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~9~~~E~E ET ~I~P~~IiIF ~E ~~~Ei~E~~~'I~f~ 9~~~ i1~9~~Ii~E ~4 ~e~â~
~~E~ ~H~V~i~~E ~E 9~~~'i~~~91~~~'TI~~
La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de
cogénération de travail et de chaleur.
Elle concerne plus particulièrement un procédé de cogénération réalisé au
moyen d'une turbine, en particulier d'une turbine à gaz.
Plus précisément, le procédé consiste à utiliser les gaz de combustion
chauds générés par la turbine à gaz pour échanger de la chaleur avec une
installation industrielle afin d'effectuer, par exemple, une réaction
endothermique.
Les procédés antérieurs de cogénération consistent à utiliser les gaz de
combustion chauds sortant de la turbine, qui sont généralement à une pression
proche de la pression atmosphérique, pour générer, par exemple, de la vapeur
sous pression grâce à un échange thermique réalisé dans un échangeur
traversé par ces gaz chauds et parcouru par un fluide, comme de l'eau. Ces
systèmes peuvent alimenter un système de distribution de vapeur pouvant
alimenter différentes installations industrielles, tel que le chauffage de
rebouilleurs des colonnes de distillation.
L'inconvénient d'un tel procédé réside dans le fiait que la température des
gaz chauds n'est pas suffisante pour chauffer des installations industrielles
opérant à des températures relativement élevées, par exemple supérieures à
500°G.
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Par ailleurs, l'utilisation directe des gaz chauds sortant de la turbine à gaz
est difficile, du fait que la perte de charge à la sortie de la turbine à gaz
doit
rester très faible, étant donné que ces gaz sortent à une pression proche de
la
pression atmosphérique et que toute perte de charge, méme relativement
faible, perturbe fortement les performances de la turbine à gaz.
II a été également proposé d'utiliser de tels gaz de combustion chauds,
comme cela est mieux décrit par exemple dans la demande de brevet français
N° 2 325 995 ou dans la demande de brevet firangais N° 2
6~5 493 du
demandeur, pour assurer le réformage d'une charge gazeuse, mais un
inconvénient réside dans le fait que lorsque les gaz chauds sont envoyés à la
turbine après échange thermique, ils ont cédé de la chaleur et sont
sensiblement refroidis. Dans ces conditions, la puissance mécanique produite
par la turbine est sensiblement plus faible. En outre, les dimensionnements
initiaux de la turbine ainsi que des ailettes situées sur une turbine de
détente,
ne sont pas adaptés aux nouvelles conditions d'admission des gaz chauds sous
pression qui y sont envoyés.
La présente invention se propose donc de remédier aux inconvénients ci-
dessus mentionnés grâce à un procédé et un dispositif permettant de maintenir
sensiblement constante la puissance générée par la turbine à gaz et d'obtenir
une température des gaz de combustion chauds à l'entrée de la turbine de
détente sensiblement voisine de la température initiale d'introduction en
l'absence d'échange thermique.
Pour cela, la présente invention concerne un procédé de cogénération par
turbine, notamment de turbine à gaz, comprenant une section de compression,
au moins une section de détente et une chambre de combustion, procédé dans
lequel on effectue les étapes suivantes
(a) on comprime un comburant comprenant de l'oxygène dans la section
de compression ;
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(b) on réalise, dans la chambre de combustion, une étape de combustion
sous pression d'un mélange du comburant comprimé avec un combustible;
(c) on ratilise au moins une partie des gaz chauds obtenus par la
combustion sous pression, pour réaliser un échange avec une installation
eacterne,
caractérisé en ce que
(d) on réalise au moins une étape de postcombustion d'un mélange des
gaz chauds, issus de l'échange, avec un combustible, de façon à obtenir des
gaz chauds qui sont envoyés à la section de détente, dans des conditions de
température et de pression proches des conditions réalisées en l'absence de
l'étape (c).
On peut également réaliser une étape de postcombustion d'un mélange
des gaz chauds issus de la combustion avec un combustible, au préalable de la
réalisation de l'échange.
L'étape de postcombustion peut être réalisée en introduisant une quantité
de combustible, qui est ajustée de manière à obtenir une température des gaz
chauds à l'entrée de la section de détente sensiblement voisine de la
température initiale d'introduction en l'absence d'échange.
