FR3163658A1 - Injection of hydrogen produced by water electrolysis onto a biofuel production unit obtained by thermochemical conversion of lignocellulosic biomass with CO2 valorization by reverse gas-water reaction. - Google Patents
Injection of hydrogen produced by water electrolysis onto a biofuel production unit obtained by thermochemical conversion of lignocellulosic biomass with CO2 valorization by reverse gas-water reaction.Info
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Abstract
L’invention décrit un procédé qui présente une intégration optimale des étapes de prétraitement, gazéification, de synthèse Fischer-Tropsch, d’électrolyse de l’eau et de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS) permettant d'atteindre des rendements de production améliorés et de meilleures performances énergétiques et économiques (efficacité énergétique, coût de production...) tout en respectant les contraintes environnementales telles que les émissions de gaz à effet de serre imposées à des seuils de plus en plus bas. Figure à publier : 2 The invention describes a process that optimally integrates the steps of pretreatment, gasification, Fischer-Tropsch synthesis, water electrolysis, and carbon dioxide-to-hydrogen conversion (RWGS), enabling improved production yields and better energy and economic performance (energy efficiency, production cost, etc.) while respecting environmental constraints such as greenhouse gas emissions imposed at increasingly lower thresholds. Figure to be published: 2
Description
L’invention est dans le domaine de la production de biocarburants avancés, c’est-à-dire utilisation des ressources telles que définies dans l’Annexe IX A de la directive européenne Red II.The invention is in the field of advanced biofuel production, i.e. the use of resources as defined in Annex IX A of the European Red II Directive.
La demande de brevet WO2014/068253A1 met en œuvre une chaîne de production de biocarburants à partir de biomasse lignocellulosique.Patent application WO2014/068253A1 implements a biofuel production chain from lignocellulosic biomass.
Dans ce schéma de référence illustré par la
- Etape A de prétraitement de la biomasse (1) qui est réalisée de façon préférée par une étape de séchage et de torréfaction. D’autres procédés tels que la pyrolyse peuvent être mis en œuvre.- Step A of biomass pretreatment (1) which is preferably carried out by a drying and torrefaction step. Other processes such as pyrolysis can be implemented.
- Etape C de gazéification de la biomasse prétraitée (2) pour produire un gaz de synthèse (3), de préférence mise en œuvre un gazéifieur à flux/lit entraîné et paroi refroidie. D’autres technologies telles les lits fluidisés, lits fixes, plasma peuvent être utilisées. L’oxydation partielle de la biomasse est réalisée de façon préférée par un flux d’oxygène pur (11). L’utilisation d’oxygène à haute pureté permet de limiter la quantité de composés inertes, tels que l’azote en cas d’utilisation d’air. Cet oxygène est produit par une unité de séparation d’air B.- Step C of gasification of the pretreated biomass (2) to produce a synthesis gas (3), preferably implemented in a flow-through/entrained bed gasifier with a cooled wall. Other technologies such as fluidized beds, fixed beds, and plasma can be used. Partial oxidation of the biomass is preferably carried out by a pure oxygen stream (11). The use of high-purity oxygen limits the amount of inert compounds, such as nitrogen, when using air. This oxygen is produced by an air separation unit B.
- Etape D’ d’ajustement du ratio H2/CO du gaz de synthèse (3) faite par la réaction de water-gas-shift selon la terminologie anglo-saxonne. Cette étape permet d’ajuster le ratio H2/CO pour le procédé de conversion d’hydrocarbures de synthèse en aval.- Step D' of adjusting the H2 /CO ratio of the synthesis gas (3) is carried out by the water-gas-shift reaction according to Anglo-Saxon terminology. This step allows the H2 /CO ratio to be adjusted for the downstream synthetic hydrocarbon conversion process.
- Etape D de décarbonatation et purification du gaz de synthèse (4) pour éliminer le CO2 inerte (12) et capter les éléments nocifs pour les catalyseurs utilisés dans les procédés en aval pour produire un gaz de synthèse purifié (5),- Step D of decarbonation and purification of the syngas (4) to eliminate inert CO2 (12) and capture harmful elements for the catalysts used in downstream processes to produce a purified syngas (5),
- Etapes E et F de production d’hydrocarbures de synthèse dans lequel on envoie le gaz de synthèse purifié (5) dans un procédé de synthèse Fischer-Tropsch (E) suivi d’un procédé d’hydroconversion (F) des effluents produits (6) pour la production de biocarburants (7). Le gaz de synthèse pourrait également être utilisé par conversion catalytique/biologique pour la production de méthanol, DME, Ethanol, alcools, synthèse oxo, SNG ... Une partie de la fraction gazeuse des produits de la synthèse Fischer-Tropsch peut être combinée à la charge au niveau de l’étape de gazéification, la fraction restante pouvant être utilisée comme combustible.- Stages E and F of synthetic hydrocarbon production in which purified syngas (5) is sent to a Fischer-Tropsch synthesis process (E) followed by a hydroconversion process (F) of the produced effluents (6) for the production of biofuels (7). Syngas could also be used by catalytic/biological conversion for the production of methanol, DME, ethanol, alcohols, oxo synthesis, SNG, etc. A portion of the gaseous fraction of the Fischer-Tropsch synthesis products can be combined with the feedstock at the gasification stage, with the remaining fraction being used as fuel.
Cette demande de brevet décrit l’injection possible d’hydrogène en tout point de la chaîne du procédé. L’hydrogène injecté est produit par tout moyen connu de l’homme du métier sans distinction particulière ni intégration entre le procédé de production d’hydrogène et les procédés de la chaîne de production du biocarburant.This patent application describes the possible injection of hydrogen at any point in the process chain. The injected hydrogen is produced by any means known to those skilled in the art, without any particular distinction or integration between the hydrogen production process and the processes in the biofuel production chain.
Un inconvénient de cette mise en œuvre est que deux étapes sont particulièrement impactantes sur le rendement :One drawback of this implementation is that two steps have a particularly significant impact on performance:
- L’étape de gazéification où une partie de la charge est brûlée pour produire l’énergie nécessaire. Du dioxyde de carbone est formé.- The gasification stage where part of the feedstock is burned to produce the necessary energy. Carbon dioxide is formed.
- L’étape d’ajustement du ratio H2/CO. Cette étape faite par water-gas-shift consomme de l’eau et du monoxyde de carbone et génère de l’hydrogène et du dioxyde de carbone.- The H2/CO ratio adjustment step. This step, carried out by water-gas-shift, consumes water and carbon monoxide and generates hydrogen and carbon dioxide.
Une perte de rendement est observée lors de la transformation de la biomasse lignocellulosique en hydrocarbures de synthèse.A loss of yield is observed during the transformation of lignocellulosic biomass into synthetic hydrocarbons.
Le brevet US9562196 met en avant un ajustement de la teneur en hydrogène en entrée de l’unité Fischer-Tropsch par le reformage du naphta produit par la synthèse Fischer-Tropsch. Cette option réduit la quantité de produits finis produits en consommant le naphta produit.US patent 9562196 highlights an adjustment of the hydrogen content at the inlet of the Fischer-Tropsch unit by reforming the naphtha produced by the Fischer-Tropsch synthesis. This option reduces the quantity of finished products produced by consuming the naphtha produced.
Le brevet WO 2015/101717 décrit l’apport d’hydrogène externe pour ajuster le ratio H2/CO d’un gaz de synthèse produit par gazéification d’une charge carbonée et plus particulièrement de la biomasse. Ce brevet revendique un ajustement de la production du gaz de synthèse en fonction de la quantité d’hydrogène externe de façon à maintenir une production de fuel synthétique constante.Patent WO 2015/101717 describes the use of external hydrogen to adjust the H₂ /CO₂ ratio of a synthesis gas produced by the gasification of a carbonaceous feedstock, particularly biomass. This patent claims to adjust synthesis gas production based on the amount of external hydrogen in order to maintain a constant synthetic fuel production.
Le document intitulé « A look into the role of e-fuels in the transport system in Europe (2030–2050) »( Concawe Review Volume 28 • Number 1 •October 2019) présente la voie de production de carburants décarbonés appelés « e-fuels » ou « power-to-liquids ». Ces carburants sont produits à partir de dioxyde de carbone, capté dans l’air ou de fumées de combustion, qui est transformé en présence d’hydrogène par la réaction de reverse water gas shift en monoxyde de carbone et eau. L’hydrogène est produit par électrolyse à partir d’eau. Le carbone contenu dans le dioxyde de carbone capté dans les fumées n’est pas nécessairement d’origine biogénique. Enfin, le dioxyde présent dans l’air est tellement peu concentré que la récupération de celui-ci demande une quantité d’énergie importante.The document entitled “A look into the role of e-fuels in the transport system in Europe (2030–2050)” (Concawe Review Volume 28 • Number 1 • October 2019) presents the production pathway for decarbonized fuels known as “e-fuels” or “power-to-liquids.” These fuels are produced from carbon dioxide, captured from the air or from combustion fumes, which is transformed in the presence of hydrogen by the reverse water-gas shift reaction into carbon monoxide and water. The hydrogen is produced by electrolysis from water. The carbon contained in the carbon dioxide captured from the fumes is not necessarily of biogenic origin. Finally, the carbon dioxide present in the air is so dilute that its extraction requires a significant amount of energy.
Le document « Flexible hybrid process for combined production of heat, power and renewable feedstock for refineries » (2020, Joint Worshop of Task 39 and Task 44, IEA Bioenergy Technology Collaboration Programme) divulgue une combinaison entre une unité de conversion de biomasse lignocellulosique et électrolyse de l’eau. La conversion de la biomasse lignocellulosique est effectuée dans un gazéifieur en lit fixe après une étape de séchage. La qualité du gaz de synthèse produit nécessite une étape de reformage en présence de catalyseur, de dioxyde de carbone et d’oxygène pour convertir en hydrogène et monoxyde de carbone les particules non converties. L’oxygène produit par l’électrolyse est envoyé vers le gazéifieur et l’étape de reformage. L’hydrogène est envoyé au niveau de la synthèse Fischer-Tropsch. Le CO2récupéré est réinjecté au niveau de la gazéification et de l’étape de reformage. Une partie du tail-gas est utilisée pour produire de la vapeur qui est envoyée également vers l’étape de gazéification.The document "Flexible hybrid process for combined production of heat, power and renewable feedstock for refineries" (2020, Joint Workshop of Task 39 and Task 44, IEA Bioenergy Technology Collaboration Programme) describes a combination of a lignocellulosic biomass conversion unit and water electrolysis. The lignocellulosic biomass conversion is carried out in a fixed-bed gasifier after a drying stage. The quality of the resulting syngas necessitates a reforming stage in the presence of a catalyst, carbon dioxide, and oxygen to convert unconverted particles into hydrogen and carbon monoxide. The oxygen produced by electrolysis is sent to the gasifier and the reforming stage. The hydrogen is sent to the Fischer-Tropsch synthesis stage. The recovered CO₂ is reinjected into the gasification and reforming stages. Part of the tail-gas is used to produce steam which is also sent to the gasification stage.
Dans l’article « Improving carbon efficiency and profitability of the biomass to liquid process with hydrogen from renewable power » (2018, Fuel 234, 1431-1451, Hillestad et al.) les auteurs présentent une intégration entre une unité de production d’hydrocarbures de synthèse à partir de biomasse et d’électrolyse de l’eau. Le schéma met en avant une étape de conversion du CO2produit à l’étape de gazéification par une unité de « Reverse Water Gas Shift ». Cette unité consomme une partie de l’hydrogène produit dans une unité d’électrolyse à oxyde solide transformant de la vapeur d’eau surchauffée à 850°C. De plus la totalité du flux sortant de la section de gazéification contenant du CO et de la vapeur d’eau, est admise dans la section de « Reverse Water Gas Shift », ce qui implique une limitation de la conversion du CO2 et demande un investissement important pour la construction du réacteur.In the article "Improving carbon efficiency and profitability of the biomass to liquid process with hydrogen from renewable power" (2018, Fuel 234, 1431-1451, Hillestad et al.), the authors present an integration between a biomass-based synthetic hydrocarbon production unit and water electrolysis. The diagram highlights a step in the conversion of the CO2 produced to the gasification stage by a "Reverse Water Gas Shift" unit. This unit consumes some of the hydrogen produced in a solid oxide electrolysis unit that transforms superheated steam at 850°C. Furthermore, the entire output of the gasification section, containing CO2 and steam, is admitted into the "Reverse Water Gas Shift" section, which limits CO2 conversion and requires a significant investment for reactor construction.
La demande de brevet FR 3029533 A1 met en avant un procédé de conversion thermochimique de matière carbonée dans lequel on ajoute de l’hydrogène en aval de l’épuration du gaz de synthèse ou l’on fait subir à un mélange de gaz de synthèse et d’hydrogène une étape de RWGS. Dans ce document également, la totalité du gaz de synthèse est traitée dans l’étape de RWGS.French patent application FR 3029533 A1 describes a thermochemical conversion process for carbonaceous materials in which hydrogen is added downstream of the synthesis gas purification stage, or a mixture of synthesis gas and hydrogen undergoes a reverse gas scavenging (RWGS) step. In this document, the entire synthesis gas is treated in the RWGS step.
La demande de brevet WO2022/079407 présente un procédé de synthèse d’hydrocarbures à partir d’un gaz de synthèse dans lequel au moins une portion du dioxyde de carbone et une portion de l’hydrogène produit par électrolyse alimentent une unité de « Reverse Water Gas Shift » pour produire un flux de monoxyde de carbone. Dans l’exemple présenté, le débit volumique d’hydrogène requis destiné à la réaction représente plus de 6 fois le débit de CO2traité. Il en résulte un coût énergétique important pour réchauffer les flux gazeux entrants à la température de réaction.Patent application WO2022/079407 describes a process for synthesizing hydrocarbons from a synthesis gas in which at least a portion of the carbon dioxide and a portion of the hydrogen produced by electrolysis feed a reverse water-gas shift unit to produce a carbon monoxide stream. In the example shown, the volumetric flow rate of hydrogen required for the reaction is more than six times the flow rate of CO₂ processed. This results in a significant energy cost for heating the incoming gas streams to the reaction temperature.
Par ailleurs, le procédé d’électrolyse produit un excès d’oxygène par rapport aux besoins de la chaîne complète.Furthermore, the electrolysis process produces an excess of oxygen compared to the needs of the entire chain.
Un des problèmes rencontrés par l'homme du métier dans le domaine de l'invention concerne l'amélioration des rendements de production et des performances énergétiques et économiques de la chaîne de production à l'échelle industrielle tout en respectant les contraintes environnementales de plus en plus sévères.One of the problems encountered by the person skilled in the art in the field of invention concerns the improvement of production yields and the energy and economic performance of the production chain on an industrial scale while respecting increasingly severe environmental constraints.
Dans le cas de la présente invention, la demanderesse propose un nouveau procédé qui présente une intégration optimale des étapes de prétraitement, gazéification, de synthèse Fischer-Tropsch, d’électrolyse de l’eau et de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS) permettant d'atteindre des rendements de production améliorés et de meilleures performances énergétiques et économiques (efficacité énergétique, coût de production...) tout en respectant les contraintes environnementales telles que les émissions de gaz à effet de serre imposées à des seuils de plus en plus bas.In the case of the present invention, the applicant proposes a new process which presents an optimal integration of the steps of pretreatment, gasification, Fischer-Tropsch synthesis, water electrolysis and conversion of carbon dioxide to hydrogen (RWGS) making it possible to achieve improved production yields and better energy and economic performance (energy efficiency, production cost, etc.) while respecting environmental constraints such as greenhouse gas emissions imposed at increasingly lower thresholds.
En particulier, la présente invention concerne un procédé de conversion en hydrocarbures d’une charge comprenant au moins une fraction biomasse, et produisant du dioxyde de carbone pouvant être utilisé comme sous-produit, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes :In particular, the present invention relates to a process for converting a feed comprising at least a biomass fraction into hydrocarbons, and producing carbon dioxide that can be used as a by-product, said process comprising at least the following steps:
- éventuellement une étape a) de prétraitement de la charge,- possibly a step a) of pre-processing the load,
- une étape b) d’électrolyse de l’eau en oxygène et en hydrogène permettant l’obtention d’un flux de d’hydrogène, et d’un flux d’oxygène, dans laquelle l’eau est issue, au moins en partie, d’une étape e) de synthèse Fischer-Tropsch,- a step b) of electrolysis of water into oxygen and hydrogen allowing the obtaining of a flow of hydrogen, and a flow of oxygen, in which the water comes, at least in part, from a step e) of Fischer-Tropsch synthesis,
- une étape c) de gazéification de la charge éventuellement prétraitée à l’étape a), en présence de tout ou partie du flux d’oxygène issu de l’étape b) d’électrolyse de l’eau de manière à obtenir un effluent gazeux comprenant un gaz de synthèse,- a step c) of gasification of the feed possibly pre-treated in step a), in the presence of all or part of the oxygen flow from step b) of water electrolysis so as to obtain a gaseous effluent comprising a synthesis gas,
- une étape d) d’élimination des composés acides et impuretés de l’effluent gazeux comprenant un gaz de synthèse issu de l’étape c) mélangé avec un effluent gazeux issu de l’étape g) après condensation de la vapeur d’eau, de manière à obtenir un effluent gazeux comprenant un gaz de synthèse purifié et un flux de dioxyde de carbone alimentant au moins en partie une étape (g) de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS),- a step d) of removing acidic compounds and impurities from the gaseous effluent comprising a synthesis gas from step c) mixed with a gaseous effluent from step g) after condensation of water vapor, so as to obtain a gaseous effluent comprising a purified synthesis gas and a carbon dioxide stream feeding at least in part a step (g) of conversion of carbon dioxide to hydrogen (RWGS),
- une étape e) de synthèse Fischer-Tropsch de l'effluent gazeux comprenant un gaz de synthèse purifié issu de l’étape d) et éventuellement d’une partie du flux d’hydrogène issu de l’étape b) d’électrolyse de l’eau de manière à produire un flux comprenant des hydrocarbures liquides de synthèse, de l’eau et au moins un effluent gazeux,- a Fischer-Tropsch synthesis step e) of the gaseous effluent comprising a purified synthesis gas from step d) and possibly part of the hydrogen stream from step b) of water electrolysis so as to produce a stream comprising synthetic liquid hydrocarbons, water and at least one gaseous effluent,
- une étape (f) d’hydroconversion d’au moins une partie du flux comprenant des hydrocarbures liquides issus de l’étape (e) pour produire au moins une coupe biocarburant liquide et au moins un effluent gazeux- a step (f) of hydroconversion of at least a portion of the stream comprising liquid hydrocarbons from step (e) to produce at least one liquid biofuel cut and at least one gaseous effluent
- une étape (g) de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS) pour produire au moins un effluent gazeux comprenant du monoxyde de carbone CO et de la vapeur d’’eau, dans laquelle la charge entrant dans ladite étape g) comprenant au moins une partie du flux d’hydrogène issu de l’étape b) et un flux de dioxyde de carbone, présente au moins l’une des deux caractéristiques suivantes :- a carbon dioxide to hydrogen conversion step (g) to produce at least one gaseous effluent comprising carbon monoxide CO and water vapor, wherein the feed entering said step g) comprising at least a portion of the hydrogen stream from step b) and a carbon dioxide stream, has at least one of the following two characteristics:
A/ au moins une partie du flux d’hydrogène issu de l’étape b) est mélangé avec le flux de dioxyde de carbone issu de l’étape (d) et éventuellement avec un flux de dioxyde de carbone issu d’une ou plusieurs unités de combustion des effluents gazeux issus des étapes e) et/ou f) et/ou éventuellement a), et éventuellement avec un flux de dioxyde de carbone extérieur au procédé, de telle sorte que le rapport molaire entre l’hydrogène et le dioxyde de carbone H2/CO2 en entrée du réacteur de l’étape g) de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène est ajusté entre 1,8 et 3, le rapport molaire entre l’hydrogène et le monoxyde de carbone H2/CO en entrée de l’étape e) de synthèse Fischer-Tropsch est ajusté par une autre partie du flux d’hydrogène issu de l’étape b), et/ouA/ at least a portion of the hydrogen stream from step b) is mixed with the carbon dioxide stream from step (d) and possibly with a carbon dioxide stream from one or more combustion units of the gaseous effluents from steps e) and/or f) and/or possibly a), and possibly with a carbon dioxide stream external to the process, such that the molar ratio of hydrogen to carbon dioxide H2/CO2 at the inlet of the reactor in step g) of carbon dioxide to hydrogen conversion is adjusted between 1.8 and 3, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide H2/CO at the inlet of step e) of Fischer-Tropsch synthesis is adjusted by another portion of the hydrogen stream from step b), and/or
B/ Le flux de dioxyde de carbone issu de l’étape (d) est mélangé avec le flux d’hydrogène issu de l’étape b) et un flux de dioxyde de carbone issu d’une ou plusieurs unités de combustion des effluents gazeux issus des étapes e) et/ou f) et/ou éventuellement a), et éventuellement avec un flux de dioxyde de carbone extérieur au procédé, le mélange desdits flux de dioxyde de carbone et du flux d’hydrogène issu de l’étape b) alimentant l’étape (g) de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS).B/ The carbon dioxide stream from step (d) is mixed with the hydrogen stream from step b) and a carbon dioxide stream from one or more combustion units of the gaseous effluents from steps e) and/or f) and/or possibly a), and possibly with a carbon dioxide stream external to the process, the mixture of said carbon dioxide streams and the hydrogen stream from step b) feeding the carbon dioxide to hydrogen conversion step (g) (RWGS).
