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WO2011004088A1 - Installation de production d'hydrocarbures synthétiques et procédé associé - Google Patents

Installation de production d'hydrocarbures synthétiques et procédé associé Download PDF

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WO2011004088A1
WO2011004088A1 PCT/FR2010/051094 FR2010051094W WO2011004088A1 WO 2011004088 A1 WO2011004088 A1 WO 2011004088A1 FR 2010051094 W FR2010051094 W FR 2010051094W WO 2011004088 A1 WO2011004088 A1 WO 2011004088A1
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WO
WIPO (PCT)
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stream
hydrogen
conversion unit
carbon monoxide
unit
Prior art date
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Application number
PCT/FR2010/051094
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English (en)
Inventor
Michel Lecomte
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Areva SA
Original Assignee
Areva SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to EP10734224A priority patent/EP2451901A1/fr
Priority to US13/383,144 priority patent/US8968434B2/en
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Definitions

  • the present invention generally relates to the production of synthetic hydrocarbons from carbonaceous material.
  • the invention relates, according to a first aspect, to a production assembly of at least one synthetic hydrocarbon from at least one incoming stream of carbon monoxide and an inflowing stream of carbon dioxide, the assembly comprising :
  • an electrolyser designed to produce a first flow of hydrogen from water and electricity
  • a first conversion unit provided to produce an intermediate stream of carbon monoxide from at least a portion of the incoming flow of carbon dioxide and hydrogen
  • a reactor for synthesizing said synthetic hydrocarbon from at least hydrogen, at least a part of the incoming carbon monoxide stream and the intermediate stream of carbon monoxide.
  • Such an assembly is known from WO 2008/033812, which describes a production assembly comprising a gasification unit, a conversion unit of the RWGS type and a hydrocarbon synthesis reactor.
  • the RWGS is powered by hydrogen produced by electrolysis of water, the electricity coming from a non-carbon source, for example nuclear, solar or wind.
  • Solar or wind power sources provide fluctuating electrical power.
  • it is intended to store liquid hydrocarbons when the available electrical power is high and to produce electricity or hydrogen from the hydrocarbons stored in the opposite case.
  • the hydrocarbons must be reformed when a supplement of hydrogen is necessary for the operation of the installation.
  • Such reforming is generally carried out in equipment such as a large capacity POX (partial oxidation unit), which has a significant cost and footprint.
  • POX partial oxidation unit
  • the invention aims to provide a production unit that is lighter, and can continue to operate even when electricity is scarce.
  • the invention relates to a production assembly of the aforementioned type, characterized in that it comprises:
  • a second conversion unit designed to produce a second stream of hydrogen from carbon monoxide and water, the second stream of hydrogen being directed to the synthesis reactor;
  • an orientation assembly provided for selectively distributing the incoming flow of carbon monoxide between the second conversion unit and the synthesis reactor, and for selectively distributing the first hydrogen stream between the first conversion unit and the synthesis reactor;
  • control unit intended to control the orientation assembly.
  • the production unit may also have one or more of the following characteristics, considered individually or in any technically feasible combination:
  • the first conversion unit is a unit of RWGS
  • the second conversion unit is a unit of WGS
  • the first and second conversion units are the same reversible unit, comprising at least one conversion reactor and a set of controlled valves designed to operate the conversion reactor selectively in WGS or RWGS;
  • the first and second conversion units are two units distinct from each other;
  • the control unit is designed to:
  • control unit is designed to control the orientation assembly as a function of the electrical power between at least first and second states:
  • the orientation set directs a part from the first hydrogen stream to the first conversion unit and directs all of the incoming carbon monoxide stream to the synthesis reactor;
  • the orientation assembly directs all of the first hydrogen stream to the synthesis reactor and directs a part of the incoming flow of carbon monoxide. carbon to the second conversion unit;
  • the orientation assembly is designed to selectively distribute the incoming flow of carbon dioxide between the first conversion unit and a carbon dioxide storage and / or discharge unit, the control unit being designed to control the steering assembly directing most of the carbon dioxide inflow to the first conversion unit in the first state, and directing most of the carbon dioxide inflow to the storage unit and / or or rejection in the second state.
  • the invention relates to an installation for producing at least one synthetic hydrocarbon from a carbonaceous material, the installation comprising:
  • a unit for gasifying the carbonaceous material producing a first gas stream comprising at least carbon monoxide and carbon dioxide;
  • a gas conditioning unit separating the first gas stream into an incoming stream of carbon monoxide and an inflow of carbon dioxide;
  • the invention relates to a process for producing at least one synthetic hydrocarbon from at least one incoming carbon monoxide stream and an incoming carbon dioxide stream, the process comprising the steps of following:
  • the method may also have one or more of the following features, considered individually or in any technically feasible combination:
  • the method comprises the following steps:
  • the entire first stream of hydrogen is directed to the synthesis reactor and a part of the incoming flow of carbon monoxide is directed towards the second conversion unit;
  • most of the carbon dioxide inflow is directed to the first conversion unit in the first mode, and most of the flow incoming carbon dioxide is directed to a storage unit and / or carbon dioxide discharge in the second mode.
  • FIG. 1 is a schematic representation of the main units of the synthetic hydrocarbon production facility of the invention, for a first embodiment in which the first and second conversion units are distinct from each other; ;
  • FIG. 2 is a schematic representation similar to that of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic representation of the reversible conversion unit with its set of valves.
  • the plant 1 shown in Figure 1 is intended for the production of synthetic hydrocarbons from carbonaceous material.
  • the carbonaceous material may include one or more of the following:
  • Installation 1 includes:
  • a gas conditioning unit 7 separating the first gas stream into an incoming stream of carbon monoxide CO and an incoming stream of carbon dioxide CO 2 , these flows being directed towards the production unit 6.
  • the flows entering the production set 6 are called incoming flows.
  • Production set 6 includes:
  • an electrolyser 9 producing a first flow of hydrogen from water and electricity
  • a first conversion unit 1 1 producing an intermediate flow of carbon monoxide CO from at least a portion of the incoming flow of carbon dioxide CO 2 and hydrogen;
  • a synthesis reactor 13 producing the first stream of synthetic hydrocarbons from at least hydrogen, at least a part of the incoming flow of carbon monoxide CO and the intermediate stream of carbon monoxide CO;
  • a second conversion unit producing a second stream of hydrogen from carbon monoxide and water
  • an orientation assembly 19 provided for directing certain gas flows towards the different units or reactors of the installation
  • control unit 21 controlling the orientation assembly 19.
  • the installation 1 may comprise a post-treatment unit 22 producing at least a second stream of synthetic hydrocarbons containing the finished products sought from the first stream of synthetic hydrocarbons from the synthesis reactor 13.
  • the pretreatment unit 3 is provided for conditioning the carbonaceous material, so that it can be treated in the gasification unit 5.
  • the pretreatment unit 3 for example produces a drying of the carbonaceous material when the it consists of biomass.
  • the pretreatment unit may for example be provided for grinding the coal or coke so as to obtain particles of particle size suitable for gasification.
  • the pretreatment unit receives the carbonaceous material through line 23, and produces a pretreated carbonaceous material stream.
  • the gasification unit 5 is for example a partial oxidation gasifier or a steam gasifier, or gasifier implementing the two methods in combination (of the POS type). It is fed with pre-treated carbonaceous material via line 25. It can be supplied with oxygen at from the electrolyser 9 via line 27. It can also be supplied with water vapor under pressure and at high temperature via a line that is not shown in FIG.
  • the gasifier produces the first gas stream, the latter containing mainly carbon monoxide CO and carbon dioxide CO 2 .
  • the respective proportions of CO and CO 2 depend on the carbonaceous material used and the operating conditions of the gasifier.
