faible taux de production de suie, ce rapport peut être plus grand. II est possible de faire varier les conditions du procédé selon la nature des produits réactionnels désirés conformément à la présente invention.
De préférence, dans le procédé selon la présente invention, le rapport atomique des atomes d'oxygène contenus dans l'oxygène aux atomes de carbone contenus dans les hydrocarbures est au moins égal à 1,05, mieux encore ce rapport atomique est de 1,15 à 1,4.
Selon un mode de mise en oeuvre de la présente invention, les hydrocarbures utilisés sont le gaz naturel et le rapport volumique standard ou de l'oxygène au gaz naturel est supérieur à 0,6, de préférence est compris dans la gamme de 0,61 à 0,78, mieux encore de 0,625 à 0,7.
Selon un mode de mise en oeuvre de la présente invention, le rapport des réactifs gazeux est choisi de manière telle que l'acétylène et la suie produits pendant la réaction sont obtenus selon un rapport pondéral de 50 à 500, de préférence selon un rapport pondéral de 50 à 150.
Selon un mode de mise en oeuvre de la présente invention, la concentration du milieu de trempe aqueux en suie ne dépasse pas 1% en poids, et va de préférence de 0,1 à 1% en poids, de préférence de 0,2 à 0,4% en poids. De préférence, le rapport volumique de l'oxygène au gaz naturel est proche de 0,646, le rapport des atomes d'oxygène contenus dans l'oxygène aux atomes de carbone contenus dans les hydrocarbures est d'environ 1,3, ce qui donne un rapport pondéral acétylène/suie d'environ 100.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront à la lecture des exemples suivants.
Les exemples ont été mis en oeuvre au moyen d'un appareil tel qu'il est décrit dans Ullmann's Encyclopedia of Industrial
Chemistry, 5ème édition, Volume 1, 1985, page 107. Les réactifs étaient du gaz naturel et de l'oxygène. Le gaz naturel contenait au moins 98% en volume de méthane.
Chemistry, 5ème édition, Volume 1, 1985, page 107. Les réactifs étaient du gaz naturel et de l'oxygène. Le gaz naturel contenait au moins 98% en volume de méthane.
Cependant, toute composition de gaz naturel ou tout mélange gazeux peut être employé selon la présente invention.
Les réactifs ont été chauffés séparément à 600"C, mélangés uniformément dans la zone de mélange du brûleur et mis à réagir après passage à travers un diffuseur et un bloc de brûleurs. Après un temps de réaction de quelques millisecondes, les gaz de craquage contenant de l'acétylène ont subi un procédé de trempe à l'eau jusqu'à voir leur température réduite à 80"C. L'acétylène et le gaz de synthèse produits ont été obtenus de manière conventionnelle par absorption fractionnée et désorption ultérieure au moyen d'un solvant convenable. La suie formée comme sous-produit a été obtenue à partir de l'eau de trempe et de refroidissement qui a été enlevée du circuit fermé contenant l'eau de trempe ou de refroidissement.Dans le procédé conforme aux exemples comparatifs, la suie a été enlevée par le procédé de décantation de l'eau de trempe et de refroidissement tel que décrit ci-dessus.