On peut aussi réaliser l'étape de postcombustion en introduisant une
quantité de gaz chauds, qui est ajustée de manière à obtenir une température
des gaz chauds à l'entrée de la section de détente sensiblement voisine de la
température initiale d'introduction en l'absence d'échange.
Une opération de production de vapeur ou une opération de reformage
d'une charge peut être réalisée par échange avec l'installation ea~terne.
L'invention concerne également un dispositif de cogénéraüon par turbine,
notamment par turbine à gaz, comprenant une section de compression, au
moins une section de détente, une chambre de combustion et un moyen
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d'échange entre les gaz chauds issus de la combustion et un fluide à chauffer,
caractérisé en ce que le dispositif comprend au moins une chambre de
postcombustion alimentée par les gaz chauds issus du moyen d'échange.
Le dispositif peut comprendre chambre de postcombustion alimentant en
gaz chauds le moyen d'échange.
Le dispositif peut aussi comprendre une conduite de court-circuit
permettant d'aJuster la température des gaz chauds à la sortie de la chambre
de
combustion et/ou de la chambre de postcombustion.
11 peut également comprendre une conduite de gaz chauds raccordant
directement la chambre de combustion au moyen d'échange.
Le moyen d'échange peut comprendre un échangeur de chaleur etlou un
réacteur.
Le dispositif peut comprendre une première section de détente et une
deuxième section de détente et une conduite de gaz chauds raccordant la
première section à la deuxième.
Les autres avantages et caractéristiques de l'invention vont apparaître à la
lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre illustratif
et
non limitatif, à laquelle sont annexées des figures parmi lesquelles
- la figure 1 est un exemple de configuration du dispositif selon l'invention;
- la figure 2 est une première variante du dispositif tel qu'illustré à la
figure
1;
- la figure 3 est une variante du dispositif de la figure 2;
- la figure 4. est un schéma montrant l'implantation du dispositif selon
l'invention dates une installation de réformage d'une charge;
-la figure 5 est une autre variante de configuration du dispositif selon la
figure 1; et
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- la figure 6 est une autre variante de configuration du dispositif selon
l'invention.
L'exemple de la figure 1 montre un dispositif avec un type particulier de
5 turbine à gaz, dit Turbine à double arbre.
Dans cette configuration, la turbine à gaz comprend une cellule de
détente-compressïon 10 dans laquelle une première étape de détente permet
de comprimer l'air de combustion et une cellule de détente 12 avec une
seconde étape de détente permettant de générer une puissance mécanique
etlou électrique.
La cellule de détente-compression 10 comprend un compresseur 14 lié
par un arbre 16 à une première section de détente avec une turbine de détente
18 et une chambre de combustion 20. Un fluide contenant de l'oxygène,
généralement de l'air extérieur, est admis par une conduite 22 dans le
compresseur 14 d'où il ressort à l'état comprimé par une conduite 24. La
chambre de combustion 20 est alimentée en combustible, tel que du gaz
naturel, par une conduite 26 et par un comburant qui est, dans le cas présent,
tout ou partie de l'air comprimé véhiculé par la conduite 24. Les gaz chauds
provenant de la combustion du mélange du combustible avec l'air comprimé
dans la chambre de combustion 20 sont dirigés par une conduite 28 dans la
turbine de détente 18 où ils sont détendus puis évacués par une conduite 30.
Dans l'exemple de la figure 1, une partie de l'air comprimé sortant du
compresseur est envoyée dans la chambre de combustion 20 par la conduite
24, la partie restante étant dirigée directement vers la conduite des gaz
chauds
28 par une conduite de court-circuit 32 dont le fonctionnement apparaîtra dans
la suite de la description.