  • the first gas stream leaves the gasifier via line 29.
  • the gas conditioning unit 7 receives the first gas stream from the gasification unit, and separates it into an incoming flow of carbon monoxide CO and an inflow of carbon dioxide CO 2 for supplying the gas stream. production set 6.
  • the CO inflow contains most of the carbon monoxide CO of the first gas stream. Similarly, the inflow of
  • CO 2 contains most of the carbon dioxide of the first gas stream.
  • the gas conditioning unit 7 is of known type and will not be described in detail here.
  • the incoming flow of CO is directed from the gas conditioning unit 7 to the synthesis reactor 13, and possibly to the second conversion unit 15, via the line 31.
  • the CO 2 inflow is directed from the gas conditioning unit 7 via line 33 to the first conversion unit 11, and / or via line 34 to a unit 36 intended to reject CO 2 in the atmosphere or to store CO 2 in any form, gaseous liquid or solid.
  • the first conversion unit 11 is of the type RWGS (Reverse Water Gas Shift). It is supplied with CO 2 from the gas conditioning unit 7, via the line 33. It is supplied with hydrogen, from the electrolyser 9, by the line 35. In the first conversion unit, the CO 2 is converted to CO according to the following general chemical equation:
  • the water is for example recycled to the electrolyser 9 via line 39.
  • the CO leaves the conversion unit 11 via line 41.
  • the second conversion unit 15 is of the WGS (Water Gas Shift) type. It is supplied with CO from the gas conditioning unit, by the line 43. The second conversion unit is also supplied with water vapor via line 45.
  • WGS Water Gas Shift
  • the water vapor comes from outside the installation.
  • the second conversion unit is designed to produce hydrogen, converting CO to CO 2 , according to the following general chemical equation:
  • the hydrogen H 2 leaves the second conversion unit 15 via the line 47.
  • the CO 2 leaves the second conversion unit 15 via the line 49.
  • the CO 2 leaving the conversion unit 15 via the line 49 is directed to the unit 36 provided for rejecting and / or storing CO 2 .
  • the synthesis reactor 13 produces a first stream of synthetic hydrocarbons, for example according to the Fischer-Tropsch process. This process is known and will not be detailed here.
  • the reactor is supplied with carbon monoxide from the gas conditioning unit 7 via the line 51.
  • the reactor is also supplied with carbon monoxide CO from the first conversion unit 11 via the line 41. elsewhere at least a portion of the first stream of hydrogen from the electrolyser 9 via line 53. It also receives the second stream of hydrogen from the second conversion unit 15 through line 47.
  • the post-treatment unit 22 produces from the first stream of synthetic hydrocarbons at least a second stream of synthetic hydrocarbons and a third stream of synthetic hydrocarbons.
  • the aftertreatment unit is a refining unit of a type known per se in the petroleum field.
  • the second flow corresponds for example to the final product of the installation. This second stream may be, for example, diesel fuel, kerosene, etc.
  • the third flow corresponds, for example, to the by-products of the post-processing unit 22 other than the final product sought. It includes, for example, naphthas or any other type of product. Naphthas can be recycled in the installation 1, as described in the patent application filed under the number EP 09159991.0.
  • the second synthetic hydrocarbon stream leaves the post-treatment unit via line 57 and the third stream through line 59.
  • the second and third streams are collected in storage tanks or can be recycled in the facility.
  • the electrolyser 9 is of a type known per se. It is intended to produce oxygen and the first flow of hydrogen, from water and electricity.
  • the water is supplied by a source external to the installation, via the line 61. It can also come from the first conversion unit 11, by the line 39.
  • Electricity is provided by a local grid 63 of electricity distribution.
  • the network 63 is a public or private network serving a large number of consumers, in addition to the synthetic hydrocarbon production facility.
  • the installation thus consumes only a fraction of the electrical power transported by the network 63.
  • the electric power available on the distribution network 63 for the electrolyser varies as a function of time, because the electrical consumption of other consumers varies too.
  • the overall power consumption varies during a day and is maximum in the morning and evening. It is weaker during the night and in the middle of the day.
  • overall electricity consumption varies with the seasons, and may be higher during the winter (heating) or during the summer (cooling).
  • the electrical power that the network 63 can make available to the electrolyser 9 can vary, during a day and / or during a year.
  • the cost of the electricity supplied by the grid 63 may also vary, this cost being generally higher during periods of high electrical demand, and lower during periods of low electrical demand.
  • the oxygen produced by the electrolyser is directed to the gasification unit 5 via line 27.
  • the first flow of hydrogen leaves the electrolyser via line 65.
  • the orientation assembly 19 comprises a set of valves designed to orient and distribute the first flow of hydrogen, the inflow of carbon monoxide CO and the inflow of carbon dioxide CO 2 . More specifically, the orientation assembly comprises a first three-way valve 67 with an input connected to the line 65, and two outputs connected to the lines 35 and 53.
  • the three-way valve 67 is a proportional valve. It is thus provided for distributing the first stream of hydrogen, coming from the electrolyser 9, between the first conversion unit 11 and the synthesis reactor 13.
  • the orientation assembly comprises a second three-way valve 69, with an input connected to the line 31 and an output connected to the lines 43 and 51.
  • the valve 69 is a proportional valve. It is thus intended to distribute the incoming flow of carbon monoxide, coming from the gas conditioning unit 7, between the second conversion unit 15 and the synthesis reactor 13.
  • the orientation assembly also comprises two two-way valves 71 and 73, respectively disposed on the lines 33 and 34. These valves are proportional valves. They make it possible to distribute the incoming flow of carbon dioxide CO 2 between the first conversion unit 1 1 and the unit 36 for storing and / or discharging carbon dioxide.
  • the valves 67, 69, 71 and 73 are controlled by the control unit 21.
  • the control unit 21 comprises means for evaluating the electric power available for the electrolyser on the distribution network 63, and means for controlling the orientation assembly 19 according to said available electrical power.
  • the available electrical power can be evaluated by means of sensors, installed for example on the substation connecting the electrolyser to the network 63.
  • the available electrical power can be acquired directly from the network manager 63.
  • the control unit 21 comprises for example a computer programmed to control the orientation assembly 19.
  • the control unit is designed to control the production plant 1 according to two different operating modes, the choice between the two operating modes being a function of the electrical power available on the network.
  • the first mode of operation corresponds for example to a situation where the available electrical power is relatively high. Flow circulation in this mode of operation is shown in solid lines in FIG.
  • the second mode of operation corresponds for example to a situation where the available electrical power is relatively low.
  • Flow circulation in the plant is shown in broken lines in Figure 1.
  • the transition from one mode of operation to another is decided by the operator of the production facility, according to technical or economic criteria.
  • the operator may consider one or more of the following criteria:
  • the switching between the two operating modes can be controlled manually by an operator, or can be performed automatically on the basis of a decision algorithm implemented in a computer.
  • the first mode of operation of the installation corresponds to a first state of the orientation assembly 19.
  • the three-way valve 67 directs part of the first hydrogen flow to the first conversion unit 1 1 , and the remainder of the first stream of hydrogen to the synthesis reactor 13.
  • the three-way valve 69 directs the entire inflow of CO to the synthesis reactor 13.
  • the two-way valves 71 and 73 are controlled from such that at least a portion of the first CO 2 inflow is directed to the first conversion unit 11.
  • the first conversion unit 11 is in operation and the second conversion unit 15 is at a standstill.
  • the available electrical power is relatively high to operate the high capacity electrolyzer and produce a large amount of hydrogen.
  • Part of this hydrogen is used to convert a fraction of the first CO 2 inflow into CO. The total amount of synthetic hydrocarbons produced is thus increased.
  • the second mode of operation of the installation corresponds to a second state of the orientation assembly 19.