Les conditions expérimentales et les résultats des expériences sont résumés de manière précise dans le tableau suivant:
Exemple <SEP> Exemple <SEP> Exemple <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb> Comparatif <SEP> 1
<tb> Charge <SEP> de <SEP> gaz <SEP> naturel <SEP> m3/h* <SEP> 7200 <SEP> 6900 <SEP> 6500 <SEP> 6350 <SEP> 6000 <SEP> 5875 <SEP> 5600
<tb> Charge <SEP> d'oxygène <SEP> m3/h* <SEP> 4200 <SEP> 4200 <SEP> 4200 <SEP> 4200 <SEP> 4200 <SEP> 4200 <SEP> 4200
<tb> Rapport <SEP> volumiuqe <SEP> oxygène/gaz <SEP> 0,583 <SEP> 0,609 <SEP> 0,646 <SEP> 0,661 <SEP> 0,7 <SEP> 0,715 <SEP> 0,75
<tb> naturel
<tb> Rapport <SEP> O/C** <SEP> 1,166 <SEP> 1,218 <SEP> 1,292 <SEP> 1,322 <SEP> 1,4 <SEP> 1,43 <SEP> 4,5
<tb> Gaz <SEP> de <SEP> caraquage <SEP> m3/h* <SEP> 13800 <SEP> 13800 <SEP> 13800 <SEP> 13800 <SEP> 13800 <SEP> 13800 <SEP> 13800
<tb> Acétylène, <SEP> % <SEP> en <SEP> volume <SEP> 8,5 <SEP> 7,8 <SEP> 6,4 <SEP> 4,5 <SEP> 2,8 <SEP> 2,5 <SEP> 1,6
<tb> Production <SEP> d'acétylène, <SEP> tonnes <SEP> par <SEP> 33 <SEP> 30 <SEP> 25 <SEP> 17 <SEP> 11 <SEP> 10 <SEP> 6
<tb> jour
<tb> Gaz <SEP> de <SEP> synthèse <SEP> m3 <SEP> par <SEP> jour* <SEP> 30000 <SEP> 305000 <SEP> 310000 <SEP> 315000 <SEP> 321000 <SEP> 322000 <SEP> 325000
<tb> Eau <SEP> de <SEP> procédé, <SEP> m3 <SEP> par <SEP> jour <SEP> 86 <SEP> 80 <SEP> 67 <SEP> 62 <SEP> 58 <SEP> 55 <SEP> 50
<tb> Production <SEP> de <SEP> sule, <SEP> kg/h <SEP> 75 <SEP> 55 <SEP> 10 <SEP> 5 <SEP> 1,6 <SEP> 1,2 <SEP> 0,6
<tb> Boue <SEP> chargée <SEP> en <SEP> suie <SEP> (90% <SEP> d'eau), <SEP> 18000 <SEP> 13200 <SEP> 2400 <SEP> 1200 <SEP> 385 <SEP> 288 <SEP> 144
<tb> kg <SEP> par <SEP> jour
<tb> Circuit <SEP> d'eau <SEP> chargée <SEP> en <SEP> suie, <SEP> % <SEP> de <SEP> < 2,1 > <SEP> < 1,65 > <SEP> 0,36 <SEP> 0,19 <SEP> 0,07 <SEP> 0,07 <SEP> 0,03
<tb> sule <SEP> en <SEP> polds <SEP> ***
<tb> Rapport <SEP> pondéral <SEP> acétylène/sule <SEP> 18 <SEP> 22 <SEP> 104 <SEP> 142 <SEP> 287 <SEP> 347 <SEP> 417
<tb> ANALYSE DU GAZ DE SYNTHESE, % EN VOLUME
<tb> Comparatif <SEP> 1
<tb> Charge <SEP> de <SEP> gaz <SEP> naturel <SEP> m3/h* <SEP> 7200 <SEP> 6900 <SEP> 6500 <SEP> 6350 <SEP> 6000 <SEP> 5875 <SEP> 5600
<tb> Charge <SEP> d'oxygène <SEP> m3/h* <SEP> 4200 <SEP> 4200 <SEP> 4200 <SEP> 4200 <SEP> 4200 <SEP> 4200 <SEP> 4200
<tb> Rapport <SEP> volumiuqe <SEP> oxygène/gaz <SEP> 0,583 <SEP> 0,609 <SEP> 0,646 <SEP> 0,661 <SEP> 0,7 <SEP> 0,715 <SEP> 0,75
<tb> naturel
<tb> Rapport <SEP> O/C** <SEP> 1,166 <SEP> 1,218 <SEP> 1,292 <SEP> 1,322 <SEP> 1,4 <SEP> 1,43 <SEP> 4,5
<tb> Gaz <SEP> de <SEP> caraquage <SEP> m3/h* <SEP> 13800 <SEP> 13800 <SEP> 13800 <SEP> 13800 <SEP> 13800 <SEP> 13800 <SEP> 13800
<tb> Acétylène, <SEP> % <SEP> en <SEP> volume <SEP> 8,5 <SEP> 7,8 <SEP> 6,4 <SEP> 4,5 <SEP> 2,8 <SEP> 2,5 <SEP> 1,6
<tb> Production <SEP> d'acétylène, <SEP> tonnes <SEP> par <SEP> 33 <SEP> 30 <SEP> 25 <SEP> 17 <SEP> 11 <SEP> 10 <SEP> 6
<tb> jour
<tb> Gaz <SEP> de <SEP> synthèse <SEP> m3 <SEP> par <SEP> jour* <SEP> 30000 <SEP> 305000 <SEP> 310000 <SEP> 315000 <SEP> 321000 <SEP> 322000 <SEP> 325000
