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FR2596046A2 - Procede de conversion thermique du methane en hydrocarbures de poids moleculaires plus eleves - Google Patents

Procede de conversion thermique du methane en hydrocarbures de poids moleculaires plus eleves Download PDF

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Abstract

LA PRESENTE ADDITION CONCERNE UN PERFECTIONNEMENT APPORTE AU PROCEDE DE CONVERSION THERMIQUE DU METHANE DU BREVET PRINCIPAL. LE PERFECTIONNEMENT CONSISTE A AJOUTER AU GAZ DE CHARGE PRECHAUFFE L'EFFLUENT D'UNE TORCHE A PLASMA. POUR UN NIVEAU THERMIQUE DE PYROLYSE INFERIEUR, ON AUGMENTE LA SELECTIVITE EN ETHYLENE ET EN AROMATIQUES.

Description

Dans le brevet principal déposé le 8 novembre 1985 sous le numéro d'enregistrement national 85/16714, on décrit un procédé de conversion thermique du méthane en hydrocarbures de poids moléculaires plus élevés, caractérisé en ce que l'on fait circuler un gaz renfermant un pourcentage molaire de méthane compris entre 20 et 99 % dans au moins une zone continue multicanaux en matière céramique, constituée par une pluralité de canaux juxtaposés, les dits canaux formant des rangées de deux types différents en alternance.
Selon une forme de réalisation particulière le gaz subit un préchauffage avant d'être introduit dans la zone multicanaux et, de préférence, ce préchauffage est lui-même réalisé dans une zone d'échange de température de type multicanaux, selon la même technologie que celle décrite pour la zone de pyrolyse.
La présente addition a pour objet de décrire une forme encore améliorée de mise en oeuvre du procédé.
Selon cette forme de realisation, on ajoute au gaz préchauffé, contenant du méthane, et constituant le réactif du procédé, l'effluent d'une torche à plasma alimentée par un gaz plasmagène. I1 est en effet connu que par passage à travers un arc électrique d'un gaz 'dit plasmagene on crée un milieu reactionnel particulier, électriquement neutre mais riche en ions, électrons, atomes et/ou molécules excitées.
Le gaz plasmagène peut être par exemple l'hydrogene, l'argon, la vapeur d'eau, l'azote, le méthane ou tout autre gaz courant ou le mélange de plusieurs d'entre eux en proportions variables. Ce peut étre en particulier tout ou partie du gaz alimentant la zone de pyrolyse du brevet principal.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, une partie du gaz constituant la charge peut être prelevée, avant ou après réchauffage, de préférence après réchauffage, et envoyée à la torche à plasma.
L'effluent de la torche est alors injecté immédiatement au sein du reste du fluide réactif juste avant l'entrée dans la zone de pyrolyse.
On peut utiliser à cet effet de 1 % à 20 % de la charge mais on peut également utiliser une source continue de gaz plasmagène. L'effet de cet ensemencement au moyen de plasma est de favoriser les étapes initiales de la pyrolyse et donc de faciliter grandement la transformation du méthane en hydrocarbures de poids moléculaires plus élevés.
Ainsi, il devient possible de travailler à plus basse température que dans le cas où il n'y a pas d'ensemencement soit, par exemple, à une température moyenne dans le réacteur de pyrolyse d'environ cent degrés inférieure.
Bien que le niveau thermique soit plus bas, le taux de transformation du méthane est maintenu. Par contre la tendance à faire des composés acétyléniques est réduite et la tendance à faire des composés oléfiniques et aromatiques est accrue.
Sous cette réserve, la température moyenne de pyrolyse se situe le plus souvent entre 600 et 1 300 OC, tant pour le brevet principal que pour la présente addition. Le but de la trempe est de ramener la température du mélange au-dessous de 400 C, par exemple vers 100-350 DC ou plus bas.
L'exemple suivant illustre, de manière non limitative, les avantages de l'utilisation c'une torche à plasma pour ensemencer une charge riche en méthane.
On traite une charge identique à celle de l'exemple 1 du brevet principal
Composé % molaire
H2 17,5 2 21,1
CH4 56,1 C2H4 5,3 aans un appareil identioue.
Ce mélange est préchauffé a 6^2 C. Mu sortir de la zone ce préchauf- fage on prélève 5 % du flux sortant de l'échangeur de préchauffage et on fait passer cette fraction divisée dans une torche à plasma. Le plasma généré est réinjecté dans le flux gazeux en aval du point de prélèvement, à l'entrée des canaux destinés au passage du réactif à pyrolyser.
En vue de compenser l'endothermicité de la réaction de pyrolyse, on envoie des fumées de combustion à 1 300 C (soit 100 C plus bas que dans le cas de l'exemple du brevet principal) dans les canaux affectés au fluide de chauffage.
La température de sortie du pyrolyseur s'établit aux environs de 1 100 OC. Le temps de séjour de la charge dans la zone de pyrolyse est de 250 ms soit une durée réduite par rapport à l'exemple de référence.
La trempe est réalisée à l'air comme dans l'exemple ae référence de manière à refroidir les gaz jusqu'à 250 C.
Apures refroidissement complet et séparation des phases solide, liquide et gazeuse on obtient pour 100 moles de charge la répartition suivante des produits
@@ 51,5 moles.
@@ 21,5 moles
oir de carbone 6 g
-romatiques 56 g CH4 25,7 moles
C2H2 2,C moles
C2H4 15,3 moles
On a placé en regard dans le tableau : les conditions ODeratOires et résultats resoectivement pour l'exemple de référence et pour l'exemple illustrant le perfectionnement apporté.
Tableau I
Comparaison des deux essais : sans et avec torche à plasma
Cas de référence Cas avec torche
sans torche à plasma à plasma
Températures moyennes 950 C 850 C dans la zone de pyrolyse
Temps de séjour 300 ms 250 ms
Conversion du méthane 50 % 52,5 %
Rendements (moles) C2H2 25 % 14 14
C2H4 60 Q'- 67 Aromatiques 12 ' 17
Coke 3 % 2
On relève l'effet bénéfique de l'utilisation de la torche à plasma maintien te la conversion du méthane malgré une température moyenne de pyrolyse plus basse et un temps de séjour plus court, augmentation de la sélectivité de la transformation du méthane en éthylène ou aromatiques, baisse de la sélectivité en coke et en acétylène, produits ici non recherchés.

Claims (3)

REVENDICATIONS
1. Procédé de conversion thermique du méthane en hydrocarbures de poids moléculaires plus élevés, selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 du brevet principal, caractérisé en ce qu'on utilise une torche à plasma pour ensemencer le mélange réactionnel en espèces activées avant son introduction dans la zone de pyrolyse.
2. Procédé selon la revendication 1 de la présente addition, dans lequel la torche à plasma est alimentée par un gaz choisi dans le groupe formé par l'hydrogène, l'argon, la vapeur d'eau, l'azote et le méthane.
3. Procédé selon la revendication 1 de la présente addition ou le gaz alimentant la torche à plasma est prélevé sur la charge gazeuse apurés préchauffage, en proportion variant de 1 % à 20 % de cette derniere.
selon la puissance ae la torche à plasma.
Procécé selon l'une des revendications 1 ou 2 ou le plasma est gêneré à partir d'une source extérieure de gaz plasmagéne.
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