  • the first three-way valve 67 directs the entire first hydrogen stream to the synthesis reactor 13.
  • the second three-way valve 69 directs a portion of the carbon monoxide CO inflow to the synthesis reactor 13, and the remainder of the first carbon monoxide stream to the second conversion unit 15.
  • the two-way valve 71 is closed, and the two-way valve 73 is open, all of the second carbon dioxide stream CO 2 being directed to the storage or disposal unit 36.
  • the first conversion unit 11 is stopped, and the second conversion unit 15 is in operation. Because the available electric power is relatively lower than in the first mode of operation, the electrolyser operates at a lower capacity, and the amount of hydrogen thus produced is reduced. In order to compensate for this reduction of hydrogen available for the synthesis of synthetic hydrocarbons, a part of the carbon monoxide inflow is converted into CO 2 in the second conversion unit 15, which makes it possible to produce an excess of hydrogen used in the synthesis reactor 13 in addition to the hydrogen supplied by the electrolyser.
  • the first conversion unit 11 and the second conversion unit 15 are replaced by a single unit 75 that can operate reversibly.
  • the reversible unit 75 comprises a conversion reactor 77 and a set of controlled valves 79 provided to operate the conversion reactor 77 selectively in WGS or RWGS (see Figure 3).
  • the CO 2 + H 2 ⁇ CO + H 2 O reaction is a reversible reaction, the equilibrium being displaced from one side or the other depending on the operating conditions in the reactor.
  • the same reactor can provide either a WGS reaction or a RWGS reaction, with the same catalyst, depending on the temperature, pressure conditions and the concentrations of the different chemical species in the reactor.
  • the set of valves 79 comprises four three-way valves, each making it possible to supply or discharge a fluid to / from the reactor 77.
  • the valves 81, 83, 85 and 87 respectively control the circulation of the carbon dioxide. carbon, carbon monoxide, hydrogen and water vapor. These valves are controlled by the control unit 21.
  • the valve 81 has an input connected to the line 33, an output connected to the line 49 and a third orifice connected to the reactor 77 via the line 89. This third orifice is either an input or an output, depending on the the operating mode of the installation.
  • the line 33 is connected to the gas conditioning unit 7.
  • the line 49 is connected to the unit 36 for storing and / or discharging CO 2 .
  • the valve 83 has an input connected to the line 43, an output connected to the line 41 and a third orifice connected to the reactor via a line 91. This third orifice is either an input or an output according to the mode. operation of the installation.
  • the line 43 is connected to an output of the three-way valve 69.
  • the line 41 is connected to the synthesis reactor 13.
  • the three-way valve 85 has an input connected to the line 35 and an output connected to the line 47. It has a third orifice connected to the reactor 77 by a line 93. This orifice is either an input or an output according to the mode of operation. operation of the installation.
  • Line 35 is connected to an outlet of the three-way valve 67.
  • Line 47 is connected to synthesis reactor 13.
  • the three-way valve 87 has an input connected to the line 45 and an output connected to the line 39. It has a third orifice connected to the reactor 77 via a line 95, and corresponds to an input or an output based on the operating mode of the installation.
  • Line 45 is connected to a steam supply network.
  • Line 39 is connected to the electrolyser.
  • the reactor 77 is equipped with a heating circuit 97 and a cooling circuit 99.
  • the reactor 77 In the first mode of operation of the installation, corresponding to the situation where the available electrical power is relatively high, the reactor 77 operates in RWGS.
  • the three-way valve 81 communicates the line 33 with the reactor 77 and isolates the line 49 from said reactor 77.
  • the valve 83 communicates the reactor 77 with the line 41, and isolates the reactor from the line 43.
  • the valve 85 communicates the line 35 with the reactor and isolates it from the line 47.
  • the valve 87 communicates the reactor with the line 39 and isolates the reactor from the line 45.
  • the heating circuit 97 is in operation, the cooling circuit 99 being stopped. In this state, the reversible unit 75 performs the same function as the first conversion unit 11 of the first embodiment.
  • the three-way valve 81 communicates the reactor 77 with the line 49 and isolates it from the line 33.
  • the three-way valve 83 communicates the reactor 77 with the line 43 and isolates it from the line 41.
  • the three-way valve 85 communicates the reactor with the line 47 and isolates the line 35 of the reactor.
  • the three-way valve 87 communicates the line 45 with the reactor and isolates it from the line 39.
  • the cooling circuit 99 is in operation, the heating circuit 97 being stopped.
  • the reversible unit 75 performs the same function as the second conversion unit 15 of the first embodiment.
  • the installation can operate in a flexible manner, its operating mode can be adapted according to the electric power available for the electrolyser.
  • the second conversion unit makes it possible to provide a additional hydrogen when the electric power available for the electrolyser is low.
  • the cost and footprint of the second conversion unit are significantly lower than that of a conventional reforming unit.
  • first and second conversion units are combined into a reversible unit, which can operate in either WGS or RWGS.
  • the installation can partially disappear vis-à-vis the electrical distribution network, easy and fast way, which is particularly advantageous for the manager of this network.
  • the installation described above can have multiple variants.
  • the means making it possible to supply the incoming flow of CO and the incoming flow of CO 2 can be of any type. These means are not necessarily a unit of gasification. In particular, the inflow of CO and CO 2 could come from industrial fumes. In this case, it is not necessary to provide a gasification unit in the installation.
  • the installation could not include an after-treatment unit, the final product being obtained directly in the synthesis reactor.
  • This post-treatment could also be carried out in another installation, the synthetic hydrocarbons leaving the synthesis reactor being transported to this other installation.
  • control of the installation can be carried out in multiple ways and the switching between the different modes of operation of the installation can be carried out on multiple technical or economic criteria.
  • the synthesis reactor 13 may not function according to the Fischer Tropsch process, but according to another process for the synthesis of hydrocarbons, for example the known process according to the acronym MTG (methanol to gasoline)
  • the two two-way valves 71 and 73 interposed on the lines 33 and 34 transporting the CO 2 from the gas conditioning unit 7 have been replaced by a three-way valve 101.
  • it can indifferently substitute each three-way valve by two two-way valves and vice versa.

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Abstract

Ensemble de production d'au moins un hydrocarbure synthétique à partir au moins d'un flux entrant de monoxyde de carbone et d'un flux entrant de dioxyde de carbone, l'ensemble (6) comprenant : un électrolyseur (9) prévu pour produire un premier flux d'hydrogène; une première unité de conversion (11) prévue pour produire un flux intermédiaire de monoxyde de carbone à partir d'au moins une partie du flux entrant de dioxyde de carbone et d'hydrogène; un réacteur (13) de synthèse dudit hydrocarbure synthétique; caractérisé en ce qu'il comprend : une deuxième unité de conversion (15) prévue pour produire un deuxième flux d'hydrogène à partir de monoxyde de carbone et d'eau, le deuxième flux d'hydrogène étant dirigé vers le réacteur de synthèse (13); un ensemble d'orientation (19) prévu pour sélectivement répartir le flux entrant de monoxyde de carbone entre la deuxième unité de conversion (15) et le réacteur de synthèse (13), et pour sélectivement répartir le premier flux d'hydrogène entre la première unité de conversion (11) et le réacteur de synthèse (13); une unité de contrôle (21 ) prévue pour piloter l'ensemble d'orientation (19).

Description

Installation de production d'hydrocarbures synthétiques
et procédé associé
La présente invention concerne en général la production d'hydrocarbures synthétiques à partir de matière carbonée.