Lesdites étapes de prétraitement a), d’hydroconversion f) et de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène g) comprennent avantageusement une ou plusieurs unité(s) de combustion pouvant être alimentées par au moins une partie de l’oxygène issu de l’étape b) d’électrolyse de l’eau ou par un flux d’air éventuellement enrichi oxygène issu de l’étape (b).The said pretreatment steps a), hydroconversion steps f) and carbon dioxide to hydrogen conversion steps g) advantageously comprise one or more combustion unit(s) that can be supplied by at least some of the oxygen from the water electrolysis step b) or by an air stream possibly enriched with oxygen from the step (b).
La présente invention présente de nombreux avantages par rapport à l’art antérieur, notamment, l’invention proposée permet :The present invention offers numerous advantages over the prior art; in particular, the proposed invention allows:
- D’améliorer le rendement en carbone dudit procédé, notamment par la mise en œuvre de la réaction de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS) optimisé par le contrôle du ratio H2/CO2 et/ou par le recyclage des flux de dioxyde de carbone issus d’une ou plusieurs unités secondaires de combustion des effluents gazeux issus des étapes a) et/ou e) et/ou f) du procédé.- To improve the carbon yield of said process, in particular by implementing the optimized RWGS (Reaction to Gaseous Gas Conversion) by controlling the H2/CO2 ratio and/or by recycling carbon dioxide streams from one or more secondary combustion units of gaseous effluents from steps a) and/or e) and/or f) of the process.
- D’améliorer le rendement de la chaîne en hydrocarbures.- To improve the yield of the hydrocarbon chain.
- De réduire les coûts opératoires dudit procédé par l’utilisation d’oxygène produit par l’étape b) d’électrolyse pour la gazéification et éventuellement pour les unités secondaires de combustion,- To reduce the operating costs of said process by using oxygen produced by step b) of electrolysis for gasification and possibly for secondary combustion units,
- De limiter la capacité et donc l’investissement de l’unité de séparation d’air et de conversion du monoxyde de carbone à l’eau (water gas shift selon la terminologie anglo-saxonne) en fonction de la quantité d’hydrogène électrolytique apporté au système,- To limit the capacity and therefore the investment in the air separation and carbon monoxide to water conversion unit (water gas shift according to Anglo-Saxon terminology) depending on the amount of electrolytic hydrogen supplied to the system,
- De réduire la consommation énergétique nécessaire pour atteindre les conditions de température optimale pour la réaction de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (Reverse Water Gas Shift selon la terminologie anglo-saxonne) et maximiser le rendement carbone atteignable par la mise en œuvre de cette étape dans la chaîne,- To reduce the energy consumption required to reach the optimal temperature conditions for the carbon dioxide to hydrogen conversion reaction (Reverse Water Gas Shift in Anglo-Saxon terminology) and maximize the carbon yield achievable by implementing this step in the chain,
- De produire un carburant compatible avec l’objectif de réduction des émissions de dioxyde de carbone des biocarburants avancés,- To produce a fuel compatible with the objective of reducing carbon dioxide emissions from advanced biofuels,
- De réduire la quantité de charges nécessaire pour une capacité de production de biocarburant ciblée.- To reduce the amount of feedstock required for a targeted biofuel production capacity.
- Et de réduire la consommation d’eau nécessaire à l’étape b) d’électrolyse par le recyclage des effluents aqueux produits à l’une quelconque des étapes dudit procédé, incluant par exemple l’eau produite dans les unités de combustion des effluents gazeux.- And to reduce the water consumption required in step b) of electrolysis by recycling the aqueous effluents produced at any of the steps of said process, including for example the water produced in the combustion units of the gaseous effluents.
En particulier, un avantage de la présente invention est de fournir un procédé de production d’hydrocarbures de synthèse par la conversion thermochimique indirecte de biomasse lignocellulosique permettant l’obtention d’une amélioration du rendement matière et une optimisation du schéma par la mise en œuvre d’une étape g) de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène par la réaction de Reverse Water Gas Shift selon la terminologie anglo-saxonne, avec un flux d’hydrogène généré à partir d’un flux d’eau produite par électrolyse (étape b).In particular, an advantage of the present invention is to provide a process for the production of synthetic hydrocarbons by the indirect thermochemical conversion of lignocellulosic biomass allowing for an improvement in material yield and an optimization of the scheme by the implementation of a step g) of conversion of carbon dioxide to hydrogen by the Reverse Water Gas Shift reaction according to the Anglo-Saxon terminology, with a flow of hydrogen generated from a flow of water produced by electrolysis (step b).
Un autre avantage de la présente invention est de fournir un procédé permettant la valorisation du dioxyde de carbone CO2 produit dans les différentes étapes du procédé selon l’invention, dans l’étape (g) de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène par la réaction de reverse – water gas shift (RWGS). Ce bénéfice permet de limiter les émissions de CO2 et de maximiser le rendement carbone de la chaîne.Another advantage of the present invention is that it provides a method for utilizing the carbon dioxide (CO2) produced in the various stages of the process according to the invention, specifically in step (g) of carbon dioxide conversion to hydrogen via the reverse-water gas shift (RWGS) reaction. This benefit helps to limit CO2 emissions and maximize the carbon efficiency of the entire process.
Un autre avantage de la présente invention réside dans la mise en œuvre de ladite étape b) d’électrolyse de l’eau dans la chaîne de procédé selon l’invention qui présente les avantages suivants :Another advantage of the present invention lies in the implementation of said step b) of water electrolysis in the process chain according to the invention, which has the following advantages:
- Utilisation d’hydrogène décarboné (nécessité d’utiliser de l’électricité décarbonée) qui permet d’obtenir un carburant dont la réduction des émissions des gaz à effet de serre est éligible à la directive européenne Red II,- Use of decarbonized hydrogen (requiring the use of decarbonized electricity) which makes it possible to obtain a fuel whose reduction in greenhouse gas emissions is eligible under the European Red II directive,
- Ajustement du ratio molaire H2/CO en entrée de l’étape e) de synthèse Fischer Tropsch par injection d’hydrogène produit dans ladite étape b) d’électrolyse de l’eau. Cet ajustement permet de conserver le monoxyde de carbone CO dans le gaz de synthèse et augmenter le rendement matière et/ou de réduire la quantité de ressources entrantes. L’injection d’hydrogène produit dans ladite étape b) d’électrolyse de l’eau permet de supprimer tout ou en partie l’unité de conversion du monoxyde de carbone à l’eau (water gas shift selon la terminologie anglo-saxonne) présents dans le procédé de l’art antérieur et donc supprimer ce poste d’investissement,- Adjustment of the H2/CO molar ratio at the inlet of step e) of the Fischer-Tropsch synthesis by injecting hydrogen produced in said step b) of water electrolysis. This adjustment allows the carbon monoxide (CO) to be retained in the synthesis gas and increases the material yield and/or reduces the quantity of input resources. The injection of hydrogen produced in said step b) of water electrolysis makes it possible to eliminate all or part of the carbon monoxide-to-water conversion unit (water gas shift, according to Anglo-Saxon terminology) present in the prior art process and therefore eliminate this investment item.
- La génération d’oxygène dans ladite étape b) d’électrolyse de l’eau : l’oxygène produit peut être utilisé dans le procédé selon la caractéristique B et éventuellement selon la caractéristique A en remplacement de l’oxygène produit par l’unité de séparation d’air limitant ainsi l’investissement de l’unité. L’excès d’oxygène produit dans l’étape b) peut avantageusement être utilisé :
- Pour l’oxydation de l’hydrogène sulfuré H2S contenu dans les effluents de l’étape (d)
- Pour la combustion d’effluents gazeux de la chaîne de procédé
- Pour la combustion des gaz de prétraitement produits dans l’étape a).- Oxygen generation in said step b) of water electrolysis: the oxygen produced can be used in the process according to characteristic B and possibly according to characteristic A as a replacement for the oxygen produced by the air separation unit, thus limiting the investment in the unit. The excess oxygen produced in step b) can advantageously be used:
- For the oxidation of hydrogen sulfide H2S contained in the effluents of step (d)
- For the combustion of gaseous effluents from the process chain
- For the combustion of the pretreatment gases produced in step a).
Un autre avantage de l’invention réside dans l’utilisation de l’eau produite dans l’une quelconque des étapes du procédé, par recyclage dans l’étape b) d’électrolyse de l’eau, et notamment l’eau issue de l’étape e) de synthèse Fischer-Tropsch, de l’eau produite par l’étape de prétraitement a) de la biomasse humide, de l’eau issu des condensats des fumées de combustion issues des étapes (a) et/ou (f) et de l’eau produite dans l’étape g) de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS). Ceci permet de réduire la consommation d’eau du procédé et par conséquent les coûts opératoires.Another advantage of the invention lies in the use of water produced in any of the process steps, by recycling it in step b) of water electrolysis, and in particular water from step e) of Fischer-Tropsch synthesis, water produced by the pretreatment step a) of wet biomass, water from the condensates of combustion fumes from steps (a) and/or (f), and water produced in step g) of carbon dioxide-to-hydrogen conversion (RWGS). This makes it possible to reduce the process water consumption and consequently the operating costs.
La
La
La
La
La
La
Dans le sens de la présente invention, les différents modes de réalisation présentés peuvent être utilisés seul ou en combinaison les uns avec les autres, sans limitation de combinaison.In the sense of the present invention, the different embodiments presented can be used alone or in combination with each other, without limitation of combination.
Dans le sens de la présente invention, les différentes plages de paramètres pour une étape donnée telles que les plages de pression et les plages de température peuvent être utilisées seules ou en combinaison. Par exemple, dans le sens de la présente invention, une plage préférée de valeurs de pression peut être combinée avec une plage de valeurs de température plus préférée.In the context of the present invention, different parameter ranges for a given step, such as pressure ranges and temperature ranges, can be used alone or in combination. For example, in the context of the present invention, a preferred range of pressure values can be combined with a more preferred range of temperature values.
Dans la suite du texte, les expressions « compris entre … et … » et « entre …. et … » sont équivalentes et signifient que les valeurs limites de l’intervalle sont incluses dans la gamme de valeurs décrite. Si tel n’était pas le cas et que les valeurs limites n’étaient pas incluses dans la gamme décrite, une telle précision sera apportée par la présente invention.In the following text, the expressions "between … and …" and "between … and …" are equivalent and mean that the limit values of the interval are included within the described range of values. If this were not the case and the limit values were not included within the described range, this clarification will be provided by the present invention.
Dans la présente description, l’expression « supérieur à… » est entendue comme strictement supérieur, et symbolisée par le signe « > », et l’expression « inférieur à » comme strictement inférieur, et symbolisée par le signe « < ».In this description, the expression "greater than..." is understood as strictly greater, and symbolized by the sign ">", and the expression "less than" as strictly less, and symbolized by the sign "<".
La présente invention concerne un procédé de conversion d’une charge comprenant au moins une fraction biomasse en hydrocarbures renouvelables.The present invention relates to a method for converting a feed comprising at least a biomass fraction into renewable hydrocarbons.
ChargesCharges
La fraction biomasse peut comprendre tout type de biomasse, de préférence de la biomasse de type solide, et en particulier de la biomasse de type lignocellulosique. Des exemples non limitatifs de types de biomasse concernent par exemple les matières premières de l’annexe IXA de la Directive Européenne sur les énergies renouvelables (red 2), les résidus d’exploitation agricole (notamment paille, rafles de maïs), les résidus d’exploitation forestière ou papetière, les produits de l’exploitation forestière, les résidus de scieries, bois déchets, les cultures dédiées, les taillis à courte rotation ou les taillis à très courte rotation.The biomass fraction can include any type of biomass, preferably solid biomass, and in particular lignocellulosic biomass. Non-limiting examples of biomass types include, for example, raw materials from Annex IXA of the European Renewable Energy Directive (red 2), agricultural residues (in particular straw, corn cobs), forestry or paper mill residues, forestry products, sawmill residues, waste wood, dedicated crops, short-rotation coppice or very short-rotation coppice.
La charge convertie dans le procédé selon l'invention peut comprendre en outre au moins une fraction d'une autre charge, de préférence au moins une fraction de charge hydrocarbonée gazeuse, solide et/ou liquide ("co-processing" selon la terminologie anglo-saxonne). Ladite fraction de charge hydrocarbonée est entendue dans le cadre de la présente invention comme étant une fraction de charge pouvant avantageusement contenir au moins du charbon, du coke de pétrole (petcoke selon la terminologie anglo-saxonne), du gaz naturel, des résidus pétroliers, des pétroles bruts, des pétroles bruts étêtés, des huiles désasphaltées, des asphaltes de désasphaltage, des dérivés de procédés de conversion du pétrole (comme par exemple : HCO/Slurry de FCC, GO lourd/VGO de coking, résidu de viscoréduction ou procédé thermique similaires, etc. ...), des sables bitumineux ou leurs dérivés, des gaz de schistes et des schistes bitumineux ou leurs dérivés, de la biomasse liquide (comme par exemple : l'huile de colza, l'huile de palme, l'huile de pyrolyse, ...), de la biomasse en slurry selon la terminologie anglo-saxone correspondant à un mélange de biomasse liquide avec une charge hydrocarbonée solide, des déchets municipaux solides ou équivalents contenant du carbone non biogénique, des déchets solides hydrocarbonés, des déchets organiques, des polymères industriels ou des plastiques domestiques.The feed converted in the process according to the invention may further comprise at least a fraction of another feed, preferably at least a fraction of gaseous, solid and/or liquid hydrocarbon feed ("co-processing" according to Anglo-Saxon terminology). The hydrocarbon feed fraction is understood within the scope of the present invention to be a feed fraction advantageously containing at least coal, petroleum coke (petcoke in Anglo-Saxon terminology), natural gas, petroleum residues, crude oils, topped-off crude oils, deasphalted oils, deasphalting asphalts, petroleum conversion process derivatives (such as, for example: FCC HCO/Slurry, coking heavy GO/VGO, visbreaking residue or similar thermal process residues, etc.), oil sands or their derivatives, shale gas and oil shale or their derivatives, liquid biomass (such as, for example: rapeseed oil, palm oil, pyrolysis oil, etc.), biomass slurry in Anglo-Saxon terminology corresponding to a mixture of liquid biomass with a solid hydrocarbon feed, solid municipal waste, or equivalents containing non-biogenic carbon, hydrocarbon solid waste, organic waste, industrial polymers or household plastics.
Selon le procédé de l'invention, ladite fraction de charge hydrocarbonée peut être une fraction de charge hydrocarbonée gazeuse, solide, liquide ou leur mélange.According to the process of the invention, said hydrocarbon filler fraction can be a gaseous, solid, liquid hydrocarbon filler fraction or a mixture thereof.
La charge du procédé selon l'invention peut donc être une charge comprenant au moins une fraction biomasse solide, et éventuellement au moins une fraction d'une autre charge gazeuse, solide ou liquide seul ou en mélange.The feed of the process according to the invention can therefore be a feed comprising at least a solid biomass fraction, and optionally at least a fraction of another gaseous, solid or liquid feed alone or in mixture.
De manière générale, la charge utilisée dans le procédé de l'invention comprend au moins 10% et de préférence au moins 20%, de préférence au moins 50%, de manière préférée au moins 70%, et de manière plus préférée au moins 90% de fraction biomasse.In general, the feed used in the process of the invention comprises at least 10% and preferably at least 20%, preferably at least 50%, preferably at least 70%, and more preferably at least 90% biomass fraction.
Les différentes étapes du procédé selon l'invention sont décrites ci-dessous.The different stages of the process according to the invention are described below.
Etape a) optionnelleStep a) optional
Le procédé peut avantageusement comprendre une étape a) de prétraitement de la charge.The process may advantageously include a step a) of pretreatment of the feed.
L’étape a) de prétraitement de la charge permet la production d’une charge comprenant de la biomasse prétraitée et d’au moins un effluent gazeux.Step a) of pretreatment of the feed enables the production of a feed comprising pretreated biomass and at least one gaseous effluent.
De préférence, l’étape de prétraitement comprend au moins une des opérations de séchage a1), de torréfaction a2), de combustion de gaz a3) ou de broyage a4) décrites ci-après. De manière préférée, l’étape a) de prétraitement comprend une opération de séchage a1), une opération de torréfaction a2), de combustion de gaz a3) et une opération de broyage a4). Dans ce cas, l’étape a) de prétraitement de la charge permet la production d’une charge comprenant de la biomasse torréfiée et d’au moins un effluent gazeux.Preferably, the pretreatment step includes at least one of the following operations: drying (a1), roasting (a2), gas combustion (a3), or grinding (a4). Preferably, pretreatment step a) includes a drying operation (a1), a roasting operation (a2), a gas combustion operation (a3), and a grinding operation (a4). In this case, pretreatment step a) of the feed enables the production of a feed comprising roasted biomass and at least one gaseous effluent.
Dans un mode de réalisation où la charge mise en œuvre est déjà sèche, l’étape de prétraitement comprend une opération de torréfaction a2), de combustion de gaz a3) et une opération de broyage a4).In an embodiment where the load used is already dry, the pretreatment step includes a roasting operation a2), gas combustion a3) and a grinding operation a4).