Le dispositif comprend également un moyen d'échange, notamment un
moyen échangeur de chaleur 34, comme un échangeur de chaleur à tubes et
calandre, parcouru par un fluide à chauffer qui entre par la conduite
d'admission
36 et ressort de cet échangeur par une conduite de sortie 38. Cet échangeur
comporte une admission 40 de gaz de combustion chauds véhiculés par la
conduite 30. Ces gaz chauds traversent l'échangeur 34 pour transmettre leurs
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calories au fluide à chauffer. Une fois l'échange thermique réalisé, les gaz
chauds ressortent de l'échangeur par une évacuation 42 raccordée par une
conduite 44 à une chambre de postcombustion 46 qui est alimentée en
combustible par une conduite 48, ce combustible pouvant âtre le même que
celui qui alimente la chambre de combustion 20 . La char~nbre de
postcombustion 46 sera dénommée dans la suite de la description chambre de
postcombustion aval, car elle se situe en aval du moyen d'échange 34~ et cela
en considérant le sens de circulation des gaz chauds provenant de la chambre
de combustion 20. Les gaz chauds résultant de la postcombustion du mélange
du combustible et des gaz de combustion chauds de la conduite 44 sont dirigés
par une conduite 50 dans une deuxième section de détente avec une turbine de
détente 52 que comporte la celllule de détente 12, d'où ils ressortent, après
détente, par une conduite 54. Cette turbine est liée par un arbre 56 à tout
moyen produisant une puissance mécanique et/ou électrique, telle que par
exemple un alternateur 58. Comme cela est montré sur la figure 1, les gaz
chauds sortant de l'échangeur 34 sont envoyés en partie par la conduite 44
dans la chambre de postcombustion 46, la partie restante de ces gaz étant
dirigée directement vers la conduite d'évacuation de gaz de postcombustion
chauds 50 par une conduite de court-circuit 60 dont le fonctionnement va
apparaitre dans la description qui va suivre.
Le fonctionnement de l'installation décrite ci-dessus est le suivant
L'air admis par la conduite 22 est comprimé dans le compresseur 14, d'où
il ressort à l'état comprimé par la conduite 24. Une partie de cet air de
compression est envoyé à la chambre de combustion 20, dans laquelle il est
mélangé avec le combustible arrivant par la conduite 26. La combustion dans
cette chambre produit des gaz de combustion chauds qui sont mélangés, à la
sortie de cette chambre de combustion 20, avec l'air comprimé issu du
compresseur, qui n'a pas été envoyé à la chambre de combustion et qui arrive
par la conduite de court-circuit 32. Ceci permet d'ajuster la température des
gaz
chauds résultant de la combustion à un niveau compatible avec la température
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requise à l'entrée de la première turbine de détente 18, par exemple entre
1000
et 1300°C.
Les gaz chauds sortant de la turbine 18 par la conduite 30, à une
température voisine de 650°C, sont alors envoyés à l'échangeur 34, dans
lequel ils sont refroidis en chaufiant le fluide extérieur, tel que de l'eau,
qui entre
dans l'échangeur par la conduite 36 et en ressort par la conduite 38 en un
état
souhaité, par exemple sous forme de vapeur d'eau. Ces gaz chauds sont sous
pression, par exemple à une pression voisine de 4 bars.
~ans ces conditions, il est généralement possible de réaliser l'échange
thermique dans une enceinte de volume fortement réduit par rapport à celle qui
doit ëtre réalisée lorsque les gaz chauds utilisés proviennent de la détente
finale jusqu'à une pression proche de la pression atmosphérique. En effet,
pour
une même vitesse de passage, la section qui doit être occupée par les gaz
chauds est approximativement inversement proportionnelle à la pression. La
perte de charge acceptable étant sensiblement plus importante, la vitesse de
passage peut ëtre augmentée, ce qui permet de réduire encore la section de
passage et d'augmenter le coefficient de transfert thermique.
A la sortie de l'échangeur 34, les gaz chauds sont à une température
sensiblement inférieure à celle de leur entrée, l'écart de température par
rapport
à l'entrée 40 étant par exemple supérieur à 100°C. Ces gaz chauds sont
ensuite envoyés dans la chambre de postcombustion aval 46. Etant donné que
la quantité d'air entrant dans le compresseur 14 par la conduite 22 est três
supérieure à la quantité d'air stoechiométrique nécessaire à la combustion du
combustible arrivant par la conduite 48, on peut réaliser une postcombustion
dans la chambre de 46 en utilisant comme comburant une fraction des gaz
chauds sortant de l'échangeur 34, la fraction restante passant par la conduite
de court-circuit 60 de manière à ajuster la température du mélange de gaz
chauds résultant de la postcombustion à un niveau compatible avec la
température requise à l'entrée de la deuxième Turbine de détente 52. La
quantité de combustible utilisée pour réaliser cette postcombustion et
arrivant
par la conduite 48 est également ajustée, en combinaison avec la quantité de
gaz chauds circulant dans la conduite de court-circuit 60, de façon à obtenir
à
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l'entrée de la deuxième turbine de détente 52, une température voisine de
celle
qui est requise en l'absence de l'échange opéré dans l'échangeur 34, comprise
par exemple entre 1000 et 1300°C. Les gaz de postcombrastion chauds
ainsi
obtenus sont détendras dans la turbine de détente 52, en produisarlt une
puissance mécanique proche de celle qrai est obtenue en l'absence de
l'échange réalisé dans l'échangeur 34. Cette puissance mécaniqrae est
utilisée,
dans l'exemple décrit, pour entraîner l'alternateur 58.