Plus précisément, l'invention concerne selon un premier aspect un ensemble de production d'au moins un hydrocarbure synthétique à partir d'au moins un flux entrant de monoxyde de carbone et d'un flux entrant de dioxyde de carbone, l'ensemble comprenant :
- un électrolyseur prévu pour produire un premier flux d'hydrogène à partir d'eau et d'électricité,
une première unité de conversion prévue pour produire un flux intermédiaire de monoxyde de carbone à partir au moins d'une partie du flux entrant de dioxyde de carbone et d'hydrogène,
- un réacteur de synthèse dudit hydrocarbure synthétique à partir au moins d'hydrogène, d'au moins une partie du flux entrant de monoxyde de carbone et du flux intermédiaire de monoxyde de carbone.
Un tel ensemble est connu de WO 2008/033812, qui décrit un ensemble de production comprenant une unité de gazéification, une unité de conversion de type RWGS et un réacteur de synthèse d'hydrocarbures. Le RWGS est alimenté par de l'hydrogène produit par électrolyse de l'eau, l'électricité venant d'une source non carbonée, par exemple nucléaire, solaire ou éolienne.
Les sources d'électricité de type solaire ou éolienne fournissent une puissance électrique fluctuante. De manière à lisser le fonctionnement de l'ensemble de production, il est prévu de stocker des hydrocarbures liquides quand la puissance électrique disponible est élevée et de produire de l'électricité ou de l'hydrogène à partir des hydrocarbures stockés dans le cas contraire.
Ainsi, les hydrocarbures doivent être reformés quand un supplément d'hydrogène est nécessaire pour le fonctionnement de l'installation. Un tel reformage est généralement effectué dans un équipement tel qu'un POX (unité d'oxydation partielle) de grande capacité, qui présente un coût et une empreinte au sol importants. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un ensemble de production qui soit moins lourd, et qui puisse continuer à fonctionner même quand l'électricité est rare.
A cette fin, l'invention porte sur un ensemble de production du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une deuxième unité de conversion prévue pour produire un deuxième flux d'hydrogène à partir de monoxyde de carbone et d'eau, le deuxième flux d'hydrogène étant dirigé vers le réacteur de synthèse ;
- un ensemble d'orientation prévu pour sélectivement répartir le flux entrant de monoxyde de carbone entre la deuxième unité de conversion et le réacteur de synthèse, et pour sélectivement répartir le premier flux d'hydrogène entre la première unité de conversion et le réacteur de synthèse ;
- une unité de contrôle prévue pour piloter l'ensemble d'orientation.
L'ensemble de production peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la première unité de conversion est une unité de RWGS ;
- la seconde unité de conversion est une unité de WGS ;
- les première et seconde unités de conversion sont une même unité réversible, comprenant au moins un réacteur de conversion et un jeu de vannes commandées prévues pour faire fonctionner le réacteur de conversion sélectivement en WGS ou en RWGS ;
- les première et seconde unités de conversion sont deux unités distinctes l'une de l'autre ;
- l'électrolyseur est alimenté en électricité à partir d'un réseau de distribution électrique, l'unité de contrôle est prévue pour :
• évaluer une puissance électrique disponible sur le réseau de distribution ;
• piloter l'ensemble d'orientation en fonction de la puissance électrique disponible.
- l'unité de contrôle est prévue pour piloter l'ensemble d'orientation en fonction de la puissance électrique entre au moins des premier et second états :
• dans le premier état, correspondant à une situation où la puissance électrique disponible est relativement plus élevée, l'ensemble d'orientation dirige une partie du premier flux d'hydrogène vers la première unité de conversion et dirige la totalité du flux entrant de monoxyde de carbone vers le réacteur de synthèse ; • dans le second état, correspondant à une situation où la puissance électrique disponible est relativement moins élevée, l'ensemble d'orientation dirige la totalité du premier flux d'hydrogène vers le réacteur de synthèse et dirige une partie du flux entrant de monoxyde de carbone vers la seconde unité de conversion ;
- l'ensemble d'orientation est prévu pour sélectivement répartir le flux entrant de dioxyde de carbone entre la première unité de conversion et une unité de stockage et/ou de rejet du dioxyde de carbone, l'unité de contrôle étant prévu pour commander à l'ensemble d'orientation de diriger la majeure partie du flux entrant de dioxyde de carbone vers la première unité de conversion dans le premier état, et de diriger la majeure partie du flux entrant de dioxyde de carbone vers l'unité de stockage et/ou de rejet dans le second état.
Selon un second aspect, l'invention porte sur une installation de production d'au moins un hydrocarbure synthétique à partir d'une matière carbonée, l'installation comprenant :
- une unité de gazéification de la matière carbonée, produisant un premier flux gazeux comprenant au moins du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone ;
- une unité de conditionnement des gaz, séparant le premier flux gazeux en un flux entrant de monoxyde de carbone et un flux entrant de dioxyde de carbone ;
- un ensemble de production dudit hydrocarbure synthétique à partir du flux entrant de monoxyde de carbone et du flux entrant de dioxyde de carbone, présentant les caractéristiques ci-dessus.
Selon un troisième aspect, l'invention porte sur un procédé de production d'au moins un hydrocarbure synthétique à partir au moins d'un flux entrant de monoxyde de carbone et d'un flux entrant de dioxyde de carbone, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- produire un premier flux d'hydrogène à partir d'eau et d'électricité ;
- produire un flux intermédiaire de monoxyde de carbone à partir d'au moins une partie du flux entrant de dioxyde de carbone et d'hydrogène, dans une première unité de conversion ; - synthétiser ledit hydrocarbure synthétique à partir au moins d'hydrogène, d'au moins une partie du flux entrant de monoxyde de carbone et du flux intermédiaire de monoxyde de carbone, dans un réacteur de synthèse ;
- produire un deuxième flux d'hydrogène à partir de monoxyde de carbone et d'eau dans une seconde unité de conversion, le deuxième flux d'hydrogène étant dirigé vers le réacteur de synthèse ;
- sélectivement répartir le flux entrant de monoxyde de carbone entre la deuxième unité de conversion et le réacteur de synthèse et sélectivement répartir le premier flux d'hydrogène entre la première unité de conversion et le réacteur de synthèse.
Le procédé peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le procédé comprend les étapes suivantes :
• évaluer une puissance électrique disponible pour l'étape de production du premier flux d'hydrogène ;
• répartir le flux entrant de monoxyde de carbone entre la deuxième unité de conversion (15, 75) et le réacteur de synthèse (13), et répartir le premier flux d'hydrogène entre la première unité de conversion (1 1 , 75) et le réacteur de synthèse (13), en fonction de ladite puissance électrique disponible.
- le flux entrant de monoxyde de carbone et le premier flux d'hydrogène sont répartis en fonction de la puissance électrique selon des premier et second modes de fonctionnement :
• dans le premier mode, correspondant à une situation où la puissance électrique disponible est relativement plus élevée, une partie du premier flux d'hydrogène est dirigé vers la première unité de conversion et la totalité du flux entrant de monoxyde de carbone est dirigée vers le réacteur de synthèse ;
• dans le second mode, correspondant à une situation où la puissance électrique disponible est relativement moins élevée, la totalité du premier flux d'hydrogène est dirigée vers le réacteur de synthèse et une partie du flux entrant de monoxyde de carbone est dirigée vers la seconde unité de conversion ;
- la majeure partie du flux entrant de dioxyde de carbone est dirigée vers la première unité de conversion dans le premier mode, et la majeure partie du flux entrant de dioxyde de carbone est dirigée vers une unité de stockage et/ou de rejet de dioxyde de carbone dans le second mode.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
- la figure 1 est une représentation schématique des principales unités de l'installation de production d'hydrocarbures synthétiques de l'invention, pour un premier mode de réalisation dans lequel les premières et secondes unités de conversion sont distinctes l'une de l'autre ;
- la figure 2 est une représentation schématique similaire à celle de la figure
1 , pour un second mode de réalisation de l'invention dans lequel les premières et secondes unités de conversion sont une même unité de conversion réversible ; et
- la figure 3 est une représentation schématique de l'unité de conversion réversible avec son jeu de vannes.