Lorsque la fraction de charge hydrocarbonée est une fraction de charge hydrocarbonée gazeuse ou liquide, celle-ci est avantageusement introduite directement à l'étape c) de gazéification sans être soumise à l'étape a) de prétraitement.When the hydrocarbon feed fraction is a gaseous or liquid hydrocarbon feed fraction, it is advantageously introduced directly to step c) of gasification without being subjected to step a) of pretreatment.
a1) Opération de séchagea1) Drying operation
L'étape a) de prétraitement de la charge peut avantageusement comprendre une opération de séchage a1) de la charge réalisée avantageusement à une température comprise entre 20 et 180°C, de préférence entre 60 et 160°C et préférentiellement entre 100 et 140°C pendant une durée comprise entre 5 et 180 minutes et préférentiellement entre 15 et 60 minutes. A l'entrée de l'opération de séchage a1), la charge comprend généralement une teneur en eau comprise entre 15 et 80 % masse. La teneur en eau résiduelle dans la charge à l'issu de l'opération de séchage est avantageusement inférieure à 25% masse, de préférence inférieure à 15 % masse et de manière plus préférée inférieure à 10 % masse. L'opération de séchage peut être réalisée par tout moyen connu de l'homme du métier.The pretreatment step (a) of the feed may advantageously include a drying operation (a1) of the feed, advantageously carried out at a temperature between 20 and 180°C, preferably between 60 and 160°C, and preferably between 100 and 140°C, for a duration of between 5 and 180 minutes, and preferably between 15 and 60 minutes. At the start of the drying operation (a1), the feed generally has a moisture content of between 15 and 80% by mass. The residual moisture content in the feed at the end of the drying operation is advantageously less than 25% by mass, preferably less than 15% by mass, and more preferably less than 10% by mass. The drying operation may be carried out by any means known to those skilled in the art.
L’énergie nécessaire au séchage est généralement apportée par la mise en contact de la charge avec un flux de gaz chaud.The energy required for drying is generally supplied by bringing the load into contact with a flow of hot gas.
a2) Opération de traitement thermiquea2) Heat treatment operation
L'étape a) de prétraitement de la charge peut comprendre une opération de traitement thermique a2), de préférence de la charge séchée issue de l’opération de séchage a1).Step a) of pretreatment of the charge may include a heat treatment operation a2), preferably of the dried charge resulting from the drying operation a1).
L’étape a2) de traitement thermique permet la production d’un effluent solide et d’un effluent gazeux appelé gaz de prétraitement.Step a2) of thermal treatment allows the production of a solid effluent and a gaseous effluent called pretreatment gas.
De manière avantageuse, l’opération de traitement thermique peut être une opération de torréfaction.Advantageously, the heat treatment operation can be a roasting operation.
L’opération de torréfaction a2) peut être réalisée dans un four de torréfaction qui produit un effluent de charge biomasse torréfiée solide, plus friable, et par conséquent nécessitant moins d'énergie pour être finement broyée de manière à obtenir un effluent torréfié. L'opération de torréfaction est avantageusement réalisée à une température comprise entre 220 et 350°C, de préférence entre 250 et 320°C et plus préférentiellement entre 270 et 300°C pendant une durée comprise entre 5 et 180 minutes, et préférentiellement entre 15 et 60 minutes, à une pression opératoire absolue comprise préférentiellement entre 0,01 et 1,5 MPa, de manière préférée entre 0,01 et 1,0 MPa et de manière plus préférée entre 0,05 et 0,15 MPa. L'opération de torréfaction est réalisée dans un environnement dont la teneur en oxygène est avantageusement inférieure à 10 % volume, de préférence inférieure à 8 % volume et préférentiellement inférieure à 3 % volume.The roasting operation a2) can be carried out in a roasting oven that produces a solid, more friable, roasted biomass feedstock effluent, and consequently requires less energy to be finely ground to obtain a roasted effluent. The roasting operation is advantageously carried out at a temperature between 220 and 350°C, preferably between 250 and 320°C and more preferably between 270 and 300°C for a duration between 5 and 180 minutes, and preferably between 15 and 60 minutes, at an absolute operating pressure preferably between 0.01 and 1.5 MPa, preferably between 0.01 and 1.0 MPa and more preferably between 0.05 and 0.15 MPa. The roasting operation is carried out in an environment where the oxygen content is advantageously less than 10% by volume, preferably less than 8% by volume and preferably less than 3% by volume.
L'opération de traitement thermique présente l'avantage de diminuer le coût énergétique de l'opération a3) de broyage et s'accompagne d'une perte de matière sèche comprise entre 5 et 40% masse, de préférence entre 10 et 35% masse. Cependant, cette perte de matière sèche s'accompagne d'une perte de pouvoir calorifique beaucoup plus limitée de l'ordre de 5 à 20 %. A ce titre, l’opération de traitement thermique permet d’augmenter le contenu énergétique volumique de la biomasse, c'est-à-dire son énergie par unité de volume.The heat treatment process has the advantage of reducing the energy cost of operation a3) grinding and results in a dry matter loss of between 5 and 40% by mass, preferably between 10 and 35% by mass. However, this dry matter loss is accompanied by a much smaller loss of calorific value, on the order of 5 to 20%. Therefore, the heat treatment process increases the volumetric energy content of the biomass, that is, its energy per unit volume.
L’énergie nécessaire pour l’opération a2) de traitement thermique est apportée par la combustion du gaz de prétraitement, éventuellement complétée par la combustion de gaz auxiliaire, pouvant être du gaz naturel ou de manière préférée une partie ou la totalité des effluents gazeux issus de l’étape e) et/ou f).The energy required for operation a2) of thermal treatment is supplied by the combustion of the pretreatment gas, possibly supplemented by the combustion of auxiliary gas, which may be natural gas or preferably part or all of the gaseous effluents from step e) and/or f).
a3) Section de combustion de gaza3) Gas combustion section
Ladite étape de prétraitement a) comprend avantageusement une ou plusieurs unité(s) de combustion de gaz et de préférence des gaz de prétraitement, produit dans ladite étape a) et de préférence dans l’opération de traitement thermique a2) dans lesquelles lesdits gaz sont brulés dans une étape de combustion pour produire des fumées de combustion contenant du dioxyde de carbone. Ces fumées de combustion peuvent avantageusement être utilisées comme flux de gaz chauds pour apporter l’énergie nécessaire à l’opération de séchage a1) et à l’opération de traitement thermique a2). Dans le cas où l’énergie apportée par la combustion des gaz de prétraitement n’est pas suffisante pour les besoins thermiques de l’étape a), ladite étape de combustion peut avantageusement être complétée par la mise en œuvre dans ladite étape a) d’une étape de combustion de gaz auxiliaire, pouvant être du gaz naturel et/ou une partie ou la totalité des effluents gazeux issus de l’étape e) et/ou f). L’excès d’énergie contenu dans les fumées de combustion peut être utilisé pour produire de la vapeur d’eau à différents niveaux de pression selon les besoins des diverses étapes du procédé.The pretreatment step a) advantageously comprises one or more gas combustion units, preferably for pretreatment gases produced in said step a) and preferably in the thermal treatment operation a2), in which said gases are burned in a combustion step to produce combustion fumes containing carbon dioxide. These combustion fumes can advantageously be used as a hot gas stream to provide the energy required for the drying operation a1) and the thermal treatment operation a2). In the event that the energy supplied by the combustion of the pretreatment gases is insufficient for the thermal requirements of step a), said combustion step can advantageously be supplemented by the implementation in said step a) of an auxiliary gas combustion step, which may be natural gas and/or some or all of the gaseous effluents from steps e) and/or f). The excess energy contained in the combustion fumes can be used to produce steam at different pressure levels depending on the needs of the various stages of the process.
Dans le cas où une étape de combustion de gaz auxiliaire est également mise en œuvre dans ladite étape a), les étapes de combustion du gaz de prétraitement d’une part et des gaz auxiliaires d’autre part peuvent être réalisées dans une unité de combustion commune ou dans deux unités de combustion distinctes, chacune des unités pouvant être alimentée soit avec de l’air, soit avec une partie du flux d’oxygène issu de l’étape b) soit par un mélange d’air et d’oxygène issu de l’étape b) en toutes proportions.In the case where an auxiliary gas combustion step is also implemented in said step a), the combustion steps of the pretreatment gas on the one hand and of the auxiliary gases on the other hand may be carried out in a common combustion unit or in two separate combustion units, each of the units being able to be supplied either with air, or with part of the oxygen flow from step b) or by a mixture of air and oxygen from step b) in any proportions.
Selon une mise en œuvre préférée de l’invention, la ou les unités de combustion de ladite étape de prétraitement a) peuvent être alimentées par au moins une partie de l’oxygène issu de l’étape b) d’électrolyse de l’eau.According to a preferred embodiment of the invention, the combustion unit(s) of said pretreatment step a) can be supplied with at least some of the oxygen from the water electrolysis step b).
Dans un autre mode de réalisation, la ou les unités de combustion de ladite étape de prétraitement a) peuvent être alimentées par un flux d’air éventuellement enrichi en oxygène issu de l’étape (b).In another embodiment, the combustion unit(s) of said pretreatment step a) may be supplied by an airflow optionally enriched in oxygen from step (b).
Dans ces deux derniers modes de réalisation, la ou les unités de combustion comprend avantageusement une étape de refroidissement des fumées de combustion permettant de séparer le dioxyde de carbone de la vapeur d’eau par condensation. Dans le cas d’une combustion utilisant de l’air, la section de combustion est éventuellement complétée d’un procédé de séparation du dioxyde de carbone de l’azote contenus dans lesdites fumées, cette dernière étant réalisée par la mise en œuvre de solvants chimiques ou physiques ou un mélange de solvants chimiques et physiques ou encore tout autre moyen connu par l'homme du métier.In these last two embodiments, the combustion unit(s) advantageously include a flue gas cooling stage that separates carbon dioxide from water vapor by condensation. In the case of combustion using air, the combustion section may be supplemented by a process for separating carbon dioxide from nitrogen contained in said flue gases, this separation being carried out by the use of chemical or physical solvents, a mixture of chemical and physical solvents, or any other means known to those skilled in the art.
Selon une mise en œuvre préférée de la caractéristique B de l’invention, le flux de dioxyde de carbone produit par la ou les unités de combustion de ladite étape de prétraitement a) alimente la charge de l’étape (g), en mélange avec le flux de dioxyde de carbone issu de l’étape (d) et le flux d’hydrogène issu de l’étape b).According to a preferred embodiment of feature B of the invention, the carbon dioxide stream produced by the combustion unit(s) of said pretreatment step a) feeds the feed of step (g), mixed with the carbon dioxide stream from step (d) and the hydrogen stream from step b).
Dans un mode de réalisation préféré, le flux de dioxyde de carbone produit par la combustion des gaz de prétraitement issu de l’étape a) alimente la charge de l’étape (g), en mélange avec le flux de dioxyde de carbone issu de l’étape (d) et le flux d’hydrogène issu de l’étape b).In a preferred embodiment, the carbon dioxide stream produced by the combustion of the pretreatment gas from step a) feeds the feed of step (g), mixed with the carbon dioxide stream from step (d) and the hydrogen stream from step b).
De façon plus générale, tout ou partie du flux de dioxyde de carbone produit par la ou les unités de combustion de l’étape de prétraitement peut être utilisée comme sous-produit du procédé pouvant alimenter un réseau de transport, une unité de stockage ou toute installation de valorisation du dioxyde de carbone externe au procédé.More generally, all or part of the carbon dioxide stream produced by the combustion unit(s) of the pretreatment stage can be used as a by-product of the process to supply a transport network, a storage unit or any carbon dioxide recovery facility external to the process.
Avantageusement, l’eau formée dans la ou les unités de combustion de l’étape a) de prétraitement de la biomasse humide est en partie ou en totalité envoyée à l’étape b) d’électrolyse. Le recycle de l’eau formée à l’étape a) vers l’étape b) permet de réduire les coûts opératoires du procédé selon l’invention.Advantageously, the water formed in the combustion unit(s) of step a) of wet biomass pretreatment is partially or totally sent to step b) of electrolysis. Recycling the water formed in step a) to step b) reduces the operating costs of the process according to the invention.
Dans un mode de réalisation, l’eau formée lors de l’étape a) de prétraitement subit avantageusement une étape de traitement avant son recyclage dans l’étape b) d’électrolyse de l’eau de manière à obtenir les spécifications requises de l’étape b). L’étape de traitement peut avantageusement consister à enlever les composés oxygénés de l’eau formée lors de l’étape a).In one embodiment, the water formed during pretreatment step a) advantageously undergoes a treatment step before being recycled in water electrolysis step b) so as to obtain the required specifications of step b). The treatment step may advantageously consist of removing oxygenated compounds from the water formed during step a).
De façon plus générale, l’eau produite dans l’une quelconque des étapes du procédé, et de préférence l’eau produite dans la ou les unités de combustion de l’étape a) de prétraitement de la biomasse humide et/ou de l’étape d’hydroconversion f), de préférence par condensation des fumées de combustion issues desdites unités de combustion, l’eau produite dans l’étape e) de synthèse Fischer-Tropsch, et de l’eau produite dans l’étape g) de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS), est recyclée par dans l’étape b) d’électrolyse de l’eau.More generally, the water produced in any of the process steps, and preferably the water produced in the combustion unit(s) of step a) pretreatment of wet biomass and/or of the hydroconversion step f), preferably by condensation of the combustion fumes from said combustion units, the water produced in step e) of Fischer-Tropsch synthesis, and the water produced in step g) of conversion of carbon dioxide to hydrogen (RWGS), is recycled in step b) of water electrolysis.
a4) Opération de broyagea4) Grinding operation
L'étape a) de prétraitement de la charge peut également avantageusement comprendre une opération de broyage a4), de préférence de l’effluent torréfié issu de l’opération a2).Step a) of pretreatment of the feedstock may also advantageously include a grinding operation a4), preferably of the roasted effluent from operation a2).
L’opération de broyage a4) peut être réalisée dans des conditions permettant une réduction de la charge et de préférence de l’effluent torréfié issu de l’opération a2) en particules de taille convenant au traitement dans une unité de gazéification en flux entraîné (étape c). A l'issue de l'opération de broyage a4), 90 % des particules de charge présentent de préférence un diamètre équivalent inférieur à 300 microns et 90 % des particules de charge présentent de préférence un diamètre équivalent supérieur à 1 micron; de manière préférée 90 % des particules de charge présentent un diamètre équivalent inférieur à 200 microns et 90 % des particules de charge présentent un diamètre équivalent supérieur à 5 microns; et de manière plus préférée 90 % des particules de charge présentent un diamètre équivalent inférieur à 100 microns et 90 % des particules de charge présentent un diamètre équivalent supérieur à 10 microns. Le diamètre équivalent noté « de » est défini par exemple selon la relation suivante :The grinding operation a4) can be carried out under conditions that allow for a reduction of the feedstock and preferably of the roasted effluent from operation a2) into particles of a size suitable for treatment in a flow-entrained gasification unit (step c). At the end of the grinding operation a4), 90% of the feedstock particles preferably have an equivalent diameter of less than 300 microns and 90% of the feedstock particles preferably have an equivalent diameter greater than 1 micron; preferably, 90% of the feedstock particles have an equivalent diameter of less than 200 microns and 90% of the feedstock particles have an equivalent diameter greater than 5 microns; and most preferably, 90% of the feedstock particles have an equivalent diameter of less than 100 microns and 90% of the feedstock particles have an equivalent diameter greater than 10 microns. The equivalent diameter, denoted "of", is defined, for example, according to the following relationship:
de=V/Sde=V/S
avec V le volume de la particule,with V being the volume of the particle,
S la surface de la sphère de même volume que la particule.S is the surface of the sphere with the same volume as the particle.
Dans un mode de réalisation particulier, l’opération de broyage a4) peut être réalisée en présence d’une seconde charge fossile ou de biomasse de manière à être broyée simultanément dans un unique et même broyeur. Lorsque ladite seconde charge est fossile alors elle peut être choisie parmi les hydrocarbures fossiles solides tels que du charbon, du coke de pétrole (petcoke selon la terminologie anglo-saxonne). Lorsque ladite seconde charge est de la biomasse alors elle peut être choisie parmi les charges biomasses tel que défini précédemment. Un avantage de réaliser le broyage en présence d’une seconde charge est de permettre de réaliser le broyage et le séchage efficace de ladite seconde charge.In a particular embodiment, the grinding operation a4) can be carried out in the presence of a second fossil feed or biomass so that it is ground simultaneously in a single mill. When this second feed is fossil, it can be chosen from solid fossil hydrocarbons such as coal or petroleum coke (petcoke). When this second feed is biomass, it can be chosen from the biomass feeds as defined previously. One advantage of carrying out the grinding in the presence of a second feed is that it allows for the efficient grinding and drying of said second feed.
De préférence, l’opération a4) de broyage peut être mise en œuvre en présence d’un composé additionnel utile pour l’étape ultérieure de gazéification, ledit composé est choisi parmi des cendres vitrifiées, du sable, du calcaire, de la chaux ou d’autres composés connus de l’Homme du métier pris seul ou en mélange.Preferably, operation a4) of grinding can be carried out in the presence of an additional compound useful for the subsequent gasification step, said compound being chosen from vitrified ashes, sand, limestone, lime or other compounds known to the person skilled in the art taken alone or in mixture.
De préférence, le broyeur est choisi de manière à optimiser le transport pneumatique de la poudre obtenue à l’issue de l’opération a4), en minimisant la vitesse minimale de fluidisation (UMF), ainsi que sa propre consommation énergétique.Preferably, the mill is chosen so as to optimize the pneumatic transport of the powder obtained at the end of operation a4), minimizing the minimum fluidization velocity (UMF), as well as its own energy consumption.
De préférence, ladite l’opération a4) de co-broyage est mise en œuvre dans un broyeur de type « roller mill », « universel », « attrition », ou tout autre type de broyeurs connus de l’homme du métierPreferably, operation a4) of co-crushing is carried out in a roller mill, universal mill, attrition mill, or any other type of mill known to those skilled in the art.
Etape b) d’électrolyseStep b) of electrolysis
Conformément à l’invention, le procédé selon l’invention comprend une étape b) d’électrolyse d’eau en oxygène et en hydrogène permettant l’obtention d’un flux d’hydrogène, et d’un flux d’oxygène, dans laquelle l’eau est issue, au moins en partie ou en totalité, d’une étape e) de synthèse Fischer-Tropsch.According to the invention, the process according to the invention comprises a step b) of electrolysis of water into oxygen and hydrogen allowing the obtaining of a flow of hydrogen, and a flow of oxygen, in which the water is obtained, at least in part or in whole, from a step e) of Fischer-Tropsch synthesis.
Selon une mise en œuvre de l’invention, l’eau est issue, au moins d’une ou plusieurs étapes du procédé produisant de l’eau et est recyclée pour alimenter ladite étape b). Selon l’invention, l’eau est avantageusement issue au moins en partie, de l’étape e) de synthèse Fischer-Tropsch, et peut également avantageusement être issue de l’étape g) de conversion du CO2à l’hydrogène et/ou éventuellement des condensats des différentes fumées de combustion issues des étape a) et/ou étape f) et/ou de l’effluent gazeux issu de l’étape a) de prétraitement de la biomasse et de préférence de l’opération a1) de séchage.According to one embodiment of the invention, the water is obtained from at least one or more steps of the process producing water and is recycled to supply said step b). According to the invention, the water is advantageously obtained at least in part from step e) of Fischer-Tropsch synthesis, and can also advantageously be obtained from step g) of conversion of CO 2 to hydrogen and/or possibly from the condensates of the various combustion fumes from steps a) and/or f) and/or from the gaseous effluent from step a) of pretreatment of biomass and preferably from operation a1) of drying.