<tb> Eau <SEP> de <SEP> procédé, <SEP> m3 <SEP> par <SEP> jour <SEP> 86 <SEP> 80 <SEP> 67 <SEP> 62 <SEP> 58 <SEP> 55 <SEP> 50
<tb> Production <SEP> de <SEP> sule, <SEP> kg/h <SEP> 75 <SEP> 55 <SEP> 10 <SEP> 5 <SEP> 1,6 <SEP> 1,2 <SEP> 0,6
<tb> Boue <SEP> chargée <SEP> en <SEP> suie <SEP> (90% <SEP> d'eau), <SEP> 18000 <SEP> 13200 <SEP> 2400 <SEP> 1200 <SEP> 385 <SEP> 288 <SEP> 144
<tb> kg <SEP> par <SEP> jour
<tb> Circuit <SEP> d'eau <SEP> chargée <SEP> en <SEP> suie, <SEP> % <SEP> de <SEP> < 2,1 > <SEP> < 1,65 > <SEP> 0,36 <SEP> 0,19 <SEP> 0,07 <SEP> 0,07 <SEP> 0,03
<tb> sule <SEP> en <SEP> polds <SEP> ***
<tb> Rapport <SEP> pondéral <SEP> acétylène/sule <SEP> 18 <SEP> 22 <SEP> 104 <SEP> 142 <SEP> 287 <SEP> 347 <SEP> 417
<tb> ANALYSE DU GAZ DE SYNTHESE, % EN VOLUME
Exemple <SEP> Exemple <SEP> Exemple <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb> Comparatif <SEP> 1
<tb> Charge <SEP> de <SEP> gaz <SEP> naturel <SEP> m3/h* <SEP> 7200 <SEP> 6900 <SEP> 6500 <SEP> 6350 <SEP> 6000 <SEP> 5875 <SEP> 5600
<tb> Monoxyde <SEP> de <SEP> carbone <SEP> 28,3 <SEP> 28,6 <SEP> 30,5 <SEP> 32,8 <SEP> 33,8 <SEP> 34 <SEP> 34,2
<tb> Hydrogène <SEP> 61 <SEP> 61,3 <SEP> 61,8 <SEP> 62,2 <SEP> 62,4 <SEP> 62,5 <SEP> 62,5
<tb> Méthane, <SEP> dioxyde <SEP> de <SEP> carbone <SEP> et <SEP> autres <SEP> 10,4 <SEP> 9,9 <SEP> 7,6 <SEP> 4,9 <SEP> 3,8 <SEP> 3,5 <SEP> 3,3
<tb> Oxygène <SEP> 0,3 <SEP> 0,2 <SEP> 0,1 <SEP> < 0,1 <SEP> 0,02 <SEP> 0,01 <SEP> < 0,01
<tb> * dans les conditions normales de température et de pression ** rapport des atomes d'oxygène contenus dans l'oxygène aux atomes de carbone contenus dans le gaz naturel 5 *** dans l'eau de trempe éliminée
II ressort des exemples donnés ci-dessus que dans le procédé selon l'exemple comparatif 1, une concentration en suie de 2,1% dans l'eau de procédé est obtenue lorsque la suie est éliminée en conjonction avec l'eau de procédé.Dans ce procédé, en raison de la concentration élevée de suie, il faut pour éliminer la suie de l'eau de trempe et de refroidissement employer un procédé de décantation polluant et néfaste pour l'environnement. II est en outre nécessaire de refroidir l'eau dans des tours de refroidissement. II en est de même pour l'exemple comparatif 2, où une concentration en suie de 1,65% est obtenue. La concentration en suie est trop élevée pour permettre la remise du milieu de trempe en circulation. Selon les exemples 1 et 3, les concentrations en suie sont réduites jusqu'à un niveau de 0,36% et 0,07%, respectivement. Ces concentrations de suie ne posent aucun problème en matière de recyclage de l'eau de trempe et de refroidissement en circuit fermé.L'élimination de la suie par élimination de l'eau de procédé formée au cours de la réaction est suffisante pour maintenir une concentration de suie dans l'eau à un niveau qui ne gêne pas la circulation de l'eau de trempe et de refroidissement. Donc, il était possible d'employer le circuit fermé pour la circulation de l'eau de trempe et de refroidissement dans les exemples 1 à 3. Environ 3 m3 d'eau de procédé contenant de la suie doivent être éliminés par heure. L'eau éliminée peut être par exemple filtrée afin d'éliminer la suie ou peut être envoyée à une installation d'épuration d'eaux usées. Dans l'exemple 1, la production d'acétylène est égale aux trois quarts de la production dans l'exemple comparatif 1.La production de suie, cependant, est réduite de 75 kg/h à 10 kg/h, donc par un facteur de 8 environ (la production de suie d'après l'exemple 1 est d'environ 1/8ème de celle de l'exemple comparatif 1).