L'installation 1 représentée sur la figure 1 est destinée à la production d'hydrocarbures synthétiques à partir de matière carbonée.
La matière carbonée peut comprendre un ou plusieurs des éléments suivants :
- déchets municipaux,
- déchets d'animaux,
- biomasse,
- matières plastiques telles que le polyéthylène,
- charbon ou coke, ... etc.
L'installation 1 comprend :
- une unité de prétraitement de la matière carbonée 3 ;
- une unité 5 de gazéification de la matière carbonée prétraitée, produisant un premier flux gazeux comprenant au moins du monoxyde de carbone CO et du dioxyde de carbone CO2 ;
- un ensemble 6 de production d'un premier flux d'hydrocarbures synthétiques ;
- une unité 7 de conditionnement de gaz, séparant le premier flux gazeux en un flux entrant de monoxyde de carbone CO et un flux entrant de dioxyde de carbone CO2, ces flux étant dirigés vers l'ensemble de production 6. Dans la description qui va suivre, on appelle flux entrants les flux qui entrent dans l'ensemble de production 6.
L'ensemble de production 6 comprend :
- un électrolyseur 9 produisant un premier flux d'hydrogène à partir d'eau et d'électricité ;
- une première unité 1 1 de conversion produisant un flux intermédiaire de monoxyde de carbone CO à partir d'au moins une partie du flux entrant de dioxyde de carbone CO2 et d'hydrogène ;
- un réacteur 13 de synthèse produisant le premier flux d'hydrocarbures synthétiques à partir au moins d'hydrogène, d'au moins une partie du flux entrant de monoxyde de carbone CO et du flux intermédiaire de monoxyde de carbone CO ;
- une deuxième unité de conversion 15 produisant un deuxième flux d'hydrogène à partir de monoxyde de carbone et d'eau ;
- un ensemble d'orientation 19 prévu pour orienter certains flux gazeux vers les différentes unités ou réacteurs de l'installation ;
- une unité de contrôle 21 pilotant l'ensemble d'orientation 19.
Par ailleurs, l'installation 1 peut comprendre une unité de post-traitement 22 produisant au moins un second flux d'hydrocarbures synthétiques contenant les produits finis recherchés à partir du premier flux d'hydrocarbures synthétiques provenant du réacteur de synthèse 13.
L'unité de prétraitement 3 est prévue pour conditionner la matière carbonée, de manière à ce qu'elle puisse être traitée dans l'unité de gazéification 5. L'unité de prétraitement 3 réalise par exemple un séchage de la matière carbonée quand celle-ci est constituée de biomasse. Quand la matière carbonée est constituée de charbon ou de coke, l'unité de prétraitement peut par exemple être prévue pour broyer le charbon ou le coke de manière à obtenir des particules de granulométrie adaptée à la gazéification.
L'unité de prétraitement reçoit la matière carbonée par la ligne 23, et produit un flux de matière carbonée prétraitée. L'unité 5 de gazéification est par exemple un gazéifieur à oxydation partielle ou un gazéifieur à vapeur, ou gazéifieur mettant en œuvre les deux procédés en combinaison (du type POS). Il est alimenté en matière carbonée prétraitée via la ligne 25. Il peut être alimenté en oxygène à partir de l'électrolyseur 9 via la ligne 27. Il peut également être alimenté en vapeur d'eau sous pression et à haute température via une ligne qui n'est pas représentée sur la figure 1.
Le gazéifieur produit le premier flux gazeux, celui-ci contenant en majorité du monoxyde de carbone CO et du dioxyde de carbone CO2. Les proportions respectives de CO et de CO2 dépendent de la matière carbonée utilisée, et des conditions de fonctionnement du gazéifieur. Le premier flux gazeux quitte le gazéifieur par la ligne 29.
L'unité de conditionnement des gaz 7 reçoit le premier flux gazeux venant de l'unité de gazéification, et sépare celle-ci en un flux entrant de monoxyde de carbone CO et un flux entrant de dioxyde de carbone CO2 destinés à alimenter l'ensemble de production 6. Le flux entrant de CO contient la majeure partie du monoxyde de carbone CO du premier flux gazeux. De même, le flux entrant de
CO2 contient la majeure partie du dioxyde de carbone du premier flux gazeux. L'unité de conditionnement des gaz 7 est de type connu et ne sera pas décrite dans le détail ici. Le flux entrant de CO est dirigé à partir de l'unité de conditionnement de gaz 7 vers le réacteur de synthèse 13, et éventuellement vers la deuxième unité de conversion 15, par la ligne 31 .
Le flux entrant de CO2 est dirigé à partir de l'unité de conditionnement des gaz 7 via la ligne 33 jusqu'à la première unité de conversion 1 1 , et/ou via la ligne 34 jusqu'à une unité 36 prévue pour rejeter le CO2 dans l'atmosphère ou pour stocker le CO2 sous une forme quelconque, gazeuse liquide ou solide.
La première unité de conversion 1 1 est du type RWGS (Reverse Water Gas Shift). Elle est alimentée en CO2 à partir de l'unité de conditionnement des gaz 7, via la ligne 33. Elle est alimentée en hydrogène, à partir de l'électrolyseur 9, par la ligne 35. Dans la première unité de conversion, le CO2 est converti en CO selon l'équation chimique générale suivante :
CO2 + H2 ^ CO + H2O
L'eau est par exemple recyclée dans l'électrolyseur 9 par la ligne 39. Le CO quitte l'unité de conversion 11 par la ligne 41.
La deuxième unité de conversion 15 est de type WGS (Water Gas Shift). Elle est alimentée en CO à partir de l'unité de conditionnement des gaz, par la ligne 43. La seconde unité de conversion est également alimentée en vapeur d'eau par la ligne 45.
La vapeur d'eau provient de l'extérieur de l'installation. La seconde unité de conversion est prévue pour produire de l'hydrogène, en convertisseur le CO en CO2, selon l'équation chimique générale suivante :
CO + H2O -* H2 + CO2
L'hydrogène H2 quitte la seconde unité de conversion 15 par la ligne 47. Le CO2 quitte la seconde unité de conversion 15 par la ligne 49. Le CO2 quittant l'unité de conversion 15 par la ligne 49 est dirigé vers l'unité 36 prévue pour rejeter et /ou stocker le CO2.
Le réacteur de synthèse 13 produit un premier flux d'hydrocarbures synthétiques, selon par exemple le procédé de Fischer-Tropsch. Ce procédé est connu et ne sera pas détaillé ici. Le réacteur est alimenté en monoxyde de carbone venant de l'unité de conditionnement des gaz 7 par la ligne 51. Le réacteur est également alimenté en monoxyde de carbone CO venant de la première unité de conversion 1 1 via la ligne 41. Il reçoit par ailleurs au moins une partie du premier flux d'hydrogène venant de l'électrolyseur 9, par l'intermédiaire de la ligne 53. Il reçoit également le second flux d'hydrogène provenant de la seconde unité de conversion 15, par la ligne 47.
Dans le réacteur de synthèse, le monoxyde de carbone et l'hydrogène réagissent sur des catalyseurs, à haute température, et forment un grand nombre d'hydrocarbures synthétiques. Ce premier flux d'hydrocarbures synthétiques quitte le réacteur de synthèse 13 par la ligne 55.