Selon l’invention, le flux d’oxygène obtenu à l’issu de l’étape b) est envoyé en partie ou en totalité à l’étape c) de gazéification.According to the invention, the oxygen flow obtained at the end of step b) is sent in part or in whole to step c) of gasification.
Selon une mise en œuvre préférée de l’invention, le flux d’oxygène obtenu à l’issu de l’étape b) est également envoyé au moins en partie à une ou plusieurs unités de combustion d’effluents gazeux comprises dans les étapes (a) et/ou (f) du procédé.According to a preferred embodiment of the invention, the oxygen flow obtained at the end of step b) is also sent at least in part to one or more gaseous effluent combustion units included in steps (a) and/or (f) of the process.
Avantageusement, l’oxygène produit par l’électrolyse de l’eau présente une pureté d’au moins 98,5% poids (sur base sèche). Les impuretés pouvant être présentes dans l’oxygène produit sont l’eau et/ou l’hydrogène.Advantageously, the oxygen produced by the electrolysis of water has a purity of at least 98.5% by weight (on a dry basis). The impurities that may be present in the oxygen produced are water and/or hydrogen.
Selon l’invention, tout ou partie du flux d’hydrogène obtenu à l’issu de l’étape b) d’électrolyse est envoyé à l’étape g) de conversion du CO2à l’hydrogène.According to the invention, all or part of the hydrogen stream obtained at the end of step b) of electrolysis is sent to step g) of conversion of CO2 to hydrogen.
Selon une mise en œuvre de l’invention, une partie du flux d’hydrogène obtenu à l’issu de l’étape b) d’électrolyse est envoyé à l’étape e) de synthèse Fischer-Tropsch.According to one embodiment of the invention, part of the hydrogen flow obtained at the end of step b) of electrolysis is sent to step e) of Fischer-Tropsch synthesis.
Une autre partie du flux d’hydrogène obtenu par électrolyse peut avantageusement être envoyée à l’étape f) d’hydroconversion du flux comprenant des hydrocarbures liquides issus de l’étape de synthèse Fischer-Tropsch (e).Another part of the hydrogen stream obtained by electrolysis can advantageously be sent to step f) of hydroconversion of the stream comprising liquid hydrocarbons from the Fischer-Tropsch synthesis step (e).
Avantageusement, le flux d’hydrogène obtenu à l’issu de l’étape b) d’électrolyse envoyé à l’étape e) de synthèse Fischer-Tropsch présente une pureté d’au moins 99,8% poids (sur base sèche). De préférence, l’hydrogène envoyé à l’étape e) contient moins de 100 ppm d’oxygène et/ou d’eau, de préférence moins de 60 ppm, de préférence moins de 40 ppm, de préférence moins de 30 ppm et de manière préférée moins de 15 ppm.Advantageously, the hydrogen stream obtained from step b) of electrolysis and sent to step e) of Fischer-Tropsch synthesis has a purity of at least 99.8% by weight (on a dry basis). Preferably, the hydrogen sent to step e) contains less than 100 ppm of oxygen and/or water, preferably less than 60 ppm, preferably less than 40 ppm, preferably less than 30 ppm, and preferably less than 15 ppm.
Selon la caractéristique A de l’invention, le rapport molaire entre l’hydrogène et le monoxyde de carbone H2/CO en entrée de l’étape e) de synthèse Fischer-Tropsch est ajusté par une autre partie du flux d’hydrogène issu de l’étape b).According to feature A of the invention, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide H2/CO at the input of step e) of Fischer-Tropsch synthesis is adjusted by another part of the hydrogen flow from step b).
Avantageusement, le rapport molaire entre l'hydrogène et le monoxyde de carbone, noté H2/CO de l’effluent introduit à l’étape e) de synthèse Fischer-Tropsch est compris entre 0,5 et 4, de préférence entre 1 et 3, de manière plus préférée entre 1,5 et 2,5 et de manière très préférée égale à 2,1, l’hydrogène provenant avantageusement en partie ou de l’étape d) d’élimination des composés acides et impuretés de l’effluent du gaz de synthèse et en partie ou de l’étape b) d’électrolyse de l’eau.Advantageously, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide, denoted H2/CO, of the effluent introduced in step e) of Fischer-Tropsch synthesis is between 0.5 and 4, preferably between 1 and 3, more preferably between 1.5 and 2.5 and most preferably equal to 2.1, the hydrogen advantageously coming partly from step d) of removal of acidic compounds and impurities from the synthesis gas effluent and partly from step b) of water electrolysis.
Selon la caractéristique B de l’invention, le rapport molaire entre l'hydrogène et le monoxyde de carbone, noté H2/CO de l’effluent introduit à l’étape e) de synthèse Fischer-Tropsch est avantageusement compris entre 0,5 et 4, de préférence entre 1 et 3, de manière plus préférée entre 1,5 et 2,5 et de manière très préférée égale à 2, l’hydrogène provenant avantageusement en partie ou en totalité de l’étape d) d’élimination des composés acides et impuretés de l’effluent du gaz de synthèse et/ou en partie ou en totalité de l’étape b) d’électrolyse de l’eau.According to characteristic B of the invention, the molar ratio between hydrogen and carbon monoxide, denoted H2/CO of the effluent introduced in step e) of Fischer-Tropsch synthesis is advantageously between 0.5 and 4, preferably between 1 and 3, more preferably between 1.5 and 2.5 and most preferably equal to 2, the hydrogen advantageously coming in part or in whole from step d) of removal of acidic compounds and impurities from the synthesis gas effluent and/or in part or in whole from step b) of electrolysis of water.
L’étape b) d’électrolyse de l’eau peut être mise en œuvre par tout moyen connu de l'homme du métier, par exemple par électrolyse alcaline, par membrane échangeuse de protons, par membrane échangeuse d’anion, ou par électrolyse à oxyde solide.Step b) of water electrolysis can be carried out by any means known to those skilled in the art, for example by alkaline electrolysis, by proton exchange membrane, by anion exchange membrane, or by solid oxide electrolysis.
Un avantage de l’étape b) d’électrolyse de l’eau est de produire un hydrogène décarboné permettant d’obtenir un carburant dont la réduction des émissions des gaz à effet de serre est éligible à la directive européenne Red III.One advantage of step b) of water electrolysis is to produce decarbonized hydrogen which can be used to obtain a fuel whose reduction in greenhouse gas emissions is eligible under the European Red III directive.
Un autre avantage lié au recycle de l’eau issu de l’étape a) de prétraitement et/ou de l’étape e) de synthèse Fischer-Tropsch et/ou de l’étape g) de conversion du CO2à l’hydrogène et/ou des fumées de combustion de l’étape f), à l’étape b) d’électrolyse, est de réduire la consommation d’eau du procédé et par conséquent les coûts opératoires.Another advantage of recycling water from pretreatment step a) and/or Fischer-Tropsch synthesis step e) and/or CO2 to hydrogen conversion step g) and/or combustion fumes from step f) to electrolysis step b) is to reduce process water consumption and consequently operating costs.
Un autre avantage lié à l’étape b) d’électrolyse est que tout ou partie du flux d’oxygène produit est utilisé dans le procédé à l’étape c) de gazéification ce qui permet de limiter et même de s’affranchir de l’utilisation d’une unité de séparation de l’air limitant l’investissement et les coûts opératoires du procédé. De plus l’excès d’oxygène peut être avantageusement utilisé pour le traitement des gaz de queue SRU/TGTU (pour Sulfur Recovery Unit/Tail Gas Treating Unit selon la terminologie anglaise) et/ou pour la combustion de gaz combustible de l’unité et de gaz résiduel et/ou pour la combustion des gaz de prétraitement.Another advantage of step b) electrolysis is that all or part of the oxygen produced is used in the process in step c) gasification. This reduces, or even eliminates, the need for an air separation unit, thus limiting investment and operating costs. Furthermore, excess oxygen can be advantageously used for treating SRU/TGTU tail gases (Sulfur Recovery Unit/Tail Gas Treating Unit) and/or for burning fuel gas from the unit and residual gas, and/or for burning pretreatment gases.
Étape c) de gazéificationStep c) of gasification
Le procédé selon l’invention comprend une étape c) de gazéification de la charge, éventuellement prétraitée à l’étape a), en présence de tout ou partie du flux d’oxygène issu de l’étape b) d’électrolyse de l’eau de manière à obtenir un effluent gazeux comprenant un gaz de synthèse.The process according to the invention includes a step c) of gasification of the feed, optionally pre-treated in step a), in the presence of all or part of the oxygen stream from step b) of water electrolysis so as to obtain a gaseous effluent comprising a synthesis gas.
L'étape de gazéification met en œuvre une réaction d'oxydation partielle qui convertit la charge en un gaz de synthèse comprenant majoritairement du monoxyde de carbone et de l'hydrogène. L'étape de gazéification s'opère avantageusement en présence d'une quantité maitrisée d'un flux d’oxygène issu en tout ou partie de l’étape b) d’électrolyse sous la forme d'un flux d’oxygène ayant une pureté d’au moins 98,5% poids (sur base sèche). L’utilisation dudit flux d’oxygène permet de limiter la quantité de composés inertes, tels que l’azote en cas d’utilisation d’air comme source d’oxygène ce qui permet de limiter l’accumulation des inertes et donc les problèmes liés aux pertes de charge ou de vitesse et ainsi de diminuer la taille des équipements mis en œuvre permettant de limiter encore l’investissement et les coûts opératoires du procédé.The gasification step involves a partial oxidation reaction that converts the feedstock into a synthesis gas composed primarily of carbon monoxide and hydrogen. This gasification step is advantageously carried out in the presence of a controlled quantity of oxygen, which is obtained in whole or in part from step b) of electrolysis, in the form of an oxygen stream with a purity of at least 98.5% by weight (on a dry basis). Using this oxygen stream limits the amount of inert compounds, such as nitrogen, when air is used as the oxygen source. This reduces the accumulation of inerts and therefore the problems associated with pressure or velocity losses, thus decreasing the size of the equipment required and further reducing the investment and operating costs of the process.
Avantageusement, l’effluent gazeux correspondant au gaz de synthèse issu de l'étape c) de gazéification est composé majoritairement d’eau (H2O), de monoxyde de carbone (CO), d'hydrogène (H2), et de dioxyde de carbone (CO2), et peut comprendre des impuretés provenant initialement de la fraction biomasse et/ou de la fraction d'une autre charge, notamment de charge hydrocarbonée.Advantageously, the gaseous effluent corresponding to the synthesis gas from step c) of gasification is composed mainly of water (H2O), carbon monoxide (CO), hydrogen (H2), and carbon dioxide (CO2), and may include impurities initially from the biomass fraction and/or the fraction of another feed, in particular hydrocarbon feed.
Selon l’invention, le flux d’oxygène mis en œuvre à l’étape de gazéification est issu en tout ou partie de l’étape b) d’électrolyse de l’eau.According to the invention, the oxygen flow implemented in the gasification step is derived in whole or in part from step b) of water electrolysis.
Avantageusement, un flux d’oxygène provenant d’une étape de séparation de l’air peut également être utilisé dans l’étape c) de gazéification, en plus du flux d’oxygène issu de l’étape b) d’électrolyse de l’eau.Advantageously, an oxygen stream from an air separation step can also be used in step c) of gasification, in addition to the oxygen stream from step b) of water electrolysis.
Dans un mode de réalisation particulier, la totalité du flux d’oxygène introduit dans l’étape de gazéification c) est issu de l’étape b) d’électrolyse de l’eau.In one particular embodiment, the entire oxygen flow introduced in the gasification step c) comes from the water electrolysis step b).
L'étape c) de gazéification de la charge est réalisée dans un gazéifieur de type lit fixe, ou lit fluidisé ou de façon préférée dans un gazéifieur à flux entrainé à paroi refroidie à haute température, c'est-à-dire à une température comprise entre 800 et 1800°C, de préférence entre 1000 et 1600°C et plus préférentiellement entre 1200 et 1500°C et à une pression absolue avantageusement comprise entre 2 et 12 MPa, de préférence entre 2,5 et 6,0 MPa, et plus préférentiellement entre 3,0 et 5,0 MPa. La haute température permet d'obtenir un taux de conversion du carbone élevé et donc de réduire la quantité de carbone non converti dans les cendres produites et ainsi de faciliter leur élimination ou valorisation en réduisant la nécessité de recyclage vers le gazéifieur.Step c) of feed gasification is carried out in a fixed-bed gasifier, a fluidized-bed gasifier, or preferably in a high-temperature, cooled-wall, driven-flow gasifier, i.e., at a temperature between 800 and 1800°C, preferably between 1000 and 1600°C, and more preferably between 1200 and 1500°C, and at an absolute pressure advantageously between 2 and 12 MPa, preferably between 2.5 and 6.0 MPa, and more preferably between 3.0 and 5.0 MPa. The high temperature allows for a high carbon conversion rate and therefore reduces the amount of unconverted carbon in the ash produced, thus facilitating its disposal or recovery by reducing the need for recycling to the gasifier.
Le gazéifieur à flux entraîné est de façon préférée un gazéifieur connu par l'homme du métier sous l'appellation gazéifieur à flux entraîné à paroi refroidie. La paroi refroidie délimite la chambre de gazéification située elle-même dans le gazéifieur. L'eau utilisée pour le refroidissement de la paroi de la chambre de gazéification circule dans un serpentin placé à l'extérieur de la paroi de la chambre de gazéification. L'eau est partiellement vaporisée générant ainsi un flux de vapeur moyenne pression. Ce refroidissement des parois permet la formation d'une couche de cendres protectrices sur la paroi interne de la chambre de gazéification. En effet, les charges introduites dans le gazéifieur contiennent des composés inorganiques, qui forment des cendres après gazéification. A la température de gazéification, ces cendres liquides, sous forme de gouttelette, se solidifient lorsqu'elles rencontrent la paroi refroidie et forment une couche solide jouant le rôle d'isolant. Ainsi, la protection thermique de la paroi de la chambre de gazéification est assurée d'une part, par une couche de cendres solidifiées et, d'autre part, par une couche de cendres fondues, en contact avec la phase gaz, s'écoulant vers le fond du gazéifieur. La paroi de la chambre de combustion est ainsi très résistante aux hautes températures et aux fortes variations de température. De plus, du fait de leur composition, notamment leur forte teneur en composés alcalins, les cendres issues de la biomasse présentent un caractère corrosif pour les revêtements de type réfractaires. Par conséquent, les technologies de gazéification utilisant des réfractaires internes comme protection des parois sont difficilement opérables à cause de leur détérioration rapide, ce qui nécessite un renouvellement fréquent. De plus les réfractaires sont très sensibles aux chocs thermiques qui détruisent cette couche de protection par fracturation.The entrained flow gasifier is preferably a gasifier known to those skilled in the art as a cooled-wall entrained flow gasifier. The cooled wall defines the gasification chamber, which is itself located within the gasifier. The water used to cool the wall of the gasification chamber circulates in a coil positioned outside the chamber wall. The water is partially vaporized, thus generating a medium-pressure steam flow. This cooling of the walls allows the formation of a protective ash layer on the inner wall of the gasification chamber. Indeed, the feedstocks introduced into the gasifier contain inorganic compounds, which form ash after gasification. At the gasification temperature, this liquid ash, in the form of droplets, solidifies upon contact with the cooled wall and forms a solid layer that acts as insulation. Thus, the thermal protection of the gasification chamber wall is ensured, on the one hand, by a layer of solidified ash and, on the other hand, by a layer of molten ash in contact with the gas phase, which flows towards the bottom of the gasifier. The combustion chamber wall is therefore highly resistant to high temperatures and significant temperature variations. Furthermore, due to their composition, particularly their high content of alkaline compounds, biomass ash is corrosive to refractory linings. Consequently, gasification technologies using internal refractories for wall protection are difficult to operate because of their rapid deterioration, necessitating frequent replacement. In addition, refractories are very sensitive to thermal shock, which destroys this protective layer through fracturing.
Dans le gazéifieur à flux entraîné à paroi refroidie, au moins deux brûleurs et de préférence quatre brûleurs ou plus en fonction de la capacité du gazéifieur, sont disposés dans la chambre de gazéification dont les parois sont refroidies et qui fonctionnent à une température suffisante pour permettre la fusion des cendres contenues dans la charge. Par ailleurs, les charges introduites dans le gazéifieur peuvent avoir des propriétés très différentes. A titre d'exemple le pouvoir calorifique inférieur (PCI) d'une biomasse est plus faible que celui d'un petcoke, la teneur en cendres d'une biomasse peut être très inférieure à celle d'un charbon et le point de fusion des cendres peut varier fortement d'une biomasse à une autre. Ainsi, le point de fusion des cendres peut varier selon la composition de la charge introduite dans la chambre de gazéification. De même, la température de gazéification minimale pour se placer au-dessus du point de fusion des cendres peut être ajustée en jouant sur la nature des charges, de propriétés différentes, et les proportions des différents constituants (autre biomasse, autre charge hydrocarbonée, ...) et/ou par injection de fluxant (par exemple du calcaire) avec la charge.In a cooled-wall entrained-flow gasifier, at least two burners, and preferably four or more depending on the gasifier's capacity, are arranged in the cooled-walled gasification chamber, which operates at a temperature sufficient to melt the ash in the feedstock. Furthermore, the feedstocks introduced into the gasifier can have very different properties. For example, the lower heating value (LHV) of biomass is lower than that of petcoke, the ash content of biomass can be much lower than that of coal, and the ash melting point can vary significantly from one biomass to another. Thus, the ash melting point can vary depending on the composition of the feedstock introduced into the gasification chamber. Similarly, the minimum gasification temperature to be above the melting point of the ash can be adjusted by playing with the nature of the feeds, which have different properties, and the proportions of the different constituents (other biomass, other hydrocarbon feed, ...) and/or by injecting fluxing agent (for example limestone) with the feed.
Dans une version préférée de l'invention, le gaz de synthèse produit dans la chambre de gazéification sort de celle-ci de façon co-courante aux cendres liquides s'écoulant vers le fond du gazéifieur. Cette configuration à co-courant présente l'avantage, vis à vis d'une configuration où le gaz de synthèse est évacué de la chambre de gazéification vers le haut alors que les cendres liquides s'écoulent vers le bas, d'éviter les risques de bouchages de la conduite d'évacuation des cendres liquides. En effet, les cendres liquides s'écoulant seules dans la conduite peuvent, en fonction de leur viscosité s'écouler avec difficulté et/ou en partie se solidifier obstruant partiellement ou totalement la conduite d'évacuation et entrainant un arrêt de l'installation pour maintenance. Ces phénomènes peuvent particulièrement arriver lors de phases transitoires de montées ou de descentes en température ou lors d'ajustements liés à un changement de la nature de la charge. La configuration selon l'invention présente l'avantage que le gaz s'écoulant à co-courant avec les cendres liquides dans la conduite d'évacuation de la chambre de gazéification facilite l'écoulement de ces cendres vers le fond du gazéifieur et évite les risques de bouchages même dans les phases transitoires.In a preferred embodiment of the invention, the syngas produced in the gasification chamber exits it concurrently with the liquid ash flowing to the bottom of the gasifier. This concurrent configuration has the advantage, compared to a configuration where the syngas is discharged from the gasification chamber upwards while the liquid ash flows downwards, of avoiding the risk of blockages in the liquid ash discharge line. Indeed, liquid ash flowing alone in the line can, depending on its viscosity, flow with difficulty and/or partially solidify, partially or completely obstructing the discharge line and leading to a shutdown of the installation for maintenance. These phenomena can occur particularly during transient phases of temperature increases or decreases, or during adjustments related to a change in the nature of the feedstock. The configuration according to the invention has the advantage that the gas flowing in co-current with the liquid ash in the discharge pipe of the gasification chamber facilitates the flow of this ash towards the bottom of the gasifier and avoids the risk of blockages even in the transient phases.