<tb> Comparatif <SEP> 1
<tb> Charge <SEP> de <SEP> gaz <SEP> naturel <SEP> m3/h* <SEP> 7200 <SEP> 6900 <SEP> 6500 <SEP> 6350 <SEP> 6000 <SEP> 5875 <SEP> 5600
<tb> Monoxyde <SEP> de <SEP> carbone <SEP> 28,3 <SEP> 28,6 <SEP> 30,5 <SEP> 32,8 <SEP> 33,8 <SEP> 34 <SEP> 34,2
<tb> Hydrogène <SEP> 61 <SEP> 61,3 <SEP> 61,8 <SEP> 62,2 <SEP> 62,4 <SEP> 62,5 <SEP> 62,5
<tb> Méthane, <SEP> dioxyde <SEP> de <SEP> carbone <SEP> et <SEP> autres <SEP> 10,4 <SEP> 9,9 <SEP> 7,6 <SEP> 4,9 <SEP> 3,8 <SEP> 3,5 <SEP> 3,3
<tb> Oxygène <SEP> 0,3 <SEP> 0,2 <SEP> 0,1 <SEP> < 0,1 <SEP> 0,02 <SEP> 0,01 <SEP> < 0,01
<tb> * dans les conditions normales de température et de pression ** rapport des atomes d'oxygène contenus dans l'oxygène aux atomes de carbone contenus dans le gaz naturel 5 *** dans l'eau de trempe éliminée
II ressort des exemples donnés ci-dessus que dans le procédé selon l'exemple comparatif 1, une concentration en suie de 2,1% dans l'eau de procédé est obtenue lorsque la suie est éliminée en conjonction avec l'eau de procédé.Dans ce procédé, en raison de la concentration élevée de suie, il faut pour éliminer la suie de l'eau de trempe et de refroidissement employer un procédé de décantation polluant et néfaste pour l'environnement. II est en outre nécessaire de refroidir l'eau dans des tours de refroidissement. II en est de même pour l'exemple comparatif 2, où une concentration en suie de 1,65% est obtenue. La concentration en suie est trop élevée pour permettre la remise du milieu de trempe en circulation. Selon les exemples 1 et 3, les concentrations en suie sont réduites jusqu'à un niveau de 0,36% et 0,07%, respectivement. Ces concentrations de suie ne posent aucun problème en matière de recyclage de l'eau de trempe et de refroidissement en circuit fermé.L'élimination de la suie par élimination de l'eau de procédé formée au cours de la réaction est suffisante pour maintenir une concentration de suie dans l'eau à un niveau qui ne gêne pas la circulation de l'eau de trempe et de refroidissement. Donc, il était possible d'employer le circuit fermé pour la circulation de l'eau de trempe et de refroidissement dans les exemples 1 à 3. Environ 3 m3 d'eau de procédé contenant de la suie doivent être éliminés par heure. L'eau éliminée peut être par exemple filtrée afin d'éliminer la suie ou peut être envoyée à une installation d'épuration d'eaux usées. Dans l'exemple 1, la production d'acétylène est égale aux trois quarts de la production dans l'exemple comparatif 1.La production de suie, cependant, est réduite de 75 kg/h à 10 kg/h, donc par un facteur de 8 environ (la production de suie d'après l'exemple 1 est d'environ 1/8ème de celle de l'exemple comparatif 1).