Après détente, les gaz chauds sont évacués à une pression proche de la
pression atmosphérique par la conduite 54.
La figure 2 montre une variante de réalisation de la figure 1 et comporte
pour cela les mêmes références.
Dans le cas de cette variante, lorsqu'il est nécessaire de fournir de la
chaleur dans l'échangeur 34 à une température relativement élevée, il est
également possible de réaliser deux étapes de postcombustion.
Plus particulièrement, il est prévu de réaliser une étape de postcombustion
au préalable de celle réalisée dans la chambre de postcombustion 46 comme
précédemment décrit.
Cette étape préalable est réalisée dans une chambre de postcombustion
62 qui permet de chauffer les gaz chauds sortant de la première turbine de
détente 18 et avant qu'ils ne pénètrent dans l'échangeur 34. Cette chambre de
postcombustion est dénommée chambre de postcombustion amont car elle se
situe en amont du moyen d'échange 34 et cela toujours en considérant le sens
de circulation des gaz chauds provenant de la chambre de combustion 20.
Pour réaliser cette postcombustion, cette chambre de postcombustion
amont est alimente en combustible, tel que du gaz naturel, par une conduite
64 et en gaz chauds par la conduite 30 raccordant la turbine de détente 18 à
cette chambre. Les gaz chauds sortant de la chambre de postcombustion 62
sont dirigés par une conduite 66 à l'entrée 40 de l'échangeur de chaleur 34.
Comme déjà décrit en relation avec les chambres 20 et 46, il est
pi°évu une
conduite de court-circuit 68 dont le rôle est identique à celui des conduites
de
court-circuit 32 et 60.
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Ainsi, il est réalisé une première étape de postcombustion dans la
chambre de combustion 62 avec la combustion du combustible arrivant par la
conduite 64 et une fraction des gaz chauds sortant de la turbine de détente 13
par la conduite 30, fa fraction restante des gaz chauds passant par fa
conduite
de court-circuit 63 pour réaliser l'ajustement de température des gaz chauds
sortant de cette chambre avant qu'ils ne pénètrent dans l'échangeur 34.. Une
deuxième étape de postcombustion est réalisée dans la chambre de
postcombustion 4.6, avec les gaz chauds sortant de l'échangeur 34 et du
combustible arrivant par la conduite 4.3 dont la quantité est ajustée de façon
à
obtenir la température requise à l'entrée de la turbine de détente 52.
L'exemple de disposition représenté sur la figure 2 est particulièrement
bien adapté pour effectuer le chauffage d'une réaction endothermique se
produisant à relativement haute température, telle que par exemple une
réaction de réformage à la vapeur pour produire de l'hydrogène à partir d'une
charge à base de gaz, notamment de gaz naturel.
Ceci permet de générer une puissance mécanique ou électrique, tout en
fournissant de la chaleur pour effectuer cette réaction endothermique. Si le
dioxyde de carbone qui est produit en mélange avec l'hydrogène est séparé et
séquestré, il est ensuite possible d'utiliser au moins en partie l'hydrogène
ainsi
produit pour effectuer la combustion et/ou la postcombustion et cela sans
émettre de dioxyde de carbone.
Une telle réaction endothermique peut être aussi utilisée en association
avec d'autres charges, telles que des coupes pétrolières, des alcools, comme
le
méthanol, ou éventuellement encore d'autres charges.