Dans une version préférée de l'invention, le gaz de synthèse et les cendres liquides passent dans une zone de quench liquide intensif au contact au moins d'un film d'eau comme décrit dans la demande de brevet DE102007044726. Cette zone de quench est positionnée sous la chambre de gazéification et sépare une zone chaude et sèche en haut et une zone plus froide et humide en bas. La zone chaude et sèche située sous la chambre de gazéification est caractérisée par la présence de gaz de synthèse et de cendres liquides s'écoulant vers le fond du gazéifieur. La partie plus froide et humide est située sous la zone chaude et sèche et est caractérisée par la présence de gaz de synthèse saturé en eau, de cendres solidifiées et d'eau liquide. La température du gaz de synthèse à la sortie de la zone froide et humide correspond à la température de l'équilibre thermodynamique entre la phase gaz et la phase liquide à la pression opératoire du gazéifieur.In a preferred embodiment of the invention, the syngas and liquid ash pass through an intensive liquid quench zone in contact with at least a water film as described in patent application DE102007044726. This quench zone is positioned below the gasification chamber and separates a hot, dry zone at the top from a cooler, wetter zone at the bottom. The hot, dry zone below the gasification chamber is characterized by the presence of syngas and liquid ash flowing to the bottom of the gasifier. The cooler, wetter zone is located below the hot, dry zone and is characterized by the presence of water-saturated syngas, solidified ash, and liquid water. The temperature of the syngas exiting the cold, wet zone corresponds to the thermodynamic equilibrium temperature between the gas and liquid phases at the gasifier's operating pressure.
Cette configuration avec quench présente permet un fort abattement des fines particules collantes de cendres entraînées lors du lavage du gaz de synthèse, réduisant ainsi les risques d'encrassement dans les tuyauteries et les unités en aval. Par ailleurs, la température élevée dans la chambre de gazéification permet aux cendres fondues de s'écouler facilement vers le bas sur la paroi de celle-ci avant de tomber dans la zone de quench. Après être passées dans l'unité froide et humide, les cendres refroidies finissent dans le fond du gazéifieur rempli d'eau. Au contact de l'eau, ces cendres fondues sont immédiatement refroidies et vitrifiées en particules denses. Ces particules sont ensuite extraites du gazéifieur sous forme de mélange d'eau et de cendres solides (ou slurry selon la terminologie anglo-saxonne) par dépressurisation. La majeure partie des composés minéraux contenus dans la charge forment les cendres fondues. Cette configuration permet avantageusement d'encapsuler les produits dangereux comme les métaux lourds dans les cendres vitrifiées. Le processus de vitrification rend ces cendres très stables, elles ne sont pas lixiviables.This quench configuration allows for a significant reduction of the fine, sticky ash particles carried along during syngas scrubbing, thus minimizing the risk of fouling in downstream piping and units. Furthermore, the high temperature in the gasification chamber allows the molten ash to flow easily down its wall before falling into the quench zone. After passing through the cold, humid unit, the cooled ash settles at the bottom of the water-filled gasifier. Upon contact with the water, the molten ash is immediately cooled and vitrified into dense particles. These particles are then extracted from the gasifier as a mixture of water and solid ash (or slurry) by depressurization. The majority of the mineral compounds in the feedstock form the molten ash. This configuration advantageously allows for the encapsulation of hazardous materials such as heavy metals within the vitrified ash. The vitrification process makes these ashes very stable; they are not leachable.
Dans une version alternative de l'invention, le gaz de synthèse produit sort de la chambre de gazéification par le haut alors que les cendres fondues s'écoulent le long de la paroi à contre-courant du gaz de synthèse jusqu'au au fond du gazéifieur rempli d'eau. Au contact de l'eau, les cendres fondues se solidifient brutalement formant des particules de petites tailles. Ces particules sont ensuite extraites du gazéifieur sous forme de slurry (mélange d'eau et de cendres solides) par dépressurisation. La majeure partie des composés minéraux contenus dans la charge formant les cendres fondues, cette configuration permet avantageusement d'encapsuler les produits dangereux comme les métaux lourds dans les cendres vitrifiées. Le processus de vitrification rend ces cendres très stables, elles ne sont pas lixiviables. Ledit gaz de synthèse sortant de la chambre de gazéification par le haut et les plus fines particules de cendres fondues entrainées avec celui-ci sont refroidis par un flux de gaz de synthèse refroidi et dépourvu de particules solides. Ce refroidissement permet de solidifier les cendres fondues en particules solides non collantes. Après cette première étape de refroidissement préliminaire, le gaz de synthèse est dirigé vers un échangeur de chaleur permettant de produire de la vapeur. Afin d'éliminer les fines particules solides, le gaz de synthèse passe ensuite à travers une section de séparation de la phase gaz et de la phase solide utilisant toute technique connue de l'homme du métier, par exemple des filtres à cartouche. Une partie de ce gaz de synthèse refroidi et dépourvu de particules est recyclée vers la sortie du gazéifieur pour refroidir le gaz de synthèse sortant en tête du gazéifieur.In an alternative version of the invention, the produced syngas exits the gasification chamber from the top, while the molten ash flows down the wall counter-currently to the bottom of the water-filled gasifier. Upon contact with the water, the molten ash solidifies abruptly, forming small particles. These particles are then extracted from the gasifier as a slurry (a mixture of water and solid ash) by depressurization. Since most of the mineral compounds contained in the feedstock form the molten ash, this configuration advantageously allows for the encapsulation of hazardous materials such as heavy metals within the vitrified ash. The vitrification process renders this ash highly stable and impermeable to leaching. The syngas exiting the gasification chamber from the top, along with the finest molten ash particles carried with it, is cooled by a stream of cooled syngas free of solid particles. This cooling process solidifies the molten ash into non-sticky solid particles. After this initial cooling stage, the syngas is directed to a heat exchanger to produce steam. To remove fine solid particles, the syngas then passes through a gas-solid phase separation section using any technique known to those skilled in the art, such as cartridge filters. A portion of this cooled, particle-free syngas is recycled back to the gasifier outlet to cool the syngas exiting the top of the gasifier.
Étape d) d’élimination des composés acides et impuretés du gaz de synthèseStep d) Removal of acidic compounds and impurities from the synthesis gas
Le procédé selon l'invention comprend une étape d) d’élimination des composés acides et impuretés de l’effluent gazeux comprenant un gaz de synthèse issu de l’étape de gazéification c) de manière à obtenir un effluent gazeux comprenant un gaz de synthèse purifié et un flux de dioxyde de carbone.The process according to the invention includes a step d) of removing acidic compounds and impurities from the gaseous effluent comprising a synthesis gas from the gasification step c) so as to obtain a gaseous effluent comprising a purified synthesis gas and a carbon dioxide stream.
Le gaz de synthèse issu de l'étape c) de gazéification est composé majoritairement de monoxyde de carbone (CO), d'hydrogène (H2), de dioxyde de carbone (CO2), d'eau (H2O), et peut comprendre des impuretés provenant initialement de la fraction biomasse et/ou de la fraction d'une autre charge, notamment de charge hydrocarbonée. Ces impuretés sont essentiellement des métaux en particulier alcalins (Na, K), des composés soufrés, ainsi que des composés chlorés et azotés. Particulièrement, les composés halogénés initialement présents dans la charge selon l'invention peuvent atteindre des teneurs d'au moins 250 ppm masse dans la fraction de charge hydrocarbonée brute (avant séchage), et d'au moins 10000 ppm masse dans le cas de la fraction biomasse brute (avant séchage).The synthesis gas produced in step c) of gasification is composed mainly of carbon monoxide (CO), hydrogen (H2), carbon dioxide (CO2), and water (H2O), and may include impurities initially originating from the biomass fraction and/or another feed fraction, particularly hydrocarbon feed. These impurities are essentially metals, especially alkali metals (Na, K), sulfur compounds, as well as chlorinated and nitrogen compounds. In particular, the halogenated compounds initially present in the feed according to the invention may reach levels of at least 250 ppm by mass in the crude hydrocarbon feed fraction (before drying), and at least 10,000 ppm by mass in the case of the crude biomass fraction (before drying).
De préférence, l’étape d) comprend, de préférence consiste en, les étapes d1) et/ou d2), et/ou d3), d4), d5) et/ou d6).Preferably, step d) includes, preferably consists of, steps d1) and/or d2), and/or d3), d4), d5) and/or d6).
Étape d1) de lavage à l'eau du gaz de synthèseStep d1) of washing the syngas with water
De préférence, l’étape d) comprend une étape d1) de lavage à l'eau pour éliminer les traces de solide dans le gaz de synthèse ainsi qu'une partie des composés gazeux solubles dans l'eau. Cette opération peut se faire par tout type de technique connue de l'homme du métier parmi lesquelles le laveur à eau avec effet venturi ou venturi scrubber selon la terminologie anglo-saxonne, la colonne de lavage avec tous types d'internes etc...Preferably, step d) includes a water scrubbing step d1) to remove traces of solids from the synthesis gas as well as some of the water-soluble gaseous compounds. This operation can be carried out by any type of technique known to those skilled in the art, including a water scrubber with a venturi effect, a scrubber column with all types of internals, etc.
De préférence, en sortie de l'étape de lavage à l'eau, le gaz de synthèse est soumis à une étape d2) d'hydrolyse catalytique des composés COS et HCN contenus dans l'effluent issu de l'étape d1) en H2S et NH3.Preferably, at the outlet of the water washing step, the syngas is subjected to a step d2) of catalytic hydrolysis of the COS and HCN compounds contained in the effluent from step d1) into H2S and NH3.
Étape d2) d'hydrolyse catalytique des composés COS et HCNStep d2) of catalytic hydrolysis of COS and HCN compounds
De préférence, l’étape d) comprend une étape d2) d'hydrolyse catalytique des composés COS et HCN de l’effluent gazeux comprenant le gaz de synthèse de l'étape d1).Preferably, step d) includes a step d2) of catalytic hydrolysis of the COS and HCN compounds of the gaseous effluent comprising the synthesis gas from step d1).
L’effluent issu de l'étape d1) est soumis à une étape d2) d'hydrolyse catalytique du COS et HCN en H2S et NH3 ce qui permet l’obtention d’un effluent purifié. Cette étape permet l'élimination du COS et HCN qui sont des poisons pour le catalyseur de synthèse Fischer-Tropsch. L'étape d2) d'hydrolyse catalytique de l'oxysulfure de carbone (COS) et du cyanure d'hydrogène (HCN) est selon l'invention avantageusement mise en œuvre en présence d'un catalyseur contenant un composé à base de platine, ou un oxyde d'un élément choisi dans le groupe comprenant le titane, le zirconium, l'aluminium, le chrome, le zinc, ou leur mélange.The effluent from step d1) is subjected to step d2) of catalytic hydrolysis of COS and HCN to H2S and NH3, resulting in a purified effluent. This step eliminates COS and HCN, which are poisons for the Fischer-Tropsch synthesis catalyst. According to the invention, step d2) of catalytic hydrolysis of carbon oxysulfide (COS) and hydrogen cyanide (HCN) is advantageously carried out in the presence of a catalyst containing a platinum-based compound, or an oxide of an element selected from the group including titanium, zirconium, aluminum, chromium, zinc, or a mixture thereof.
De manière préférée, le catalyseur d'hydrolyse est un catalyseur à base d'oxyde de titane. Le catalyseur utilisé peut également contenir au moins des métaux alcalins, alcalino-terreux et/ou des terres rares, issus par exemple de précurseurs tels que la potasse, l'oxyde de zirconium, le carbonate de sodium ou de baryum, le bicarbonate de sodium ou de baryum, le sulfate de calcium, l'acétate de sodium ou de baryum, l'oxalate de sodium ou de baryum. L'étape d'hydrolyse est avantageusement réalisée à une température comprise entre 100 et 400°C, de préférence entre 200 et 350°C.Preferably, the hydrolysis catalyst is a titanium oxide-based catalyst. The catalyst used may also contain at least alkali metals, alkaline earth metals, and/or rare earth elements, derived, for example, from precursors such as potassium hydroxide, zirconium oxide, sodium or barium carbonate, sodium or barium bicarbonate, calcium sulfate, sodium or barium acetate, and sodium or barium oxalate. The hydrolysis step is advantageously carried out at a temperature between 100 and 400°C, preferably between 200 and 350°C.
Avantageusement, l'effluent en sortie de l'unité d'hydrolyse de l'étape d2) contient moins de 25 ppm volume de COS et moins de 5 ppm volume de HCN, de manière préférée moins de 10 ppm volume de COS et moins de 1 ppm volume de HCN, et de manière plus préférée moins de 5 ppm volume de COS et moins de 0,1 ppm volume de HCN.Advantageously, the effluent from the hydrolysis unit of step d2) contains less than 25 ppm by volume of COS and less than 5 ppm by volume of HCN, preferably less than 10 ppm by volume of COS and less than 1 ppm by volume of HCN, and more preferably less than 5 ppm by volume of COS and less than 0.1 ppm by volume of HCN.
Dans une variante du procédé selon l'invention, l'effluent issu de l'étape de conversion du monoxyde de carbone à la vapeur d3) est au moins en partie envoyé en mélange avec ladite partie complémentaire vers l'étape d'hydrolyse catalytique du COS et HCN en H2S et NH3 (étape d4). Avantageusement, l'effluent issu de l'étape de conversion du monoxyde de carbone à la vapeur d3) est envoyé en mélange avec ladite partie complémentaire vers l'étape d'hydrolyse catalytique (étape d4) après refroidissement à la température préférentiellement comprise entre 100 et 400°C, de préférence entre 200 et 350°C.In a variant of the process according to the invention, the effluent from the carbon monoxide to steam conversion step (d3) is at least partially sent mixed with said complementary portion to the catalytic hydrolysis step of COS and HCN to H2S and NH3 (step d4). Advantageously, the effluent from the carbon monoxide to steam conversion step (d3) is sent mixed with said complementary portion to the catalytic hydrolysis step (step d4) after cooling to a temperature preferably between 100 and 400°C, preferably between 200 and 350°C.
Étape d3) de lavage à l'eauStep d3) washing with water
De préférence, l’étape d) comprend une étape d3) de lavage à l'eau de l'effluent obtenu à l’issu de l’étape d2). L'étape d3) permet d'éliminer les impuretés telles que NH3 et HCl solubles dans l'eau et particulièrement néfastes à l'opération de l'étape d4) d'élimination des gaz acides.Preferably, step d) includes a step d3) of washing with water the effluent obtained at the end of step d2). Step d3) allows the removal of impurities such as NH3 and HCl which are soluble in water and particularly harmful to the operation of step d4) of acid gas removal.
Dans une variante du procédé selon l'invention, l'effluent obtenu à l’issu de l’étape d2) peut être préalablement soumis à une étape d'élimination des métaux lourds sur au moins un lit de garde adapté. Ladite étape d’élimination permet d'éliminer substantiellement les métaux lourds, tels que le plomb, l'arsenic et le mercure, avant que l'effluent ne soit traité dans l'étape d3) de lavage à l'eau et plus particulièrement avant l'étape d4) d'élimination des gaz acides. La technologie de réacteur à lit fixe sera avantageusement privilégiée pour capter les métaux lourds contenus dans le gaz de synthèse à l'aide de masses de captation connues de l'homme du métier. Avantageusement, l'étape d’élimination est réalisée sur au moins un ou plusieurs lits de garde en présence d'une ou plusieurs masses de captation contenant une ou plusieurs phases actives. Avantageusement, lesdites phases actives contiennent au moins un composé du soufre, tel que par exemple du soufre élémentaire supporté, et/ou un sulfure métallique tel qu'un sulfure de cuivre et/ou de zinc, et au moins un métal précieux tel que l'argent, l'or ou le palladium, et/ou une zéolithe échangée à l'argent, et/ou des oxydes de métaux de transition tels que par exemple les oxydes de cuivre, de nickel. Avantageusement, la ou lesdites phases actives sont supportées, par exemple sur une alumine, une silice, une silice-alumine, ou un charbon actif.In a variant of the process according to the invention, the effluent obtained at the end of step d2) may be pre-treated with a heavy metal removal step on at least one suitable guard bed. This removal step substantially removes heavy metals, such as lead, arsenic, and mercury, before the effluent is treated in step d3) of water scrubbing and, more specifically, before step d4) of acid gas removal. Fixed-bed reactor technology is advantageously preferred for capturing the heavy metals contained in the synthesis gas using capture media known to those skilled in the art. Advantageously, the removal step is carried out on at least one or more guard beds in the presence of one or more capture media containing one or more active phases. Advantageously, said active phases contain at least one sulfur compound, such as, for example, supported elemental sulfur, and/or a metallic sulfide such as copper and/or zinc sulfide, and at least one precious metal such as silver, gold, or palladium, and/or a silver-exchanged zeolite, and/or oxides of transition metals such as, for example, copper or nickel oxides. Advantageously, said active phase(s) are supported, for example, on alumina, silica, silica-alumina, or activated carbon.
Avantageusement, le passage de l'effluent dans au moins un lit de garde de l'étape d’élimination permet d'atteindre les spécifications requises en entrée de l’étape d4) d'élimination des gaz acides (étape d4), ainsi que les spécifications requises pour l'unité de synthèse Fischer-Tropsch de l’étape e).Advantageously, passing the effluent through at least one guard bed of the removal stage makes it possible to meet the required specifications at the inlet of the acid gas removal stage d4 (stage d4), as well as the required specifications for the Fischer-Tropsch synthesis unit of stage e).
Dans une seconde variante selon l'invention, l'étape d'élimination des métaux lourds est mise en œuvre entre l'étape d3) de lavage à l'eau et l'étape d4) d'élimination des gaz acides.In a second variant according to the invention, the heavy metal removal step is implemented between step d3) of water washing and step d4) of acid gas removal.
Dans une troisième variante selon l'invention, l'étape d'élimination des métaux lourds est mise en œuvre après l'étape d4) d'élimination des gaz acides lorsque le solvant utilisé à l'étape d4) est un solvant chimique dérivé d'alcanolamine, connu de l'homme du métier pour être moins sensible que les solvants physiques à la présence de métaux lourds.In a third embodiment of the invention, the heavy metal removal step is carried out after step d4) of acid gas removal when the solvent used in step d4) is a chemical solvent derived from alkanolamine, known to those skilled in the art to be less sensitive than physical solvents to the presence of heavy metals.
A la sortie de l'étape d'élimination des métaux lourds, l'effluent présente une teneur généralement inférieure à 1 ppb volume de plomb, d'arsenic et de mercure, de manière préférée inférieure à 0,5 ppb volume, de manière plus préférée inférieure à 0,1 ppb volume et de manière encore plus préférée inférieure à 0,01 ppb volume de plomb, d'arsenic et de mercure.At the exit of the heavy metal removal stage, the effluent generally has a content of less than 1 ppb volume of lead, arsenic and mercury, preferably less than 0.5 ppb volume, more preferably less than 0.1 ppb volume and even more preferably less than 0.01 ppb volume of lead, arsenic and mercury.