Dans l'exemple 2, la production d'acétylène est réduite à la moitié de la production de l'exemple comparatif 1. La production de suie, cependant, est réduite d'un facteur de 15 à 5 kg/h par rapport à l'exemple comparatif 1.
Les Exemples 4 et 5 montrent des résultats obtenus avec un rapport de l'oxygène au gaz naturel encore plus élevé. Les concentrations de suie dans l'eau en circulation s'élèvent à 0,07 et 0,03% en poids, respectivement. La production d'acétylène décroît jusqu'à 10 et 6 tonnes par jour, respectivement. Parallèlement, le rapport pondéral acétylène/suie croît jusqu'à 347 et 417, respectivement. Ainsi, si selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, des rendements moins élevés d'acétylène peuvent être tolérés, la production de suie peut être réduite à de très faibles quantités, d'où des rapports pondéraux acétylène/suie très élevés.Le rapport de l'oxygène au gaz naturel employé peut donc dépendre, selon un mode de mise en oeuvre de la présente invention, des quantités et des types de produits réactionnels voulus ainsi que du degré de réduction souhaité de la quantité de suie formée dans la réaction.
La composition du gaz hydrocarboné peut varier. Dans l'exemple suivant (exemple 6), la charge hydrocarbonée avait la composition suivante : méthane 86% en volume, éthane 0,5% en volume, propane 2,7% en volume, butanes 9,6% en volume, pentanes 0,1% en volume, le reste étant de l'azote, du dioxyde de carbone et de l'hélium. Ce mélange d'hydrocarbures présente une concentration d'atomes de carbone de 1,3428 m3 C/ m3 (dans les conditions normales de température et de pression) du mélange.Les résultats suivants ont été obtenus:
Tableau I
Exemple 6
Tableau I
Exemple 6
<tb> <SEP> Charge <SEP> de <SEP> gaz, <SEP> m <SEP> 1h* <SEP> <SEP> 5150 <SEP>
<tb> <SEP> Charge <SEP> d'oxygène, <SEP> mJ/h* <SEP> 4 <SEP> 200
<tb> <SEP> Rapport <SEP> volumique <SEP> Oxygèneihydrogène <SEP> 0,816
<tb> <SEP> Rapport <SEP> O/C <SEP> 1,215
<tb> <SEP> Gaz <SEP> de <SEP> craquage <SEP> m3/h* <SEP> 12400 <SEP>
<tb> <SEP> Acétylène, <SEP> % <SEP> en <SEP> volume <SEP> 6,79
<tb> <SEP> Production <SEP> d'acétylène, <SEP> tonnes <SEP> par <SEP> jour <SEP> 23,5
<tb> <SEP> Gaz <SEP> de <SEP> synthèse, <SEP> m <SEP> par <SEP> jour* <SEP> 276 <SEP> 500
<tb> <SEP> Eau <SEP> de <SEP> traitement <SEP> m <SEP> Ijour* <SEP> 58
<tb> <SEP> Production <SEP> de <SEP> suie, <SEP> kg/h <SEP> 15
<tb> <SEP> Circuit <SEP> d'eau <SEP> chargée <SEP> en <SEP> suie, <SEP> % <SEP> de <SEP> suie <SEP> 0,62
<tb> <SEP> en <SEP> poids <SEP> dans <SEP> l'eau <SEP> de <SEP> trempe <SEP> retirée
<tb> <SEP> Analyse <SEP> du <SEP> gaz <SEP> de <SEP> synthèse, <SEP> % <SEP> en <SEP> volume <SEP> monoxyde <SEP> de <SEP> carbone <SEP> 34,7
<tb> <SEP> hydrogène <SEP> 59,1
<tb> <SEP> méthane, <SEP> dioxyde <SEP> de
<tb> <SEP> carbone <SEP> et <SEP> autres <SEP> 6,1
<tb> oxygène <SEP> 0,1 <SEP>
<tb> <SEP> Rapport <SEP> pondéral <SEP> acétylène/suie <SEP> 65
<tb> * dans les conditions normales de température et de pression
Cet exemple démontre que la composition des hydrocarbures employés peut varier selon la présente invention. La quantité de suie formée était encore suffisamment faible pour permettre l'utilisation d'un circuit fermé d'eau de trempe et de refroidissement.