L'unité de post-traitement 22 produit à partir du premier flux d'hydrocarbures synthétiques au moins un second flux d'hydrocarbures synthétiques et un troisième flux d'hydrocarbures synthétiques. L'unité de posttraitement est une unité de raffinage de type connu en soi dans le domaine pétrolier. Le deuxième flux correspond par exemple au produit final de l'installation. Ce second flux peut être par exemple du carburant diesel, du kérosène, ... etc. Le troisième flux correspond par exemple aux sous-produits de l'unité de post-traitement 22 autres que le produit final recherché. Il comprend par exemple des naphtas ou tout autre type de produit. Les naphtas peuvent être recyclés dans l'installation 1 , comme décrit dans la demande de brevet déposée sous le numéro EP 09159991.0.
Le second flux d'hydrocarbure synthétique quitte l'unité de post-traitement par la ligne 57 et le troisième flux par la ligne 59.
Le second et le troisième flux sont collectés dans des cuves de stockage ou peuvent être recyclés dans l'installation.
L'électrolyseur 9 est de type connu en soi. Il est prévu pour produire de l'oxygène et le premier flux d'hydrogène, à partir d'eau et d'électricité. L'eau est fournie par une source extérieure à l'installation, via la ligne 61. Elle peut également provenir de la première unité de conversion 1 1 , par la ligne 39.
L'électricité est fournie par un réseau 63 local de distribution d'électricité. Le réseau 63 est un réseau public ou privé desservant un grand nombre de consommateurs, en plus de l'installation de production d'hydrocarbures synthétiques. L'installation ne consomme donc qu'une fraction de la puissance électrique transportée par le réseau 63. En conséquence, la puissance électrique disponible sur le réseau de distribution 63 pour l'électrolyseur varie en fonction du temps, du fait que la consommation électrique des autres consommateurs varie elle aussi. En particulier, il est connu que la consommation électrique globale varie au cours d'une journée et est maximum le matin et le soir. Elle est plus faible pendant la nuit et en milieu de journée. De même, la consommation électrique globale varie en fonction des saisons, et peut être plus élevée pendant l'hiver (chauffage) ou pendant l'été (climatisation). Ainsi, la puissance électrique que le réseau 63 peut mettre à la disposition de l'électrolyseur 9 peut varier, au cours d'une journée et/ou au cours d'une année. Par ailleurs, le coût de l'électricité fournie par le réseau 63 peut également varier, ce coût étant généralement plus élevé pendant les périodes de forte demande électrique, et moins élevé pendant les périodes de faible demande électrique.
L'oxygène produit par l'électrolyseur est dirigé vers l'unité de gazéification 5 par la ligne 27. Le premier flux d'hydrogène quitte l'électrolyseur par la ligne 65.
L'ensemble d'orientation 19 comporte un ensemble de vannes prévu pour orienter et répartir le premier flux d'hydrogène, le flux entrant de monoxyde de carbone CO et le flux entrant de dioxyde de carbone CO2. Plus précisément, l'ensemble d'orientation comporte une première vanne trois voies 67 avec une entrée raccordée à la ligne 65, et deux sorties raccordées aux lignes 35 et 53. La vanne trois voies 67 est une vanne proportionnelle. Elle est ainsi prévue pour répartir le premier flux d'hydrogène, venant de l'électrolyseur 9, entre la première unité de conversion 1 1 et le réacteur de synthèse 13.
L'ensemble d'orientation comporte une seconde vanne trois voies 69, avec une entrée raccordée à la ligne 31 et de sortie raccordée aux lignes 43 et 51. La vanne 69 est une vanne proportionnelle. Elle est ainsi prévue pour répartir le flux entrant de monoxyde de carbone, venant de l'unité de conditionnement des gaz 7, entre la deuxième unité de conversion 15 et le réacteur de synthèse 13.
L'ensemble d'orientation comporte également deux vannes deux voies 71 et 73, disposées respectivement sur les lignes 33 et 34. Ces vannes sont des vannes proportionnelles. Elles permettent de répartir le flux entrant de dioxyde de carbone CO2 entre la première unité de conversion 1 1 et l'unité 36 de stockage et/ou de rejet du dioxyde de carbone.
Les vannes 67, 69, 71 et 73 sont pilotées par l'unité de contrôle 21. L'unité de contrôle 21 comporte des moyens pour évaluer la puissance électrique disponible pour l'électrolyseur sur le réseau de distribution 63, et des moyens pour piloter l'ensemble d'orientation 19 en fonction de ladite puissance électrique disponible.
La puissance électrique disponible peut être évaluée à l'aide de capteurs, implantés par exemple sur le poste électrique raccordant l'électrolyseur au réseau 63. Alternativement, la puissance électrique disponible peut être acquise directement auprès du gestionnaire du réseau 63.
L'unité de contrôle 21 comporte par exemple un calculateur programmé pour le pilotage de l'ensemble d'orientation 19.
Le fonctionnement de l'installation de production décrite ci-dessus va maintenant être détaillé.
L'unité de contrôle est prévue pour piloter l'installation de production 1 selon deux modes de fonctionnement différents, le choix entre les deux modes de fonctionnement étant fonction de la puissance électrique disponible sur le réseau
63, et/ou des besoins de l'installation et/ou du coût du kilowatt/heure fourni par le réseau. Le premier mode de fonctionnement correspond par exemple à une situation où la puissance électrique disponible est relativement élevée. La circulation des flux dans ce mode de fonctionnement est représentée en traits pleins sur la figure 1.
Le second mode de fonctionnement correspond par exemple à une situation où la puissance électrique disponible est relativement faible. La circulation des flux dans l'installation est représentée en traits interrompus sur la figure 1.
Le passage d'un mode de fonctionnement à un autre est décidé par l'opérateur de l'installation de production, en fonction de critères techniques ou économiques. L'opérateur peut considérer un ou plusieurs des critères suivants :
puissance électrique instantanée disponible sur le réseau de distribution 63 pour l'électrolyseur 9,
puissance électrique disponible sur le réseau 63 pour l'électrolyseur 9 à court ou moyen terme,
coût du kilowatt/heure facturé par le réseau 63
plan de production de l'installation, et notamment objectif de capacité de production à l'instant courant, à court et à moyen terme.
Le basculement entre les deux modes de fonctionnement peut être commandé manuellement par un opérateur, ou peut être réalisé de manière automatique sur la base d'un algorithme de décision implanté dans un calculateur.
Le premier mode de fonctionnement de l'installation correspond à un premier état de l'ensemble d'orientation 19. Dans ce premier état, la vanne trois voies 67 dirige une partie du premier flux d'hydrogène vers la première unité de conversion 1 1 , et le reste du premier flux d'hydrogène vers le réacteur de synthèse 13. La vanne trois voies 69 dirige la totalité du flux entrant de CO vers le réacteur de synthèse 13. Par ailleurs, les vannes deux voies 71 et 73 sont commandées de telle sorte qu'une partie au moins du premier flux entrant de CO2 soit dirigée vers la première unité de conversion 1 1.
Dans ce premier mode de fonctionnement, la première unité de conversion 11 est en fonctionnement et la seconde unité de conversion 15 est à l'arrêt. Ainsi, il est possible de tirer parti du fait que la puissance électrique disponible est relativement élevée pour faire fonctionner l'électrolyseur à forte capacité et produire une grande quantité d'hydrogène. Une partie de cet hydrogène est utilisée pour convertir une fraction du premier flux entrant de CO2 en CO. La quantité totale d'hydrocarbures synthétiques produite est ainsi augmentée.
Le second mode de fonctionnement de l'installation correspond à un second état de l'ensemble d'orientation 19. Dans ce second état, la première vanne trois voies 67 dirige la totalité du premier flux d'hydrogène vers le réacteur de synthèse 13. La seconde vanne trois voies 69 dirige une partie du flux entrant de monoxyde de carbone CO vers le réacteur de synthèse 13, et le restant du premier flux de monoxyde de carbone vers la seconde unité de conversion 15. La vanne deux voies 71 est fermée, et la vanne deux voies 73 est ouverte, la totalité du second flux de dioxyde de carbone CO2 étant dirigée vers l'unité de stockage ou de rejet 36.