Étape d4) de séparation des gaz acidesStep d4) of acid gas separation
L'étape d4) est dédiée à la séparation des gaz acides tels que les composés soufrés (H2S) ou le CO2 restant dans l’effluent gazeux comprenant le gaz de synthèse issu de l'étape d3), ainsi qu’à la séparation du CO2 restant contenu dans l’effluent gazeux issu de l’étape (g). L’effluent gazeux comprenant le gaz de synthèse issu de l’étape d3 et l’effluent gazeux de l’étape g) peuvent avantageusement alimenter la même unité de séparation après une étape de recombinaison d5) située en amont de l’étape d4) ou de préférence deux unités de séparation distinctes. L’emploi d’une unité de séparation du CO2 distincte pour l’effluent de l’étape g) peut présenter l’avantage d’opérer les deux unités de manière indépendante, en conservant une taille plus petite pour l’unité de séparation du CO2 et des composés soufrés contenus dans l’effluent de l’étape d3).Step d4) is dedicated to separating acidic gases such as sulfur compounds (H2S) or CO2 remaining in the gaseous effluent including the syngas from step d3), as well as to separating the CO2 remaining in the gaseous effluent from step (g). The gaseous effluent including the syngas from step d3 and the gaseous effluent from step g) can advantageously feed the same separation unit after a recombination step d5) located upstream of step d4), or preferably two separate separation units. Using a separate CO2 separation unit for the effluent from step g) can have the advantage of operating the two units independently, while maintaining a smaller size for the unit separating the CO2 and the sulfur compounds contained in the effluent from step d3).
L'étape d4) est réalisée par la mise en œuvre de solvants chimiques ou physiques ou un mélange de solvants chimiques et physiques ou encore tout autre moyen connu par l'homme du métier. Le solvant chimique peut être par exemple une amine primaire, secondaire ou tertiaire dérivée d'alcanolamine telle que la monoéthanolamine (MEA), la diéthanolamine (DEA) ou la méthyldiéthanolamine (MDEA) ou un mélange de plusieurs amines. Le solvant physique peut être par exemple à base de mélanges de dialkyléther de polyéthylène glycol (PEG) tels que des diéthyléther ou dibutyléther de PEG, ou de méthanol.Step d4) is carried out by using chemical or physical solvents, a mixture of chemical and physical solvents, or any other means known to those skilled in the art. The chemical solvent may be, for example, a primary, secondary, or tertiary amine derived from an alkanolamine, such as monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), or methyldiethanolamine (MDEA), or a mixture of several amines. The physical solvent may be, for example, based on mixtures of polyethylene glycol (PEG) dialkyl ethers, such as PEG diethyl or dibutyl ethers, or methanol.
L'étape d'élimination des gaz acides est à titre d'exemple réalisée au moyen d'une colonne d'absorption des gaz acides grâce au solvant chimique ou physique utilisé suivie d'une étape de régénération du solvant afin de réduire la consommation de solvant dans l'unité. Cette étape de régénération peut être avantageusement réalisée en deux étapes afin d'éliminer d'une part un flux gazeux riche en CO2 et d'autre part un flux gazeux riche en H2S. Ledit flux gazeux riche en CO2 issu de l’étape de régénération de l’unité de séparation des gaz acides alimentée au moins en partie par l’effluent de l’étape d3) contient des quantités importantes d’ H2S, de COS et éventuellement des traces de solvant qui doivent être éliminées par tout moyen connu de l'homme du métier, à titre d'exemple sur au moins un lit de garde à base d'oxyde de zinc ZnO, de Cu/ZnO, de charbon actif et permet d'atteindre les spécifications requises en termes d'impuretés dans le flux de dioxyde de carbone introduit dans l'étape g) de de conversion du CO2 à l’hydrogène.The acid gas removal step is, for example, carried out using an acid gas absorption column with the chemical or physical solvent employed, followed by a solvent regeneration step to reduce solvent consumption in the unit. This regeneration step can advantageously be performed in two stages to remove, on the one hand, a gas stream rich in CO2 and, on the other hand, a gas stream rich in H2S. The said CO2-rich gas stream from the regeneration step of the acid gas separation unit, fed at least in part by the effluent from step d3), contains significant quantities of H2S, COS and possibly traces of solvent which must be removed by any means known to those skilled in the art, for example on at least one guard bed based on zinc oxide ZnO, Cu/ZnO, activated carbon and allows the required specifications in terms of impurities to be met in the carbon dioxide stream introduced in step g) of CO2 to hydrogen conversion.
De façon plus générale, tout ou partie du flux de dioxyde de carbone produit par l’ étape d4) peut être utilisée comme sous-produit du procédé pouvant alimenter un réseau de transport, une unité de stockage ou toute installation de valorisation du dioxyde de carbone externe au procédé.More generally, all or part of the carbon dioxide stream produced by step d4) can be used as a by-product of the process to supply a transport network, a storage unit or any carbon dioxide recovery facility external to the process.
Etape d5) de recombinaisonStep d5) of recombination
Dans le cas où la séparation du CO2 des effluents gazeux issus de l’étape g) et de l’étape d3) est effectuée dans deux unités distinctes, les gaz de synthèse comprenant du H2 et du CO issus desdites étapes de séparation sont recombinés à l’étape d5) en amont de l’étape d6).In the case where the separation of CO2 from the gaseous effluents from step g) and step d3) is carried out in two separate units, the synthesis gases comprising H2 and CO from said separation steps are recombined at step d5) upstream of step d6).
Dans le cas contraire illustré dans les exemples qui suivent, l’effluent gazeux de l’étape g) est recombiné avec l’effluent gazeux de l’étape d3) à l’étape d5) en amont de l’étape de séparation commune d4).In the opposite case illustrated in the following examples, the gaseous effluent from step g) is recombined with the gaseous effluent from step d3) at step d5) upstream of the common separation step d4).
Étape d6) de purification finaleFinal purification step d6)
De préférence, l’étape d) comprend une étape d6) de purification finale permettant d’obtenir un effluent gazeux comprenant un gaz de synthèse purifié. En effet, le catalyseur à base de cobalt utilisé dans l'étape e) de synthèse Fischer-Tropsch est hautement sensible aux impuretés présentes dans le gaz de synthèse, qui ne sont à ce titre tolérées qu'à des quantités de l'ordre du ppb (partie par billion). A la sortie de l'étape d4) ou d5), le gaz de synthèse peut encore contenir des impuretés à des teneurs d'environ 100 ppb volume de H2S et de COS.Preferably, step d) includes a final purification step d6) to obtain a gaseous effluent containing purified syngas. This is because the cobalt-based catalyst used in step e) of the Fischer-Tropsch synthesis is highly sensitive to impurities present in the syngas, which are therefore only tolerated in quantities on the order of ppb (parts per billion). At the outlet of step d4) or d5), the syngas may still contain impurities at concentrations of approximately 100 ppb by volume of H2S and COS.
Avantageusement, l’étape d6) de purification finale est réalisée sur au moins un lit de garde et peut être mise en œuvre afin d'adsorber totalement les dernières traces d'impuretés restantes dans l’effluent gazeux comprenant le gaz de synthèse telles que les composés halogénés, H2S, COS, HCN et NH3. L'étape d6) de purification finale est réalisée par tout moyen connu de l'homme du métier, à titre d'exemple sur au moins un lit de garde à base d'oxyde de zinc ZnO, de Cu/ZnO, de charbon actif et permet d'atteindre les spécifications requises en termes d'impuretés dans le gaz de synthèse mis en œuvre à l'étape e) de synthèse Fischer-Tropsch.Advantageously, the final purification step d6) is carried out on at least one guard bed and can be implemented to completely adsorb the last traces of impurities remaining in the gaseous effluent comprising the synthesis gas, such as halogenated compounds, H2S, COS, HCN and NH3. The final purification step d6) is carried out by any means known to those skilled in the art, for example on at least one guard bed based on zinc oxide ZnO, Cu/ZnO, activated carbon, and makes it possible to achieve the required specifications in terms of impurities in the synthesis gas implemented in the Fischer-Tropsch synthesis step e).
Avantageusement, à la sortie de l'étape d6), l’effluent gazeux comprenant un gaz de synthèse purifié présente une teneur en soufre inférieure à 100 ppb volume, de préférence inférieure à 50 ppb volume, de manière plus préférée inférieure à 10 ppb volume; une teneur en HCN inférieure 100 ppb volume, de préférence inférieure à 50 ppb volume, de manière plus préférée inférieure à 10 ppb volume et une teneur en NH3 inférieure à 100 ppm volume, de préférence inférieure à 10 ppm volume, de manière plus préférée inférieure à 1 ppm volume.Advantageously, at the outlet of step d6), the gaseous effluent comprising purified synthesis gas has a sulfur content of less than 100 ppb by volume, preferably less than 50 ppb by volume, more preferably less than 10 ppb by volume; an HCN content of less than 100 ppb by volume, preferably less than 50 ppb by volume, more preferably less than 10 ppb by volume and an NH3 content of less than 100 ppm by volume, preferably less than 10 ppm by volume, more preferably less than 1 ppm by volume.
De préférence, l’étape d) comprend, de préférence consiste en, les étapes d1) et/ou d2) et/ou d3), d4), d5) et/ou d6)Preferably, step d) includes, preferably consists of, steps d1) and/or d2) and/or d3), d4), d5) and/or d6)
Étape e) de réaction catalytique de synthèse Fischer-TropschStep e) of the Fischer-Tropsch synthesis catalytic reaction
Le procédé selon l'invention comprend une étape e) de synthèse Fischer-Tropsch de l'effluent gazeux comprenant un gaz de synthèse purifié comprenant du monoxyde de carbone (CO) et de l’hydrogène issu de l’étape d), et de préférence de l’étape d6) de purification finale, et éventuellement d’une partie du flux d’hydrogène issu de l’étape b) d’électrolyse de l’eau de manière à produire un flux comprenant des hydrocarbures liquides de synthèse et au moins un effluent gazeux.The process according to the invention includes a step e) of Fischer-Tropsch synthesis of the gaseous effluent comprising a purified synthesis gas comprising carbon monoxide (CO) and hydrogen from step d), and preferably from step d6) of final purification, and optionally of a portion of the hydrogen stream from step b) of water electrolysis so as to produce a stream comprising synthetic liquid hydrocarbons and at least one gaseous effluent.
Selon l’invention, au moins une partie de l’hydrogène issu de l’étape b) d’électrolyse de l’eau est avantageusement recombiné au gaz de synthèse purifié issu de l’étape d) et de préférence d6) pour obtenir un rapport molaire H2/CO optimal pour la réaction de Fischer-Tropsch de manière à produire un flux comprenant des hydrocarbures liquides de synthèse et au moins un effluent gazeux.According to the invention, at least a portion of the hydrogen from step b) of water electrolysis is advantageously recombined with the purified synthesis gas from step d) and preferably d6) to obtain an optimal H2/CO molar ratio for the Fischer-Tropsch reaction so as to produce a stream comprising synthetic liquid hydrocarbons and at least one gaseous effluent.
Selon la variante A de l’invention, le ratio molaire entre l’hydrogène et le monoxyde de carbone H2/CO en entrée de l’étape e) de synthèse Fischer-Tropsch est ajusté par l’envoi dans ladite étape e) d’une partie du flux d’hydrogène issu de l’étape b).According to variant A of the invention, the molar ratio between hydrogen and carbon monoxide H2/CO at the input of step e) of Fischer-Tropsch synthesis is adjusted by sending into said step e) a part of the hydrogen flux from step b).
Selon la variante B de l’invention, le ratio molaire entre l’hydrogène et le monoxyde de carbone H2/CO en entrée de l’étape e) de synthèse Fischer-Tropsch peut avantageusement être ajusté par l’envoi dans ladite étape e) d’une partie du flux d’hydrogène issu de l’étape b).According to variant B of the invention, the molar ratio between hydrogen and carbon monoxide H2/CO at the inlet of step e) of Fischer-Tropsch synthesis can advantageously be adjusted by sending into said step e) a part of the hydrogen flux from step b).
Selon un autre mode de réalisation particulier de la variante B de l’invention, le rapport molaire H2/CO dans le gaz de synthèse purifié issu de l’étape d) et de préférence de d6) est ajusté à sa valeur optimale pour la réaction de Fischer-Tropsch en régulant le flux d’hydrogène issu de de l’étape b) d’électrolyse de l’eau qui alimente l’étape g) de conversion à l’hydrogène du CO2, sans envoi dans ladite étape e) d’une partie du flux d’hydrogène issu de l’étape b).According to another particular embodiment of variant B of the invention, the H2/CO molar ratio in the purified synthesis gas from step d) and preferably from d6) is adjusted to its optimal value for the Fischer-Tropsch reaction by regulating the hydrogen flow from step b) of water electrolysis which feeds step g) of CO2 conversion to hydrogen, without sending into said step e) a part of the hydrogen flow from step b).
De manière avantageuse, l'étape e) de synthèse Fischer-Tropsch est mise en œuvre avec un rapport molaire entre l'hydrogène et le monoxyde de carbone, noté H2/CO, compris entre 0,5 et 4, de préférence entre 1 et 3, de manière plus préférée entre 1,5 et 2,5 et de manière très préféré égale à 2,1.Advantageously, step e) of the Fischer-Tropsch synthesis is carried out with a molar ratio between hydrogen and carbon monoxide, denoted H2/CO, of between 0.5 and 4, preferably between 1 and 3, more preferably between 1.5 and 2.5 and very preferably equal to 2.1.
L'étape de gazéification c) de la charge selon l'invention telle que celle mise en œuvre dans la présente invention peut conduire à une production d'hydrogène et de monoxyde de carbone dans un rapport molaire H2/CO non optimal pour la réaction de Fischer-Tropsch, particulièrement lorsque le catalyseur utilisé est un catalyseur à base de cobalt qui nécessite avantageusement un rapport molaire H2/CO optimal d'environ 2 pour être orienté vers la production de distillats moyens.The gasification step c) of the feed according to the invention as implemented in the present invention can lead to the production of hydrogen and carbon monoxide in a non-optimal H2/CO molar ratio for the Fischer-Tropsch reaction, particularly when the catalyst used is a cobalt-based catalyst which advantageously requires an optimal H2/CO molar ratio of about 2 to be directed towards the production of middle distillates.
Ladite étape e) de synthèse Fischer-Tropsch produit de l’eau.Said step e) of Fischer-Tropsch synthesis produces water.
Avantageusement, l’eau formée lors de l’étape e) de synthèse Fischer-Tropsch est en partie ou en totalité envoyée à l’étape b) d’électrolyse. Le recycle de l’eau formée à l’étape e) vers l’étape b) permet de réduire les coûts opératoires du procédé selon l’invention.Advantageously, the water formed during step e) of the Fischer-Tropsch synthesis is partially or totally sent to step b) of electrolysis. Recycling the water formed in step e) to step b) reduces the operating costs of the process according to the invention.
Dans un mode de réalisation, l’eau formée lors de l’étape e) de synthèse Fischer-Tropsch subit avantageusement une étape de traitement avant son recyclage dans l’étape b) d’électrolyse de l’eau de manière à obtenir les spécifications requises de l’étape b). L’étape de traitement peut avantageusement consister à enlever les composés oxygénés de l’eau formée lors de l’étape e).In one embodiment, the water formed during step e) of Fischer-Tropsch synthesis advantageously undergoes a treatment step before being recycled in step b) of water electrolysis so as to obtain the required specifications of step b). The treatment step may advantageously consist of removing oxygenated compounds from the water formed during step e).
Le catalyseur mis en œuvre dans cette étape e) de synthèse Fischer-Tropsch est généralement tout solide catalytique connu de l'homme du métier permettant de réaliser la synthèse Fischer-Tropsch. De préférence, le catalyseur mis en œuvre dans ladite étape comporte du cobalt ou du fer, de manière plus préférée du cobalt. Le catalyseur mis en œuvre à l'étape e) est généralement un catalyseur supporté. Le support peut être, à titre d'exemple, à base d'alumine, de silice ou de titane.The catalyst used in this step e) of the Fischer-Tropsch synthesis is generally any catalytic solid known to those skilled in the art that can carry out the Fischer-Tropsch synthesis. Preferably, the catalyst used in this step contains cobalt or iron, more preferably cobalt. The catalyst used in step e) is generally a supported catalyst. The support may be, for example, based on alumina, silica, or titanium.
Les conditions de température et de pression sont variables et adaptées au catalyseur mis en œuvre dans cette étape e). La pression absolue est généralement comprise entre 1,0 et 6,0 MPa, de préférence entre 1,5 et 3,5 MPa et préférentiellement entre 2,0 et 3,0 MPa. La température peut être généralement comprise entre 170 et 280°C, de préférence entre 190 et 260°C et préférentiellement entre 210 et 240°C.The temperature and pressure conditions are variable and adapted to the catalyst used in this step (e). The absolute pressure is generally between 1.0 and 6.0 MPa, preferably between 1.5 and 3.5 MPa, and preferably between 2.0 and 3.0 MPa. The temperature can generally be between 170 and 280°C, preferably between 190 and 260°C, and preferably between 210 and 240°C.
L'étape e) de synthèse Fischer-Tropsch est mise en œuvre dans une unité réactionnelle comprenant un ou plusieurs réacteurs adaptés, dont la technologie est connue de l'homme de métier. Il peut s'agir, par exemple, de réacteurs à lit fixe multitubulaire, ou de réacteurs de type colonne à bulles, connus en anglais sous l'appellation de "slurry bubble column", ou de réacteurs microcanaux.Step e) of the Fischer-Tropsch synthesis is carried out in a reaction unit comprising one or more suitable reactors, the technology of which is known to those skilled in the art. These may be, for example, multitubular fixed-bed reactors, or slurry bubble column reactors, or microchannel reactors.
Selon un mode préféré de l'invention, l'étape e) met en œuvre un ou plusieurs réacteurs de type colonne à bulles. La synthèse étant fortement exothermique, ce mode de réalisation permet, entre autres, d'améliorer le contrôle thermique du réacteur et de créer peu de perte de charges.According to a preferred embodiment of the invention, step e) employs one or more bubble column reactors. Since the synthesis is highly exothermic, this embodiment allows, among other things, for improved thermal control of the reactor and minimal pressure drop.
Selon une variante du procédé de l'invention, au moins une partie de l’effluent gazeux issu de l’étape de synthèse Fischer-Tropsch (étape e) est avantageusement recyclée dans l'étape c) de gazéification afin d'être convertie en gaz de synthèse et améliorer ainsi le rendement massique de la chaîne de procédé.According to a variant of the process of the invention, at least part of the gaseous effluent from the Fischer-Tropsch synthesis step (step e) is advantageously recycled in the gasification step c) in order to be converted into synthesis gas and thus improve the mass yield of the process chain.
Dans une variante de l’invention, au moins une partie de l’effluent gazeux issu de l'étape e) de synthèse Fischer-Tropsch peut avantageusement être envoyé dans la ou les unités de combustion des étapes a) et/ou f), de manière à alimenter en énergie les opérations de séchage a1) et/ou les opérations de traitement thermique a2) et/ou l’étape d’hydroconversion (f) pour maximiser l'efficacité énergétique de la chaîne de procédé.In one embodiment of the invention, at least part of the gaseous effluent from step e) of Fischer-Tropsch synthesis can advantageously be sent to the combustion unit(s) of steps a) and/or f), so as to supply energy to the drying operations a1) and/or the heat treatment operations a2) and/or the hydroconversion step (f) to maximize the energy efficiency of the process chain.