<tb> <SEP> Charge <SEP> d'oxygène, <SEP> mJ/h* <SEP> 4 <SEP> 200
<tb> <SEP> Rapport <SEP> volumique <SEP> Oxygèneihydrogène <SEP> 0,816
<tb> <SEP> Rapport <SEP> O/C <SEP> 1,215
<tb> <SEP> Gaz <SEP> de <SEP> craquage <SEP> m3/h* <SEP> 12400 <SEP>
<tb> <SEP> Acétylène, <SEP> % <SEP> en <SEP> volume <SEP> 6,79
<tb> <SEP> Production <SEP> d'acétylène, <SEP> tonnes <SEP> par <SEP> jour <SEP> 23,5
<tb> <SEP> Gaz <SEP> de <SEP> synthèse, <SEP> m <SEP> par <SEP> jour* <SEP> 276 <SEP> 500
<tb> <SEP> Eau <SEP> de <SEP> traitement <SEP> m <SEP> Ijour* <SEP> 58
<tb> <SEP> Production <SEP> de <SEP> suie, <SEP> kg/h <SEP> 15
<tb> <SEP> Circuit <SEP> d'eau <SEP> chargée <SEP> en <SEP> suie, <SEP> % <SEP> de <SEP> suie <SEP> 0,62
<tb> <SEP> en <SEP> poids <SEP> dans <SEP> l'eau <SEP> de <SEP> trempe <SEP> retirée
<tb> <SEP> Analyse <SEP> du <SEP> gaz <SEP> de <SEP> synthèse, <SEP> % <SEP> en <SEP> volume <SEP> monoxyde <SEP> de <SEP> carbone <SEP> 34,7
<tb> <SEP> hydrogène <SEP> 59,1
<tb> <SEP> méthane, <SEP> dioxyde <SEP> de
<tb> <SEP> carbone <SEP> et <SEP> autres <SEP> 6,1
<tb> oxygène <SEP> 0,1 <SEP>
<tb> <SEP> Rapport <SEP> pondéral <SEP> acétylène/suie <SEP> 65
<tb> * dans les conditions normales de température et de pression
Cet exemple démontre que la composition des hydrocarbures employés peut varier selon la présente invention. La quantité de suie formée était encore suffisamment faible pour permettre l'utilisation d'un circuit fermé d'eau de trempe et de refroidissement.
Exemple 7
Dans cet Exemple, du butane pur a été employé.
Dans cet Exemple, du butane pur a été employé.
Charge de butane, m3/h* 1930 (5000 kg)
Charge d'oxygène, m3/h* 4200
Rapport volumique oxygène/butane 2,176
Rapport O/C 1,088
Acétylène % en volume 6,85
Production d'acétylène, tonnes par jour 31,5
* dans les conditions normales de température et de pression
Les Exemples 3 à 6 présentent d'autres résultats expérimentaux montrant que la formation de suie diminue beaucoup plus vite que la production d'acétylène lorsque le rapport de l'oxygène au gaz naturel est augmenté.
Charge d'oxygène, m3/h* 4200
Rapport volumique oxygène/butane 2,176
Rapport O/C 1,088
Acétylène % en volume 6,85
Production d'acétylène, tonnes par jour 31,5
* dans les conditions normales de température et de pression
Les Exemples 3 à 6 présentent d'autres résultats expérimentaux montrant que la formation de suie diminue beaucoup plus vite que la production d'acétylène lorsque le rapport de l'oxygène au gaz naturel est augmenté.