Dans ce second mode de fonctionnement, la première unité de conversion 11 est à l'arrêt, et la seconde unité de conversion 15 est en fonctionnement. Du fait que la puissance électrique disponible est relativement moins élevée que dans le premier mode de fonctionnement, l'électrolyseur fonctionne à plus faible capacité, et la quantité d'hydrogène ainsi produite est réduite. De manière à compenser cette réduction d'hydrogène disponible pour la synthèse d'hydrocarbures synthétiques, une partie du flux entrant de monoxyde de carbone est convertie en CO2 dans la seconde unité de conversion 15, ce qui permet de produire un surcroît d'hydrogène, utilisé dans le réacteur de synthèse 13 en complément de l'hydrogène fourni par l'électrolyseur.
Un second mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit, en référence aux figures 2 et 3.
Seuls les points par lesquels le second mode de réalisation diffère du premier seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques et/ou assurant la même fonction dans les deux modes de réalisation seront désignés par les mêmes références.
Comme le montre la figure 2, dans le second mode de réalisation la première unité de conversion 1 1 et la seconde unité de conversion 15 sont remplacées par une unité unique 75 pouvant fonctionner de manière réversible. Plus précisément, l'unité réversible 75 comporte un réacteur de conversion 77 et un jeu de vannes commandées 79 prévu pour faire fonctionner le réacteur de conversion 77 sélectivement en WGS ou RWGS (voir figure 3). En effet, la réaction CO2 + H2 → CO + H2O est une réaction réversible, l'équilibre étant déplacé d'un côté ou de l'autre en fonction des conditions de fonctionnement dans le réacteur. Ainsi, le même réacteur peut assurer soit une réaction de WGS soit une réaction de RWGS, avec le même catalyseur, suivant les conditions de température, de pression et suivant les concentrations des différentes espèces chimiques dans le réacteur.
Le jeu de vannes 79 comporte 4 vannes trois voies, chacune permettant de réaliser l'amenée ou l'évacuation d'un fluide vers/à partir du réacteur 77. Les vannes 81 , 83, 85 et 87 commandent respectivement la circulation du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, de l'hydrogène et de la vapeur d'eau. Ces vannes sont pilotées par l'unité de contrôle 21.
La vanne 81 comporte une entrée raccordée à la ligne 33, une sortie raccordée à la ligne 49 et un troisième orifice raccordé au réacteur 77 par l'intermédiaire de la ligne 89. Ce troisième orifice est soit une entrée, soit une sortie, en fonction du mode de fonctionnement de l'installation. La ligne 33 est raccordée à l'unité de conditionnement des gaz 7. La ligne 49 est raccordée à l'unité 36 de stockage et/ou de rejet de CO2.
La vanne 83 présente une entrée raccordée à la ligne 43, une sortie raccordée à la ligne 41 et un troisième orifice raccordé au réacteur par l'intermédiaire d'une ligne 91. Ce troisième orifice est soit une entrée, soit une sortie selon le mode de fonctionnement de l'installation. La ligne 43 est raccordée à une sortie de la vanne trois voies 69. La ligne 41 est raccordée au réacteur de synthèse 13.
La vanne trois voies 85 présente une entrée raccordée à la ligne 35 et une sortie raccordée à la ligne 47. Elle présente un troisième orifice raccordé au réacteur 77 par une ligne 93. Cet orifice est soit une entrée, soit une sortie selon le mode de fonctionnement de l'installation. La ligne 35 est raccordée à une sortie de la vanne trois voies 67. La ligne 47 est raccordée au réacteur de synthèse 13.
Enfin, la vanne trois voies 87 présente une entrée raccordée à la ligne 45 et une sortie raccordée à la ligne 39. Elle présente un troisième orifice raccordé au réacteur 77 par une ligne 95, et correspond à une entrée ou une sortie en fonction du mode de fonctionnement de l'installation. La ligne 45 est raccordée à un réseau d'alimentation en vapeur d'eau. La ligne 39 est raccordée à l'électrolyseur.
Par ailleurs, le réacteur 77 est équipé d'un circuit de chauffage 97 et d'un circuit de refroidissement 99.
Dans le premier mode de fonctionnement de l'installation, correspondant à la situation où la puissance électrique disponible est relativement élevée, le réacteur 77 fonctionne en RWGS. La vanne trois voies 81 met en communication la ligne 33 avec le réacteur 77 et isole la ligne 49 dudit réacteur 77. La vanne 83 met en communication le réacteur 77 avec la ligne 41 , et isole le réacteur de la ligne 43. La vanne 85 met en communication la ligne 35 avec le réacteur et isole celui-ci de la ligne 47. Enfin, la vanne 87 met en communication le réacteur avec la ligne 39 et isole le réacteur de la ligne 45. Par ailleurs, le circuit de chauffage 97 est en fonctionnement, le circuit de refroidissement 99 étant à l'arrêt. Dans cet état, l'unité réversible 75 assure la même fonction que la première unité de conversion 1 1 du premier mode de réalisation.
Dans le second mode de fonctionnement, correspondant à la situation où la puissance électrique disponible est moins élevée, la vanne trois voies 81 met en communication le réacteur 77 avec la ligne 49 et isole celui-ci de la ligne 33. La vanne trois voies 83 met en communication le réacteur 77 avec la ligne 43 et isole celui-ci de la ligne 41. La vanne trois voies 85 met en communication le réacteur avec la ligne 47 et isole la ligne 35 du réacteur. La vanne trois voies 87 met en communication la ligne 45 avec le réacteur et isole celui-ci de la ligne 39. Par ailleurs, le circuit de refroidissement 99 est en fonctionnement, le circuit de chauffage 97 étant à l'arrêt. Dans ce mode fonctionnement, l'unité réversible 75 joue le même rôle que la seconde unité de conversion 15 du premier mode de réalisation.
L'installation décrite ci-dessus présente de multiples avantages.
Du fait qu'elle comporte deux unités de conversion, l'une prévue pour produire du monoxyde de carbone à partir de dioxyde de carbone et d'hydrogène et l'autre pour produire de l'hydrogène à partir de monoxyde de carbone et d'eau, l'installation peut fonctionner de manière souple, son mode de fonctionnement pouvant être adapté en fonction de la puissance électrique disponible pour l'électrolyseur. En particulier, la seconde unité de conversion permet de fournir un complément d'hydrogène quand la puissance électrique disponible pour l'électrolyseur est faible.
Le coût et l'empreinte de la seconde unité de conversion sont nettement inférieurs à ceux d'une unité de reformage classique.
Ceci est particulièrement vrai quand les première et seconde unités de conversion sont combinées en une unité réversible, qui peut fonctionner soit en WGS, soit en RWGS.
L'installation peut s'effacer partiellement vis-à-vis du réseau de distribution électrique, de manière facile et rapide, ce qui est particulièrement avantageux pour le gestionnaire de ce réseau.
L'installation décrite ci-dessus peut présenter de multiples variantes.
Ainsi, les moyens permettant de fournir le flux entrant de CO et le flux entrant de CO2 peuvent être de tout type. Ces moyens ne sont pas nécessairement une unité de gazéification. En particulier, les flux entrant de CO et CO2 pourraient provenir de fumées industrielles. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de prévoir une unité de gazéification dans l'installation.
Par ailleurs, l'installation pourrait ne pas comporter d'unité de posttraitement, le produit final étant obtenu directement dans le réacteur de synthèse. Ce post-traitement pourrait également être effectué dans une autre installation, les hydrocarbures synthétiques sortant du réacteur de synthèse étant transportés jusqu'à cette autre installation.