Dans une autre configuration du procédé selon l'invention, l’effluent gazeux issu de la synthèse Fischer-Tropsch e) est avantageusement au moins en partie envoyée dans une unité indépendante de production de gaz de synthèse (par exemple POx : Partial oxydation, SMR : Steam Methane Reforming, ATR : Autothermal Reforming, EHTR.: Enhanced Heat Transfer Reformer..), ce gaz de synthèse peut être recyclé en tout point de la chaîne.In another configuration of the process according to the invention, the gaseous effluent from the Fischer-Tropsch synthesis e) is advantageously at least partly sent to an independent synthesis gas production unit (for example POx: Partial oxidation, SMR: Steam Methane Reforming, ATR: Autothermal Reforming, EHTR: Enhanced Heat Transfer Reformer...), this synthesis gas can be recycled at any point in the chain.
Dans une autre configuration du procédé selon l'invention, l’effluent gazeux issu de l'étape e) de synthèse Fischer-Tropsch permet de produire de l'électricité dans un cycle combiné qui peut être partiellement alimenté par la vapeur produite par les étapes c) et e) pour augmenter l'efficacité énergétique de la chaîne de procédé.In another configuration of the process according to the invention, the gaseous effluent from step e) of Fischer-Tropsch synthesis makes it possible to produce electricity in a combined cycle which can be partially powered by the steam produced by steps c) and e) to increase the energy efficiency of the process chain.
Ces différentes configurations peuvent être combinées avantageusement de façon à optimiser l'économie de la chaîne de procédé intégré selon l'invention.These different configurations can be advantageously combined in order to optimize the economy of the integrated process chain according to the invention.
f) Étape d’hydroconversionf) Hydroconversion step
Conformément à l’invention, le procédé de l'invention comprend une étape f) d’hydroconversion et de préférence d'hydrotraitement et/ou d'isomérisation d’au moins une partie et de préférence la totalité du flux comprenant des hydrocarbures liquides issues de l'étape e) de synthèse Fischer-Tropsch pour produire au moins une coupe biocarburant liquides et au moins un effluent gazeux.According to the invention, the process of the invention comprises a step f) of hydroconversion and preferably hydrotreating and/or isomerizing at least a part and preferably all of the stream comprising liquid hydrocarbons from step e) of Fischer-Tropsch synthesis to produce at least one liquid biofuel cut and at least one gaseous effluent.
L'étape f) est réalisée dans des conditions opératoires usuelles connues de l'homme du métier en présence d’hydrogène et vise à valoriser les coupes hydrocarbures liquides issues de l'étape e) par la production d’au moins une coupe biocarburants liquides, à savoir du bio-naphta, de la bio-essence, du bio-kérosène, du bio-gazole et des bases lubrifiantes bio de très haute qualité.Step f) is carried out under normal operating conditions known to those skilled in the art in the presence of hydrogen and aims to valorize the liquid hydrocarbon fractions from step e) by the production of at least one liquid biofuel fraction, namely bio-naphtha, bio-gasoline, bio-kerosene, bio-diesel and very high quality bio-lubricating bases.
Ladite étape f) d’hydroconversion comprend avantageusement une ou plusieurs unité(s) de combustion, de préférence située en amont du réacteur d’hydroconversion, dudit effluent gazeux produit dans ladite étape f) et/ou de l’effluent gazeux issu de l’étape e). Ladite unité de combustion de ladite étape f) assure les besoins thermiques de ladite étape f) et éventuellement d’une ou plusieurs autres étapes dudit procédé.Said hydroconversion step f) advantageously comprises one or more combustion unit(s), preferably located upstream of the hydroconversion reactor, of said gaseous effluent produced in said step f) and/or of the gaseous effluent from step e). Said combustion unit of said step f) provides the thermal requirements of said step f) and possibly of one or more other steps of said process.
Selon une mise en œuvre préférée de l’invention, ladite unité de combustion de ladite étape f) peut être alimentée par au moins une partie de l’oxygène issu de l’étape b) d’électrolyse de l’eau.According to a preferred embodiment of the invention, said combustion unit of said step f) can be supplied by at least some of the oxygen from step b) of water electrolysis.
Dans un autre mode de réalisation, l’unité de combustion de ladite étape f) peut être alimentée par un flux d’air éventuellement enrichi oxygène issu de l’étape (b).In another embodiment, the combustion unit of said step f) can be supplied by a flow of air possibly enriched with oxygen from step (b).
Dans ces deux derniers modes de réalisation, ladite unité de combustion comprend avantageusement une étape de refroidissement des fumées de combustion permettant de séparer le dioxyde de carbone de la vapeur d’eau par condensation. Dans le cas d’une combustion utilisant de l’air, la section de combustion est éventuellement complétée une section de séparation du dioxyde de carbone de l’azote contenus dans lesdites fumées, cette dernière peut mettre en œuvre des solvants chimiques ou physiques ou un mélange de solvants chimiques et physiques ou encore tout autre moyen connu par l'homme du métier.In these last two embodiments, the combustion unit advantageously includes a flue gas cooling stage that separates carbon dioxide from water vapor by condensation. In the case of combustion using air, the combustion section may be supplemented by a section for separating carbon dioxide from the nitrogen contained in the flue gases; this latter section may employ chemical or physical solvents, a mixture of chemical and physical solvents, or any other means known to those skilled in the art.
Selon une mise en œuvre de la caractéristique B de l’invention, le flux de dioxyde de carbone produit par l’unité de combustion de ladite étape f) d’hydroconversion alimente la charge de l’étape (g), en mélange avec le flux de dioxyde de carbone issu de l’étape (d) et le flux d’hydrogène issu de l’étape b).According to an implementation of feature B of the invention, the carbon dioxide stream produced by the combustion unit of said hydroconversion stage f) feeds the feed of stage (g), mixed with the carbon dioxide stream from stage (d) and the hydrogen stream from stage b).
De façon plus générale, tout ou partie du flux de dioxyde de carbone produit par l’unité de combustion de l’étape d’hydroconversion peut être utilisée comme sous-produit du procédé pouvant alimenter un réseau de transport, une unité de stockage ou toute installation de valorisation du dioxyde de carbone externe au procédé.More generally, all or part of the carbon dioxide stream produced by the combustion unit of the hydroconversion stage can be used as a by-product of the process to supply a transport network, a storage unit or any carbon dioxide recovery facility external to the process.
Avantageusement, l’eau formée dans l’unité de combustion de l’étape f) d’hydroconversion est en partie ou en totalité envoyée à l’étape b) d’électrolyse. Le recycle de l’eau formée à l’étape f) vers l’étape b) permet de réduire les coûts opératoires du procédé selon l’invention.Advantageously, the water formed in the combustion unit of step f) of hydroconversion is partially or totally sent to step b) of electrolysis. Recycling the water formed in step f) to step b) reduces the operating costs of the process according to the invention.
Dans un mode de réalisation, l’eau formée dans l’unité de combustion de l’étape f) d’hydroconversion subit avantageusement une étape de traitement avant son recyclage dans l’étape b) d’électrolyse de l’eau de manière à obtenir les spécifications requises de l’étape b).In one embodiment, the water formed in the combustion unit of step f) of hydroconversion advantageously undergoes a treatment step before being recycled in step b) of water electrolysis so as to obtain the required specifications of step b).
L’hydrogène nécessaire à la mise en œuvre de l’étape f) peut avantageusement provenir en tout ou partie de l’étape b) d’électrolyse de l’eau.The hydrogen required to carry out step f) can advantageously come in whole or in part from step b) of water electrolysis.
Une option possible est la production de coupes paraffiniques, produits de bases pour des procédés de pétrochimie, par exemple production d’une coupe C10-C13 destinée à la production de (bio) LAB (Linear Alkyl Benzene), ou encore de (bio) cires pour diverses applications industrielles.One possible option is the production of paraffinic cuts, basic products for petrochemical processes, for example production of a C10-C13 cut intended for the production of (bio) LAB (Linear Alkyl Benzene), or (bio) waxes for various industrial applications.
Etape g) de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS)Step g) of carbon dioxide to hydrogen conversion (RWGS)
Selon l’invention, le procédé comprend une étape (g) de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS) dans laquelle la charge combinant au moins un flux d’hydrogène et un flux de dioxyde de carbone présente au moins l’une des deux caractéristiques suivantes :According to the invention, the process comprises a step (g) of carbon dioxide to hydrogen conversion (RWGS) in which the feed combining at least one hydrogen stream and one carbon dioxide stream has at least one of the following two characteristics:
A/ au moins une partie du flux d’hydrogène issu de l’étape b) est mélangé avec le flux de dioxyde de carbone issu de l’étape (d) et éventuellement avec un flux de dioxyde de carbone issu d’une ou plusieurs unités de combustion d’effluents gazeux issus des étapes (a) et/ou (e) et/ou (f), et éventuellement avec un flux de dioxyde de carbone extérieur au procédé de telle sorte que le rapport molaire entre l’hydrogène et le dioxyde de carbone H2/CO2 en entrée de l’étape g) est ajusté entre 1,8 et 3 et de préférence entre 1,8 et 2,5, le rapport molaire H2/CO en entrée de l’étape e) de synthèse Fischer-Tropsch est ajusté par une autre partie du flux d’hydrogène issu de l’étape b), et /ouA/ at least a portion of the hydrogen stream from step b) is mixed with the carbon dioxide stream from step (d) and optionally with a carbon dioxide stream from one or more flue gas combustion units from steps (a) and/or (e) and/or (f), and optionally with a carbon dioxide stream external to the process such that the molar ratio of hydrogen to carbon dioxide H2/CO2 at the inlet of step g) is adjusted between 1.8 and 3 and preferably between 1.8 and 2.5, the molar ratio H2/CO at the inlet of step e) of Fischer-Tropsch synthesis is adjusted by another portion of the hydrogen stream from step b), and/or
B/ Le flux de dioxyde de carbone issu de l’étape (d) est mélangé avec un flux de dioxyde de carbone issu d’une ou plusieurs unités de combustion d’effluents gazeux issus des étapes (a) (e) et/ou (f), et éventuellement avec un flux de dioxyde de carbone extérieur au procédé, le mélange desdits flux de dioxyde de carbone et du flux d’hydrogène issu de l’étape b) alimentant l’étape (g) de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS).B/ The carbon dioxide stream from step (d) is mixed with a carbon dioxide stream from one or more gaseous effluent combustion units from steps (a) (e) and/or (f), and possibly with a carbon dioxide stream external to the process, the mixture of said carbon dioxide streams and the hydrogen stream from step b) feeding the carbon dioxide to hydrogen conversion (RWGS) step (g).
Ladite étape (g) de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS) permet la conversion d’une charge combinant au moins un flux d’hydrogène et un flux de dioxyde de carbone en au moins un effluent gazeux comprenant du monoxyde de carbone CO et de la vapeur d’eau.The said step (g) of carbon dioxide to hydrogen conversion (RWGS) enables the conversion of a feed combining at least one hydrogen stream and one carbon dioxide stream into at least one gaseous effluent comprising carbon monoxide CO and water vapor.
En particulier, l’effluent gazeux produit dans l’étape g) comprend un gaz de synthèse enrichi en CO (et appauvri en hydrogène) et comprend également du dioxyde de carbone non converti et de la vapeur d’eau qui est ensuite avantageusement condensée pour récupérer de l’eau.In particular, the gaseous effluent produced in step g) comprises a synthesis gas enriched in CO (and depleted in hydrogen) and also includes unconverted carbon dioxide and water vapor which is then advantageously condensed to recover water.
L’effluent gazeux produit dans l’étape g) comprend avantageusement un gaz de synthèse enrichi en CO (et appauvri en hydrogène) par rapport à l’ensemble des flux de dioxyde de carbone issu de l’étape d) et issu d’une ou plusieurs unités de combustion des effluents gazeux issus des étapes a) et/ou f) (flux 12 et 20).The gaseous effluent produced in step g) advantageously comprises a synthesis gas enriched in CO (and depleted in hydrogen) relative to the total carbon dioxide streams from step d) and from one or more combustion units of the gaseous effluents from steps a) and/or f) (streams 12 and 20).
Selon l’invention, après une étape de refroidissement et condensation de l’eau, l’effluent gazeux issu de l’étape g) de RWGS (flux 14) est envoyé dans l’étape d) d’élimination des composés acides et impuretés et préférablement envoyé dans une unité de séparation du CO2 de l’étape d4) ou combiné avec le gaz de synthèse issu de l’étape d3).According to the invention, after a water cooling and condensation step, the gaseous effluent from step g) of RWGS (flow 14) is sent to step d) for the removal of acidic compounds and impurities and preferably sent to a CO2 separation unit of step d4) or combined with the syngas from step d3).
Conformément à l’invention, tout ou partie du flux d’hydrogène nécessaire à la réaction de de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène RWGS de l’étape g) vient de l’étape d’électrolyse de l’eau de l’étape b).According to the invention, all or part of the hydrogen flow required for the RWGS carbon dioxide to hydrogen conversion reaction of step g) comes from the water electrolysis step of step b).
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, ladite étape g) comprend au moins un réacteur utilisé dans au moins une des conditions opératoires suivantes :
- température comprise entre 700°C et 1200°C, préférentiellement comprise entre 800°C et 1100°C,et plus préférentiellement encore comprise entre 850°C et 1050°C ;
- pression comprise entre 0,1 MPa et 10 MPa, préférentiellement comprise entre 0,1 MPa et 5 MPa, et plus préférentiellement comprise entre 0,1 MPa et 3,5 MPa ;
- vitesse spatiale du gaz à l'entrée du réacteur comprise entre 5000 NL/kgcata/h et 40000 NL/kgcata/h ;
- catalyseur à base des éléments Ni, Cu, Fe, Co ou de métaux précieux tels que Pt, Pd, Ru, Ag et Au. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur pour la réaction de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène RWGS de l’étape g) comprend un support, par exemple à base d’alumine, de silice, de silice-alumine, d’alumine-silicée.According to one or more embodiments, said step g) comprises at least one reactor used under at least one of the following operating conditions:
- temperature between 700°C and 1200°C, preferably between 800°C and 1100°C, and even more preferably between 850°C and 1050°C;
- pressure between 0.1 MPa and 10 MPa, preferably between 0.1 MPa and 5 MPa, and more preferably between 0.1 MPa and 3.5 MPa;
- spatial velocity of the gas at the reactor inlet between 5000 NL/kg cata /h and 40000 NL/kg cata /h;
- catalyst based on the elements Ni, Cu, Fe, Co or precious metals such as Pt, Pd, Ru, Ag and Au. According to one or more embodiments, the catalyst for the RWGS carbon dioxide to hydrogen conversion reaction of step g) comprises a support, for example based on alumina, silica, silica-alumina, alumina-silica.
Selon un mode de réalisation, l’étape g) comprend une section de chauffe des flux de dioxyde de carbone issu de l’étape d) et issu d’une ou plusieurs unités de combustion des effluents gazeux issus des étapes a) et/ou f) ainsi que du flux d’hydrogène issu de l’étape b) ou de l’effluent résultant du mélange de ces flux alimentant l’étape g), ladite section de chauffe permettant d’atteindre la température requise pour la réaction ayant lieu dans l’étape (g) de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS).According to one embodiment, step g) includes a heating section for the carbon dioxide streams from step d) and from one or more combustion units of the gaseous effluents from steps a) and/or f) as well as the hydrogen stream from step b) or the effluent resulting from the mixing of these streams feeding step g), said heating section enabling the temperature required for the reaction taking place in step (g) of conversion of carbon dioxide to hydrogen (RWGS) to be reached.
Selon une mise en œuvre, ladite étape g) comprend au moins une unité de combustion, de préférence située en amont du réacteur de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène. Ladite unité de combustion peut avantageusement être alimentée au moins en partie par un combustible pouvant être un gaz et de préférence au moins une partie des effluents gazeux issus de l’étape e) et/ou de l’étape f).According to one implementation, said step g) includes at least one combustion unit, preferably located upstream of the carbon dioxide to hydrogen conversion reactor. Said combustion unit may advantageously be fueled at least in part by a fuel which may be a gas and preferably at least part of the gaseous effluents from step e) and/or step f).
Selon une mise en œuvre préférée de l’invention, ladite unité de combustion de ladite étape g) peut être alimentée par au moins une partie de l’oxygène issu de l’étape b) d’électrolyse de l’eau.According to a preferred embodiment of the invention, said combustion unit of said step g) can be supplied by at least some of the oxygen from step b) of water electrolysis.
Dans un mode de réalisation, l’unité de combustion de ladite étape g) peut être alimentée par un flux d’air éventuellement enrichi oxygène issu de l’étape (b).In one embodiment, the combustion unit of said step g) can be supplied by a flow of air possibly enriched with oxygen from step (b).
Dans ces deux derniers modes de réalisation, ladite unité de combustion comprend avantageusement une étape de refroidissement des fumées de combustion permettant de séparer le dioxyde de carbone de la vapeur d’eau par condensation. Dans le cas d’une combustion utilisant de l’air, la section de combustion est éventuellement complétée d’un procédé de séparation du dioxyde de carbone de l’azote contenus dans lesdites fumées, cette dernière étant réalisée par la mise en œuvre de solvants chimiques ou physiques ou un mélange de solvants chimiques et physiques ou encore tout autre moyen connu par l'homme du métier.In these last two embodiments, the combustion unit advantageously includes a flue gas cooling stage that separates carbon dioxide from water vapor by condensation. In the case of combustion using air, the combustion section may optionally be supplemented by a process for separating carbon dioxide from nitrogen contained in the flue gases, this separation being carried out by the use of chemical or physical solvents, a mixture of chemical and physical solvents, or any other means known to those skilled in the art.
Suivant un mode de réalisation avantageux de l’invention, le flux de dioxyde de carbone produit par l’unité de combustion de ladite étape g) alimente la charge de l’étape (g), en mélange avec le flux de dioxyde de carbone issu de l’étape (d) et le flux d’hydrogène issu de l’étape b).According to an advantageous embodiment of the invention, the carbon dioxide stream produced by the combustion unit of said step g) feeds the charge of step (g), mixed with the carbon dioxide stream from step (d) and the hydrogen stream from step b).
De façon plus générale, tout ou partie du flux de dioxyde de carbone produit issu de l’étape d) ou produit par l’unité de combustion de l’étape g) peut être utilisée comme sous-produit du procédé pouvant alimenter un réseau de transport, une unité de stockage ou toute installation de valorisation du dioxyde de carbone externe au procédé.More generally, all or part of the carbon dioxide stream produced from step d) or produced by the combustion unit of step g) can be used as a by-product of the process to supply a transport network, a storage unit or any carbon dioxide recovery facility external to the process.
Avantageusement, l’eau formée par la réaction de RWGS ainsi que celle formée par l’éventuelle unité de combustion de l’étape g) est en partie ou en totalité récupérée et envoyée à l’étape b) d’électrolyse. Le recycle de l’eau formée à l’étape g) vers l’étape b) permet de réduire les coûts opératoires du procédé selon l’invention.Advantageously, the water formed by the RWGS reaction, as well as that formed by the optional combustion unit in step g), is partially or totally recovered and sent to the electrolysis step b). Recycling the water formed in step g) to step b) reduces the operating costs of the process according to the invention.
Dans un mode de réalisation, l’eau formée par la réaction de RWGS ainsi que celle formée par l’éventuelle unité de combustion de l’étape g) subit avantageusement une étape de traitement avant son recyclage dans l’étape b) d’électrolyse de l’eau de manière à obtenir les spécifications requises de l’étape b).In one embodiment, the water formed by the RWGS reaction and that formed by the possible combustion unit of step g) advantageously undergoes a treatment step before being recycled in step b) of water electrolysis so as to obtain the required specifications of step b).