Un tel cas d'application est illustré par le schéma de l'installation de la
figure 3 pour une réaction de réformage à la vapeur pour produire de
l'hydrogène à partir d'une charge à base de gaz. Cette installation comporte
un
dispositif qui possède, pour l'essentiel, les mémes éléments que ceux de la
figure 2 et, pour cela, portera les mèmes références.
Dans cette installation, le moyen d'échange est un réacteur 70 de type
réacteur-échangeur qui comporte une conduite d'arrivée de gaz 72,
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préférentiellement de gaz naturel, et une conduite d'arrivée d'un fluide 74,
comme de la vapeur d'eau. Ces deux fluides se mélangent à la jonction des
deux conduïtes et sont envoyés par une conduite 76 à l'entrée du réacteur. Le
gaz de synthèse obtenu ressort par une conduite ï8 par laquelle il est envoyé
5 vers tout disposïtif de traitement connu. Ce réacteur comprend également une
admission de gaz chauds 80 amenés de la chambre de postcombustion amont
62 par la conduite 66 et une évacuation de gaz chauds 82 vers la chambre de
postcombustion aval 46 par la conduite 44.
~urant le fonctïonnement de cette installation, le gaz naturel arrive par la
10 conduite 72. II a été préchauffé au moyen d'échangeurs de chaleur non
représentés. La vapeur d'eau arrive par la conduite 74 et est mélangée avec le
gaz naturel au point de jonction entre les deux conduites. Le rapport molaire
de
la quantité d'eau introduite par la conduite 74 sur la quantité de gaz naturel
par
la conduite 72 est compris entre 2 et 4. Le mélange résultant est introduit
par la
conduite 76 dans le réacteur 70. La réaction endothermique de réformage, qui
est opérée dans le réacteur 70, permet de produire un mélange d'oxyde de
carbone CO et d'hydrogène H2. . Le mélange gazeux opère dans des tubes, en
présence d'un catalyseur, qui peut être par exemple à base soit de nickel
déposé sur silico-aluminate de calcium ou de magnésium dopé à la potasse,
soit de nickel sur support alumine. La température atteinte en sortie de zone
de
réaction est comprise entre 850 et 940°C. La réaction est opérée à une
pressïon comprise entre 20 et 40 bars. Le chauffage du réacteur est assuré par
les gaz chauds arrivant par la conduite 66, à une pression par exemple voisine
de 4 bars et circulant dans la calandre, globalement à contre-courant. II est
possible également de réaliser un chauffage à co-courant, de façon à limiter
la
température de paroi des tubes. Le mélange d'oxyde de carbone et
d'hydrogène obtenu est évacué par la conduite 78.
Pour augmenter la production d'hydrogène, il est alors possible d'opérer
une deuxième étape de conversion en présence de' vapeur d'eau. A l'issue de
cette deuxième étape de conversion, le dio~zyde de carbone peut être séparé
par les différentes méthodes connues de l'homme de l'art, par exemple par
lavage à l'aide d'un solvant. L'hydrogène produit peut être ensuite purifié
par
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adsorption ou par membranes, en séparant les hydrocarbures non convertis,
qui peuvent être recyclés vers l'entrée du gaz naturel.
L'hydrogène ainsi produit peut étre utilisé au moins erl partie pour
alimenter la turbine à gaz en tant que combustible, de faon à générer de
l'électricité par l'alternateur, en rédraisant fortement les émissions de
dioxyde de
carbone.
~u lieu d'utiliser de l'air comme comburant dans la conduite 22, on peut
aussi utiliser un mélange d'oxygène et de dioxyde de carbone recyclé. ~i le
combustible est un hydrocarbure, par exemple du gaz naturel, ceci permet
d'obtenir des gaz d'échappement concentrés en dioxyde de carbone, et ainsi de
pouvoir séparer facilement le dioxyde de carbone.
Le procédé comme décrit ci-dessus comprend les étapes suivantes
(a) on comprime un comburant comprenant de l'oxygène dans la section
de compression 14 d'une turbine;
(b) on réalise une étape de combustion sous pression avec un mélange
d'un combustible et du comburant comprimé;
(c) on utilise au moins une partie des gaz chauds obtenus par la
combustion sous pression, pour réaliser un échange avec une installation
externe 34 ou 70;
(d) on réalise au moins une étape de postcombustion d'un mélange des
gaz chauds issus l'échange avec un combustible, de façon à obtenir des gaz
chauds qui sont envoyés à la turbine 52, dans des conditions de température et
de pression proches des conditions réalisées en l'absence de l'étape (c).
