Roby MARSEU
: Ingénieur de l’École nationale supérieure de chimie de Strasbourg (ENSCS) - Docteur ès sciences pétrolières de l’École nationale supérieure des pétroles et moteurs (ENSPM) - Service « études stratégiques – compétitivité – industrie » de la Société des Pétroles Shell
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Les besoins croissants en « gaz de synthèse » (mélange de monoxyde de carbone et d’hydrogène) et le remplacement du charbon par des produits pétroliers dans certaines de ses applications ont conduit, vers le milieu des années 50, au développement de procédés de gazéification de coupes pétrolières.
Parmi ces procédés, deux ont pris une part prépondérante : le procédé de Shell, décrit ci-après, et le procédé de Texaco.
Le procédé SGP (Shell Gasification Process) est un procédé d’oxydation partielle non catalytique qui permet de convertir une charge d’hydrocarbures en gaz de synthèse avec production de vapeur haute pression.
Une de ses caractéristiques est qu’il peut traiter une grande variété de charges allant du gaz naturel aux résidus pétroliers contenant des teneurs élevées en soufre et en métaux.
La grande flexibilité des conditions opératoires du procédé SGP permet son utilisation dans de nombreuses applications industrielles, en particulier dans la production d’hydrogène, de monoxyde de carbone, d’ammoniac, de méthanol et de divers produits chimiques, ainsi que la production de gaz combustibles et d’électricité.
Dans le contexte d’une augmentation croissante des contraintes sur les rejets, entraînant une limitation de l’utilisation des fuels lourds, le procédé SGP constitue une solution attractive pour la conversion des résidus pétroliers. Associé à un cycle combiné, il peut assurer la production non polluante d’hydrogène et d’électricité à partir de résidus. Du point de vue protection de l’environnement, il est caractérisé par des niveaux bas d’émissions de SO2 , NOx et de particules.
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Le procédé Shell de gazéification (SGP) est un procédé d’oxydation partielle qui consiste à convertir une charge d’hydrocarbures en gaz de synthèse (CO + H2), suivant le schéma général suivant :
Cn Hm + n / 2 O2 ® n CO + m / 2 H2
Cette transformation résulte de la mise en œuvre d’un grand nombre de réactions, dont les principales sont décrites ci-après.
La combustion complète d’une partie de la charge d’hydrocarbures conduit à la formation de CO2 et H2O :
Cn Hm + (n + m / 4) O2 ® n CO2 + m / 2 H2O
Cette réaction est très exothermique, exentropique et complète. Elle permet d’atteindre la température nécessaire à l’opération qui, exception faite d’un préchauffage à faible niveau thermique, se déroule adiabatiquement.
Les molécules de CO2 et H2O formées réagissent avec les molécules d’hydrocarbures :
( 1 )( 2 )
Ces réactions endothermiques absorbent une partie de la chaleur dégagée par la réaction de combustion et permettent d’abaisser la température des gaz vers 1 300-1 500 oC.
La présence d’eau formée lors de la combustion, ou apportée par injection de vapeur, provoque la réaction d’équilibre du « gaz à l’eau » :
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(1) -
KUHRE (C.J.), SHEARER (C.J.) -
Synthesis gas from heavy fuels (Fabrication de gaz de synthèse à partir de fuels lourds).
-
Hydrocarbon Processing (USA), déc. 1971.
(2) -
CHAUVEL (A.), LEFEBVRE (G.), CASTEX (L.) -
Procédés de Pétrochimie.
-
Édition Technip, tome 1, p. 29, éd. (1985).
(3) -
VAN AUBEL (L.J.), HARSTAD (P.), BOOM (J.), VISSER (P.) -
A new route for soot recycling in partial oxidation plants (Une nouvelle voie pour le recyclage des suies dans les unités d’oxydation partielle).
-
Hydrocarbon Processing (USA), p. 235-7, sept. 1980.
(4) -
HIGMAN (C.) -
Perspectives and experience with partial oxidation of heavy residues (Perspectives et expérience avec l’oxydation partielle des résidus lourds).
-
Pétrole et Techniques, p. 56-61, sept.-oct. 1994.
(5) -
VAN HAL (L.W.) -
Dispose of soot by recycle (Élimination des suies par recyclage).
-
Hydrocarbon Processing (USA), p. 111-112, déc. 1969.
...
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Bibliographie & annexes
Variables opératoires
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( 2 )