Comme décrit ci-dessus, le contrôle de l'installation peut être effectué de multiples façons et le basculement entre les différents modes de fonctionnement de l'installation peut être effectué sur de multiples critères techniques ou économiques.
Le réacteur de synthèse 13 peut ne pas fonctionner selon le procédé de Fischer Tropsch, mais selon un autre procédé de synthèse d'hydrocarbures, par un exemple le procédé connu selon le sigle MTG (méthanol to gasoline)
Dans le second mode de réalisation, les deux vannes deux voies 71 et 73 intercalées sur les lignes 33 et 34 transportant le CO2 à partir de l'unité de conditionnement de gaz 7 ont été remplacées par une vanne trois voies 101. Dans les deux modes de réalisation, on peut indifféremment substituer chaque vanne trois voies par deux vannes deux voies et inversement.

Claims

REVENDICATIONS
1. Ensemble de production d'au moins un hydrocarbure synthétique à partir au moins d'un flux entrant de monoxyde de carbone et d'un flux entrant de dioxyde de carbone, l'ensemble (6) comprenant :
- un électrolyseur (9) prévu pour produire un premier flux d'hydrogène à partir d'eau et d'électricité,
- une première unité de conversion (1 1 , 75) prévue pour produire un flux intermédiaire de monoxyde de carbone à partir d'au moins une partie du flux entrant de dioxyde de carbone et d'hydrogène,
- un réacteur (13) de synthèse dudit hydrocarbure synthétique à partir au moins d'hydrogène, d'au moins une partie du flux entrant de monoxyde de carbone et du flux intermédiaire de monoxyde de carbone ;
caractérisé en ce qu'il comprend :
- une deuxième unité de conversion (15, 75) prévue pour produire un deuxième flux d'hydrogène à partir de monoxyde de carbone et d'eau, le deuxième flux d'hydrogène étant dirigé vers le réacteur de synthèse (13) ;
- un ensemble d'orientation (19) prévu pour sélectivement répartir le flux entrant de monoxyde de carbone entre la deuxième unité de conversion (15, 75) et le réacteur de synthèse (13), et pour sélectivement répartir le premier flux d'hydrogène entre la première unité de conversion (1 1 , 75) et le réacteur de synthèse (13) ;
- une unité de contrôle (21 ) prévue pour piloter l'ensemble d'orientation (19).
2. Ensemble selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la première unité de conversion (11 ) est une unité de RWGS.
3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la seconde unité de conversion (15) est une unité de WGS.
4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les première et seconde unités de conversion sont une même unité réversible (75), comprenant au moins un réacteur de conversion (77) et un jeu de vannes commandées (79) prévues pour faire fonctionner le réacteur de conversion (77) sélectivement en WGS ou en RWGS.
5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les première et seconde unités de conversion sont deux unités (13, 15) distinctes l'une de l'autre.
6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'électrolyseur (9) est alimenté en électricité à partir d'un réseau de distribution électrique (63), l'unité de contrôle (21 ) est prévue pour :
- évaluer une puissance électrique disponible sur le réseau de distribution (63) ;
- piloter l'ensemble d'orientation (19) en fonction de la puissance électrique disponible.
7. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'unité de contrôle (21 ) est prévue pour piloter l'ensemble d'orientation (19) en fonction de la puissance électrique entre au moins des premier et second états :
- dans le premier état, correspondant à une situation où la puissance électrique disponible est relativement plus élevée, l'ensemble d'orientation (19) dirige une partie du premier flux d'hydrogène vers la première unité de conversion (1 1 , 75) et dirige la totalité du flux entrant de monoxyde de carbone vers le réacteur de synthèse (13) ;
- dans le second état, correspondant à une situation où la puissance électrique disponible est relativement moins élevée, l'ensemble d'orientation (19) dirige la totalité du premier flux d'hydrogène vers le réacteur de synthèse (13) et dirige une partie du flux entrant de monoxyde de carbone vers la seconde unité de conversion (15, 75).
8. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'ensemble d'orientation (19) est prévu pour sélectivement répartir le flux entrant de dioxyde de carbone entre la première unité de conversion (1 1 , 75) et une unité de stockage et/ou de rejet du dioxyde de carbone (36), l'unité de contrôle (21 ) étant prévu pour commander à l'ensemble d'orientation (19) de diriger la majeure partie du flux entrant de dioxyde de carbone vers la première unité de conversion (1 1 ,
75) dans le premier état, et de diriger la majeure partie du flux entrant de dioxyde de carbone vers l'unité de stockage et/ou de rejet (36) dans le second état.
9. Installation de production d'au moins un hydrocarbure synthétique à partir d'une matière carbonée, l'installation (1 ) comprenant :
- une unité (5) de gazéification de la matière carbonée, produisant un premier flux gazeux comprenant au moins du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone ;
- une unité (7) de conditionnement de gaz, séparant le premier flux gazeux en un flux entrant de monoxyde de carbone et un flux entrant de dioxyde de carbone ;
- un ensemble (6) de production dudit hydrocarbure synthétique à partir du flux entrant de monoxyde de carbone et du flux entrant de dioxyde de carbone, selon l'une quelconque des revendications précédentes.
10. Procédé de production d'au moins un hydrocarbure synthétique à partir au moins d'un flux entrant de monoxyde de carbone et d'un flux entrant de dioxyde de carbone, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- produire un premier flux d'hydrogène à partir d'eau et d'électricité ;
- produire un flux intermédiaire de monoxyde de carbone à partir d'au moins une partie du flux entrant de dioxyde de carbone et d'hydrogène, dans une première unité de conversion (11 , 75) ;
- synthétiser ledit hydrocarbure synthétique à partir au moins d'hydrogène, d'au moins une partie du flux entrant de monoxyde de carbone et du flux intermédiaire de monoxyde de carbone, dans un réacteur de synthèse (13) ;
- produire un deuxième flux d'hydrogène à partir de monoxyde de carbone et d'eau dans une seconde unité de conversion (15, 75), le deuxième flux d'hydrogène étant dirigé vers le réacteur de synthèse (13) ;
- sélectivement répartir le flux entrant de monoxyde de carbone entre la deuxième unité de conversion (15, 75) et le réacteur de synthèse (13), et sélectivement répartir le premier flux d'hydrogène entre la première unité de conversion (1 1 , 75) et le réacteur de synthèse (13).
1 1. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- évaluer une puissance électrique disponible pour l'étape de production du premier flux d'hydrogène ;
- répartir le flux entrant de monoxyde de carbone entre la deuxième unité de conversion (15, 75) et le réacteur de synthèse (13), et répartir le premier flux d'hydrogène entre la première unité de conversion (1 1 , 75) et le réacteur de synthèse (13), en fonction de ladite puissance électrique disponible.
12. Procédé selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce que le flux entrant de monoxyde de carbone et le premier flux d'hydrogène sont répartis en fonction de la puissance électrique selon des premier et second modes de fonctionnement :
- dans le premier mode, correspondant à une situation où la puissance électrique disponible est relativement plus élevée, une partie du premier flux d'hydrogène est dirigé vers la première unité de conversion (1 1 , 75) et la totalité du flux entrant de monoxyde de carbone est dirigée vers le réacteur de synthèse (13) ;
- dans le second mode, correspondant à une situation où la puissance électrique disponible est relativement moins élevée, la totalité du premier flux d'hydrogène est dirigée vers le réacteur de synthèse (13) et une partie du flux entrant de monoxyde de carbone est dirigée vers la seconde unité de conversion (15, 75).
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la majeure partie du flux entrant de dioxyde de carbone est dirigée vers la première unité de conversion (1 1 , 75) dans le premier mode, et la majeure partie du flux entrant de dioxyde de carbone est dirigée vers une unité (36) de stockage et/ou de rejet de dioxyde de carbone dans le second mode.
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