Ainsi, le procédé permet d'utiliser des gaz chauds sous pression générés
au cours du processus de production d'énergie mécanique tout en préservant
les perïormances de la turbine à gaz. En outre, il est possible de maintenir
sensiblement constante la puissance générée par la turbine à gaz. ~e plus pour
minimiser la perte de charge entre l'entrée et la sortie du moyen d'échange,
il
peut être prévu de disposer, à la sortie de ce moyen d'échange, un moyen
d'augmentation de pression, tel qu'un surpresseur.
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Ce procédé peut être utilisé avec une installation de réfiormage, comme
illustré, à titre d'ea~emple, sur le sclléma de la fiig~are 4.
~ans cet e~;emple, la turbine utilisée est une turbine à gaz de type CE
Frame 7, en utilisant la terminologie du fiabricant, Ceneral Electric. Une
telle
machine est susceptible de produire une puissance mécanique allant Jusqu'à 80
(V11lV en conditions iso. Le compresseur axial 14 aspire, par la conduite 22,
environ 958 t/h d'air ambiant comprimé Jusqu'à une pression d'environ 18 bars.
L'air ainsi comprimé circulant dans la conduite 24 est mélangé, dans la
chambre de combustion 20, avec environ 7 tlh d'un combustible riche en
hydrogène arrivant par la conduite 26 et le mélange obtenu est brûlé dans la
chambre de combustion 20. A la sortie de la chambre de combustion 20, on
obtient un mélange de gaz chauds à une température d'environ 1200°C.
Les
gaz chauds sont alors envoyés, par la conduite 28, dans la première turbine de
détente 18, d'où ils ressortent, par la conduite 30, à une pression d'environ
4
bars et une température d'environ 750°C. Ils sont ensuite mélangés,
dans la
chambre de postcombustion amont 62, avec une quantité additionnelle de 4 tlh
environ de combustible riche en hydrogène arrivant par la conduite 64. On
obtient ainsi, à la sortie de la chambre de postcombustion 62, un mélange de
gaz chauds à une température d'environ 1150°C, qui sont utilisés, par
la
conduite 66, pour chauffer le réacteur 70, de type réacteur-échangeur. Après
échange, les gaz chauds sortant du réacteur-échangeur 70 par la conduite 44
sont mélangés, dans la chambre de postcombustion aval 46, avec une
troisième fraction de combustible représentant environ 1 t/h de combustible
riche en hydrogène arrivant par la conduite 48. A la sortie de la chambre de
postcombustion aval 46, les gaz chauds circulant dans la conduite 50 sont à
nouveau à une température d'environ 750°C. Ils sènt alors détendus dans
la
deu~zième turbine de détente 52 d'où ils ressortent par la conduite 54 à une
pression d'environ 1,3 bars et une température d'environ 565° C. La
puissance
générée dans la turbine de détente est de 55 f~ll~ll.
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Le combustible riche en hydrogène est produit par réformage d'environ 50
t/h de gaz naturel arrivant par la conduite 72 en présence d'environ 170 t/h
de
vapeur d'eau arrivant par la conduite 74. Cette vapeur d'eau est générée dans
une chaudière de récupération 84 par récupération de chaleur sur les gaz
cllauds sortant de deuxième turbine de détente 52 par la conduite 54. La
vapeur d'eau est générée à partir d'eau déminéralisée arrivant par une
conduite
86 et recirculant dans la boucle d'échange 88.
A la sortie du réacteur-échangeur 70, le gaz de synthèse obtenu et
circulant dans la conduite 78 passe par une deuxième étape de conversion,
dénomme "shift-conversion " par les spécialistes du domaine, au cours de
laquelle il réagit en présence de vapeur d'eau de façon à produire une
quantité
additionnelle d'hydrogène, tout en convertissant une partie du CO produit en
dioxyde de carbone. Pour ce faire, on fait arriver, par une conduite 90, un
débit
de 56 t/h d'eau, qui est consommée par la réaction de "shift-conversion" dans
un réacteur 92. Cette réaction de "shift-conversion" doit être réalisée à une
tempërature inférieure à celle qui est requise pour réaliser la réaction de
réformage principale. La température est maintenue à environ 400°C, en
générant 46 t/h de vapeur d'eau.