Les résultats expérimentaux montrent que selon la présente invention, la formation de suie dans le procédé de production d'acétylène et de gaz de synthèse par oxydation partielle d'hydrocarbures à l'oxygène peut être réduite de manière à permettre la recirculation en circuit fermé du milieu de trempe aqueux employé dans le procédé.
Claims (20)
1. Procédé de production d'acétylène et de gaz de synthèse par oxydation partielle d'hydrocarbures à l'oxygène, caractérisé en ce que les réactifs gazeux sont préchauffés séparément, mélangés uniformément dans une zone de mélange, mis à réagir après passage dans un bloc de brûleurs et rapidement trempés avec un milieu de trempe aqueux après la réaction, et caractérisé en outre en ce que le milieu de trempe aqueux est recirculé en circuit fermé
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après la trempe, le milieu de trempe aqueux est refroidi indirectement, comme par des refroidisseurs à air, des refroidisseurs à plaques, ou par d'autres moyens de refroidissement.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après la trempe, une fraction du milieu de trempe aqueux de préférence en quantité correspondant au moins à l'eau de procédé formée dans la réaction d'oxydation, est retirée de la circulation et remplacée éventuellement par du milieu aqueux frais.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la suie formée dans la réaction et contenue dans le milieu de trempe aqueux après la trempe est séparée de la fraction du milieu de trempe aqueux retirée de la circulation.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans les réactifs gazeux, le rapport atomique des atomes d'oxygène contenus dans l'oxygène aux atomes de carbone contenus dans les hydrocarbures est d'au moins 1,05.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le rapport atomique est de 1,05 à 1,60, de préférence de 1,15 à 1,40.
7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les hydrocarbures utilisés sont du gaz naturel et en ce que le rapport volumique standard de l'oxygène au gaz naturel est supérieur à 0,6.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le rapport volumique standard est de 0,61 à 0,78, de préférence de 0,625 à 0,70.
9. Procédé de production d'acétylène et de gaz de synthèse par oxydation partielle d'hydrocarbures à l'oxygène, caractérisé en ce que les réactifs gazeux sont préchauffés séparément, mélangés uniformément dans une zone de mélange, mis à réagir après passage dans un bloc de brûleurs et trempés rapidement avec un milieu de trempe aqueux après la réaction, et caractérisé en outre en ce que le rapport des réactifs gazeux est choisi de manière à ce que l'acétylène et la suie produits dans la réaction soient obtenus selon un rapport pondéral de 50 à 500.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'acétylène et la suie produits dans la réaction sont obtenus selon un rapport pondéral de 50 à 150.
11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que dans les réactifs gazeux, le rapport atomique des atomes d'oxygène contenus dans l'oxygène aux atomes de carbone contenus dans les hydrocarbures est d'au moins 1,05.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le rapport atomique est de 1,05 à 1,60, de préférence de 1,15 à 1,40.
13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que les hydrocarbures utilisés sont du gaz naturel et en ce que le rapport volumique standard de l'oxygène au gaz naturel est supérieur à 0,6.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le rapport volumique standard est de 0,61 à 0,78, de préférence de 0,625 à 0,70.
15. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le milieu de trempe aqueux est recirculé en circuit fermé.
16. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le milieu de trempe est refroidi indirectement, comme par des refroidisseurs à air, des refroidisseurs à plaques, ou par d'autres moyens de refroidissement.
17. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que de l'eau en quantité correspondant à l'eau de procédé formée au cours de la réaction d'oxydation est retirée de la circulation.
18. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la suie formée au cours de la réaction et contenue dans le milieu de trempe aqueux après trempe est séparée de la fraction de milieu de trempe aqueux retirée de la circulation.
19. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la concentration du milieu de trempe aqueux en suie ne dépasse pas 1% en poids, de préférence est de 0,1 à 1% en poids, mieux encore de 0,2 à 0,4% en poids.
20. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la concentration du milieu de trempe aqueux en suie ne dépasse pas 1% en poids, de préférence est de 0,1 à 1% en poids, mieux encore de 0,2 à 0,4% en poids.
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