La vapeur générée dans la boucle de récupération 88 représente 164 t/h,
dont 124t/h sont utilisés pour la production de gaz de synthèse. Le débit de
40
t/h non utilisé pour générer le gaz de synthèse, peut être soit exporté, soit
utilisé
dans un cycle à condensation.
Le gaz de synthèse sortant du réacteur 92, par la conduite 94, est ensuite
envoyé dans une section de lavage et de purification de l'hydrogène (non
représentée).
On produit ainsi 25 t! h d'hydrogène pur dont une partie peut être utilisée
directement pour alimenter la turbine à gaz ainsi que les étapes de
postcombustion. Une autre fraction peut subir une purification supplémentaire
dans une unité, qui est par exemple une unité de purification par adsorption
de
type PSE4.
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On se réfère maintenant à la figure 5 qui est une variante de la figure 3 et
dans laquelle les gaz chauds résultant de la combustion dans la chambre de
combustion 20 sont évacués par une conduite 96 directement vers l'entrée 80
du réacteur 70, à une pression qui peut âtre par exemple comprise entre 10 et
40 bars. II peut être dans ce cas avantageux d'opérer la réaction qui est
réalisée dans le réacteur 70 à une pression au moins légèrement supérieure,
de façon à éviter tout risque de passage d'un gaz contenant de l'oxygène vers
les réactifs. Les gaz chauds sortant du réacteur 70 par la conduite 44 sont
alors
envoyés vers la chambre de postcombustion aval 46. La quantité de
combustible amenée par la conduite 48 est ajuste de façon à obtenir à l'entrée
de la première turbine de détente 18 des gaz chauds, véhiculés par une
conduite 98 reliant la chambre de postcombustion aval et la première turbine
de
détente 18, à la température requise pour obtenir une puissance mécanique
proche de la puissance maximale pouvant être délivrée par la turbine. Les gaz
chauds sortant de cette turbine de détente 18 sont alors envoyés, par une
conduite 100 à la deuxième turbine de détente 52 entraînant l'alternateur 58.
L'exemple de configuration représenté sur les figures précédentes
s'applique également au cas d'une turbine à un axe, comme cela est illustré
schématiquement à la figure 6.
Dans ce cas, une seule turbine 102 est reliée par le même arbre 16, d'une
part, au compresseur 14 et, d'autre part, à l'alternateur 58.
Dans cette variante reprenant, à titre d'exemple, la configuration de la
figure 5, les gaz chauds sortant de la chambre dè combustion aval 46 sont
envoyés par la conduite 98 à la turbine de détente 102, qui entraîne non
seulement le compresseur 14, mais aussi l'alternateur 58.
II est également possible d'appliquer le principe du procédé selon
l'invention au cas où on effectue non seulement un échange de chaleur dans le
moyen d'échange, mais aussi un échange de matière entre les deux courants
gazeux circulant dans le moyen d'échange, comme un réacteur-échangeur.
CA 02518460 2005-09-07
WO 2004/083729 PCT/FR2004/000600
Un premier cas possible d'application concerne le transfert d'oxygène.
Dans un tel cas, le réacteur-échangeur peut être réalisé en utilisant des
tubes
en matériau céramique, sélectivement perméables ~ l'oxygène. ~n peut, pour
cela, utiliser notamment des céramiques de type pérovsl<yte, dans lesquelles
5 peuvent transférer des ions onygène. Une telle disposition peut être
avantageuse, pour produire du gai de synthèse é partir de charges
hydrocarbures relativement lourdes, ou pour obtenir un mélange de C~ et
d'hydrogène, contenant fa proportion adéquate de C~, par exemple pour
alimenter une réaction de synthèse Fischer-Tropsch.
10 Un deuxième cas possible concerne le transfert d'hydrogène. Dans ce
cas, le réacteur-échangeur peut être réalisé en utilisant des tubes
sélectivement
perméables à l'hydrogène, par exemple des tubes comportant une couche
sélective en palladium.
Ceci permet de favoriser l'avancement de la réaction et d'augmenter le
15 taux de conversion en hydrogène.
L'hydrogène peut être ainsi directement séparé et mélangé au comburant,
en vue de réaliser l'étape de postcombustion.