Selon la variante A de l’invention, la quantité d’hydrogène issu de l’étape b) à l’entrée de l’unité réactionnelle de l’étape (g) est ajustée de façon à ce que le rapport molaire H2/CO2 soit compris entre 1,8 et 3 et de préférence entre 1,8 et 2,5. Une partie de l’hydrogène issu de l’étape b) d’électrolyse de l’eau est recombiné au gaz de synthèse purifié issu de l’étape d) pour obtenir un rapport molaire H2/CO compatible avec le besoin de l’unité FT c’est-à-dire de préférence compris entre 0,5 et 4, de préférence entre 1 et 3, de manière plus préférée entre 1,5 et 2,5.According to variant A of the invention, the quantity of hydrogen from step b) at the inlet of the reaction unit of step (g) is adjusted so that the H2/CO2 molar ratio is between 1.8 and 3 and preferably between 1.8 and 2.5. Part of the hydrogen from step b) of water electrolysis is recombined with the purified synthesis gas from step d) to obtain an H2/CO molar ratio compatible with the need of the FT unit, i.e. preferably between 0.5 and 4, preferably between 1 and 3, more preferably between 1.5 and 2.5.
Selon un mode de réalisation, l’effluent gazeux issu de l’étape g) de RWGS comprenant du CO, de l’H2, du CO2 non converti, et de la vapeur d’eau présente une température de sortie de l’unité réactionnelle de l’étape g) d’au moins 700°C, préférablement d’au moins 750°C, très préférablement d’au moins 800°C.According to one embodiment, the gaseous effluent from step g) of RWGS comprising CO, H2, unconverted CO2, and water vapor has an outlet temperature from the reaction unit of step g) of at least 700°C, preferably at least 750°C, most preferably at least 800°C.
La
La biomasse est introduite dans l’étape de prétraitement (A) via la conduite 1 dans laquelle elle subit une étape de séchage a1), une étape de torréfaction a2) et/ou une étape de broyage a3).The biomass is introduced into the pretreatment stage (A) via the pipe 1 in which it undergoes a drying stage a1), a roasting stage a2) and/or a grinding stage a3).
La biomasse pré-traitée est ensuite envoyée via la conduite 2 dans une étape de gazéification dans une unité (C) en mélange avec l’oxygène 11 produit lors de l’étape d’électrolyse de l’eau qui a lieu dans l’unité d’électrolyse de l’eau (B).The pre-treated biomass is then sent via pipe 2 to a gasification stage in a unit (C) mixed with oxygen 11 produced during the water electrolysis stage which takes place in the water electrolysis unit (B).
L’eau utilisée dans l’unité d’électrolyse (B) provient au moins en partie de l’étape de synthèse Fisher-Tropsch mise en œuvre dans l’unité (E) via la conduite 9.The water used in the electrolysis unit (B) comes at least in part from the Fisher-Tropsch synthesis step implemented in the unit (E) via pipe 9.
Selon une mise en œuvre de l’invention, l’eau utilisée dans l’unité d’électrolyse (B) provient au moins en partie de l’unité de combustion de l’étape d’hydroconversion mise en œuvre dans l’unité (F) via la conduite 22.According to one embodiment of the invention, the water used in the electrolysis unit (B) comes at least in part from the combustion unit of the hydroconversion stage implemented in the unit (F) via the line 22.
Selon une mise en œuvre de l’invention, l’eau utilisée dans l’unité d’électrolyse (B) provient au moins en partie de l’unité de combustion de l’étape de prétraitement mise en œuvre dans l’unité (A) via la conduite 23.According to one embodiment of the invention, the water used in the electrolysis unit (B) comes at least in part from the combustion unit of the pretreatment stage implemented in the unit (A) via the line 23.
Selon une mise en œuvre de l’invention, l’eau utilisée dans l’unité d’électrolyse (B) provient au moins en partie de l’étape de conversion à l’hydrogène du dioxyde de carbone mise en œuvre dans l’unité (G) via la conduite 21.According to one embodiment of the invention, the water used in the electrolysis unit (B) comes at least in part from the carbon dioxide hydrogen conversion step carried out in the unit (G) via the line 21.
Lors de l’étape d’électrolyse de l’eau, un flux d’hydrogène est produit et envoyé via la conduite 13 dans l’étape (G) de RWGS.During the water electrolysis stage, a flow of hydrogen is produced and sent via pipe 13 to stage (G) of RWGS.
Selon une mise en œuvre de l’invention, lors de l’étape d’électrolyse de l’eau, un flux d’hydrogène est produit et envoyé via la conduite 8 dans l’étape (E) de synthèse Fischer-Tropsch.According to one embodiment of the invention, during the water electrolysis step, a flow of hydrogen is produced and sent via the conduit 8 into the Fischer-Tropsch synthesis step (E).
L’étape de gazéification de la biomasse prétraitée qui a lieu dans l’unité (C) en présence de l’oxygène 11 issu de l’étape d’électrolyse de l’eau, permet de produire un effluent gazeux comprenant un gaz de synthèse qui sort de l’unité de gazéification (C) par la conduite 3 et est envoyé dans une étape d) de d’élimination des composés acides et impuretés du gaz de synthèse qui peut comprendre une étape d1) de lavage a l’eau du gaz de synthèse et/ou une étape d2) d’hydrolyse catalytique des composés COS et HCN et/ou une étape d3) de lavage à l’eau et une étape d4 de séparation des gaz acides. Cette étape d4 de séparation est alimentée également par l’effluent gazeux issu de l’étape G) par la conduite 14 et traité dans une unité de séparation distincte ou commune avec celle alimentée par le gaz de synthèse venant de la conduite 3. L’étape d) comporte en outre une étape d5) de recombinaison des effluents gazeux, soit du gaz de synthèse sortant de l’unité (C) par la conduite (3) avec l’effluent gazeux sortant directement de l’unité (G) par la conduite 14, le flux résultant de cette recombinaison alimentant une unité de séparation commune à l’étape d4) soit des effluents gazeux appauvris en gaz acides issus de deux unités de séparation distinctes dans l’étape d4). L’étape d comporte enfin une étape d6) de purification finale de l’effluent comprenant le gaz de synthèse issu de l’étape d4) ou d5).The gasification step of the pre-treated biomass which takes place in unit (C) in the presence of oxygen 11 from the water electrolysis step, produces a gaseous effluent comprising a synthesis gas which exits the gasification unit (C) through pipe 3 and is sent to a step d) for the removal of acidic compounds and impurities from the synthesis gas which may include a step d1) of washing the synthesis gas with water and/or a step d2) of catalytic hydrolysis of the COS and HCN compounds and/or a step d3) of washing with water and a step d4 of separation of acid gases. This separation step d4 is also fed by the gaseous effluent from step G) via line 14 and treated in a separate separation unit or one shared with the one fed by the syngas from line 3. Step d) further includes a step d5) for recombination of the gaseous effluents, either of the syngas exiting unit (C) via line (3) with the gaseous effluent exiting directly from unit (G) via line 14, the resulting flow feeding a separation unit common to step d4) or of gaseous effluents depleted of acid gases from two separate separation units in step d4). Finally, step d includes a step d6) for final purification of the effluent including the syngas from step d4) or d5).
Après purification, le flux de dioxyde de carbone issu de l’unité D alimente l’unité G par la conduite 12.After purification, the carbon dioxide stream from unit D feeds unit G through pipe 12.
L’effluent comprenant le gaz de synthèse éventuellement purifié et ensuite envoyé via la conduite 5 dans une étape de synthèse Fischer-Tropsch qui a lieu dans l’unité (E). Selon une mise en œuvre de l’invention, une partie du flux d’hydrogène 8 produit lors de l’étape d’électrolyse de l’eau est envoyé dans l’unité E. Un flux 6 comprenant des hydrocarbures liquides de synthèse est produit lors de l’étape de synthèse Fischer-Tropsch et est envoyé dans une étape d’hydroconversion dans l’unité F qui produit un flux 7 de biocarburants liquide de synthèse.The effluent includes the possibly purified syngas and is then sent via line 5 to a Fischer-Tropsch synthesis step which takes place in unit (E). According to one embodiment of the invention, a portion of the hydrogen stream 8 produced during the water electrolysis step is sent to unit E. A stream 6 comprising synthetic liquid hydrocarbons is produced during the Fischer-Tropsch synthesis step and is sent to a hydroconversion step in unit F which produces a stream 7 of synthetic liquid biofuels.
Selon une mise en œuvre de l’invention, au moins une partie de l’effluent gazeux issu de l’unité (E) est recyclé par la conduite 17 dans l’unité C de gazéification afin d'être convertie en gaz de synthèse.According to one embodiment of the invention, at least part of the gaseous effluent from unit (E) is recycled through line 17 into gasification unit C in order to be converted into synthesis gas.
Selon une mise œuvre de l’invention, une partie du flux d’oxygène produit lors de l’étape d’électrolyse de l’eau est envoyé dans une ou plusieurs unités de combustion de l’unité A et/ou de l’unité F, respectivement par les conduites 15 et/ou 16.According to one embodiment of the invention, part of the oxygen flow produced during the water electrolysis step is sent to one or more combustion units of unit A and/or unit F, respectively, through conduits 15 and/or 16.
Selon une mise en œuvre de l’invention, les flux de CO2issus d’une ou plusieurs unités de combustion de l’unité A et/ou de l’unité F, respectivement par les conduites 18 et/ou 19, alimentent l’unité G par la conduite 20.According to one embodiment of the invention, the CO2 flows from one or more combustion units of unit A and/or unit F, respectively through pipes 18 and/or 19, supply unit G through pipe 20.
Les exemples illustrent l’invention sans en limiter la portée.The examples illustrate the invention without limiting its scope.
Exemple 1 : exemple comparatif selon le document de l’art antérieur WO2014068253A1 ne comprenant pas d’étape de RGWS ni d’étape d’électrolyse de l’eau.Example 1: Comparative example according to the prior art document WO2014068253A1 not including an RGWS step or a water electrolysis step.
Le premier exemple comparatif suivant fait référence aux procédés mis en œuvre à la
L’exemple 1 prend en compte une unité qui traite 100 t/h de biomasse sèche (1) donnant 80t/h de biomasse torréfiée en sortie de l’étape A de prétraitement par torréfaction. La biomasse torréfiée (2) contient 60 %pds de carbone et 35 % d’oxygène.Example 1 considers a unit that processes 100 t/h of dry biomass (1), yielding 80 t/h of torrefied biomass at the outlet of pretreatment stage A by torrefaction. The torrefied biomass (2) contains 60 wt% carbon and 35% oxygen.
L’unité de gazéification C, alimentée par la biomasse torréfiée (2) et un flux gazeux recyclé de l’unité FT (17), produit 3 fois plus de CO que CO2 en mol, soit une quantité de CO de 93,2 t/h. Le ratio H2/CO en sortie de l’unité est de 0,5. Une unité de conversion à l’eau du monoxyde de carbone ou water gas shift selon la terminologie anglo-saxonne permet d’augmenter le ratio de 0,5 à 2,1.The gasification unit C, fueled by torrefied biomass (2) and a recycled gas stream from unit FT (17), produces 3 times more CO than CO2 in mol, i.e., a quantity of CO of 93.2 t/h. The H2/CO ratio at the unit outlet is 0.5. A carbon monoxide water conversion unit, or water gas shift according to Anglo-Saxon terminology, increases the ratio from 0.5 to 2.1.
L’étape E de synthèse Fischer-Tropsch produit une fraction gazeuse qui constitue une partie des effluents du bloc E.The Fischer-Tropsch synthesis step E produces a gaseous fraction which constitutes part of the effluents from block E.
Une partie de cet effluent gazeux peut être utilisée comme combustible pour apporter l’énergie nécessaire pour les étapes A et FPart of this gaseous effluent can be used as fuel to provide the energy needed for steps A and F.
Les différentes étapes du procédé conduisant à la réduction du rendement en carbone sont :The different stages of the process leading to the reduction of carbon yield are:
L’étape de torréfaction A avec une perte de 4 % de carbone.Roasting stage A with a 4% carbon loss.
L’étape de gazéification C avec une perte de 27 % de carbone supplémentaire.The gasification stage C with an additional 27% carbon loss.
L’étape de water gas shift D’avec une perte de 41 % de carbone supplémentaire.The water gas shift step with an additional 41% carbon loss.
La combustion d’une partie de l’effluent gazeux issu de l’étape de synthèse Fischer Tropsch E pour les besoins thermiques des étapes A et F, avec une perte de 4% de carbone supplémentaireThe combustion of part of the gaseous effluent from the Fischer Tropsch E synthesis step for the thermal needs of steps A and F, with an additional 4% carbon loss
Le rendement global en carbone de la chaîne est donc de 24 %pds soit un rendement matière total de 15%pds.The overall carbon yield of the chain is therefore 24 wt%, i.e. a total material yield of 15 wt%.
Le CO2 produit par le procédé est produit principalement à quatre étapes :The CO2 produced by the process is mainly produced in four stages:
- La combustion des gaz de prétraitement issus de l’étape de prétraitement A représentant 7,3 t/ha- The combustion of pretreatment gases from pretreatment stage A represents 7.3 t/ha
- L’étape de gazéification C représentant 48,8 t/h.- The gasification stage C represents 48.8 t/h.
- L’étape de water gas shift D’ pour un débit de 75,5 t/h.- The water gas shift step D’ for a flow rate of 75.5 t/h.
- La combustion d’une partie de l’effluent issu de l’étape de synthèse Fischer Tropsch E pour les besoins thermiques des étapes A et F représentant 7,1 t/h- The combustion of part of the effluent from the Fischer Tropsch E synthesis step for the thermal needs of steps A and F, representing 7.1 t/h
La quantité d’oxygène nécessaire pour apporter l’énergie à l’étape de gazéification C est de 66 t/h.The amount of oxygen required to supply energy to gasification stage C is 66 t/h.
La
Exemple 2 : exemple comparatif selon le procédé décrit dans WO2022/079407A1.Example 2: comparative example according to the process described in WO2022/079407A1.
La
Les étapes mises en œuvre dans le procédé de l’exemple comparatif 2 sont identiques à celles du procédé selon l’invention. L’exemple 2 est comparatif en ce que le procédé décrit dans le document WO 2022/079407 ne répond ni à la caractéristique A ni à la caractéristique B de la présente invention, en ce que l’exemple 2 :The steps implemented in the process of Comparative Example 2 are identical to those of the process according to the invention. Example 2 is comparative in that the process described in document WO 2022/079407 does not meet either characteristic A or characteristic B of the present invention, in that Example 2:
- ne prévoit pas le recyclage du CO2 produit par les unités de combustion des étapes A et F vers l’étape G (flux 18 et 19 de la
- En ce que le rapport molaire entre l’hydrogène et le dioxyde de carbone H2/CO2 en entrée du réacteur de l’étape g) de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (R-WGS) est égal à 7,3 soit en dehors de la gamme revendiquée dans la caractéristique A de 1,8 à 3.- In that the molar ratio between hydrogen and carbon dioxide H2/CO2 at the inlet of the reactor in step g) of carbon dioxide to hydrogen conversion (R-WGS) is equal to 7.3, i.e. outside the range claimed in characteristic A of 1.8 to 3.
Seul le flux de CO2 12 produit par l’étape de désacidification D est traité dans l’étape G de R-WGS, soit une quantité de CO2 de 58,8 t/h.Only the CO2 12 flux produced by the deacidification step D is treated in the R-WGS step G, i.e. a quantity of CO2 of 58.8 t/h.
L’exemple prend en compte une unité qui traite 100 t/h de biomasse sèche 1 donnant 80t/h de biomasse torréfiée en sortie de l’étape A. La biomasse torréfiée (2) contient 60 %pds de carbone et 35 % d’oxygène.The example takes into account a unit which processes 100 t/h of dry biomass 1 giving 80 t/h of torrefied biomass at the output of step A. The torrefied biomass (2) contains 60 wt% carbon and 35% oxygen.
L’unité de gazéification C alimentée par la biomasse torréfiée 2 et un flux gazeux recyclé 17 de l’étape E de synthèse FT produit 3 fois plus de CO que CO2 en mol, soit une quantité de CO de 102,6 t/h. Le ratio H2/CO en sortie de l’unité est de 0,5. Dans cet exemple, le ratio H2/CO est augmenté de 0,5 à 2,1 en entrée de l’étape E de synthèse Fischer-Tropsch (E) par un apport d’hydrogène externe (non représenté sur la figure) produit par électrolyse de l’eau B. Le débit d’hydrogène injecté en entrée de l’étape de conversion à l’hydrogène du dioxyde de carbone RWGS (étape G) est ajusté de telle sorte que le ratio H2/CO en entrée de synthèse FT soit égal à 2,1 sans besoin d’un appoint complémentaire d’hydrogène (flux 8 de la
La quantité d’hydrogène nécessaire pour la réaction de conversion à l’hydrogène du dioxyde de carbone R-WGS est dans ce cas de 19,6 t/h pour un débit de CO2 de 58,8 t/h, soit un ratio molaire H2/CO2 de 7,3 en entrée du réacteur de l’étape G de de conversion à l’hydrogène du dioxyde de carbone R-WGS. En ajoutant une consommation de 0,6 t/h pour l’étape d’hydroconversion, la quantité d’hydrogène requise est de 20,2 t/h. Pour produire une telle quantité d’hydrogène, le co-produit de l’électrolyse, l’oxygène est produit à hauteur de 161 t/h. Ce débit est supérieur au débit nécessaire pour l’étape de gazéification (72,5 t/h).The amount of hydrogen required for the R-WGS carbon dioxide hydrogen conversion reaction is 19.6 t/h in this case, with a CO2 flow rate of 58.8 t/h, resulting in a H2/CO2 molar ratio of 7.3 at the inlet of the reactor in stage G of the R-WGS carbon dioxide hydrogen conversion process. Adding a consumption of 0.6 t/h for the hydroconversion stage, the required amount of hydrogen is 20.2 t/h. To produce this quantity of hydrogen, the co-product of electrolysis, oxygen, is produced at a rate of 161 t/h. This flow rate is higher than the flow rate required for the gasification stage (72.5 t/h).
L’étape E de synthèse Fischer-Tropsch produit une fraction gazeuse qui constitue une partie des effluents du bloc E.The Fischer-Tropsch synthesis step E produces a gaseous fraction which constitutes part of the effluents from block E.
Une partie de cet effluent gazeux peut être utilisée comme combustible pour apporter l’énergie nécessaire à la réaction de R-WGS (étape G), en plus de la fraction utilisée comme combustible pour les étapes A et F. La consommation de carbone correspondant à la combustion de cet effluent gazeux issu de l’étape E de synthèse FT pour les besoins thermiques des étapes A, F et G, est estimée dans cet exemple à 22% du carbone contenu dans la biomasse sèche.Part of this gaseous effluent can be used as fuel to provide the energy required for the R-WGS reaction (step G), in addition to the fraction used as fuel for steps A and F. The carbon consumption corresponding to the combustion of this gaseous effluent from step E of FT synthesis for the thermal needs of steps A, F and G, is estimated in this example to be 22% of the carbon contained in the dry biomass.
Les différentes étapes du procédé conduisant à la réduction du rendement en carbone sont :The different stages of the process leading to the reduction of carbon yield are:
- L’étape de torréfaction A avec une perte de 4 % de carbone.- Roasting stage A with a 4% loss of carbon.
- La combustion d’une partie de l’effluent gazeux issu de l’étape E de synthèse FT pour les besoins thermiques de l’étape A, de l’étape F et de l’étape G, avec une perte de 22% de carbone supplémentaire.- The combustion of part of the gaseous effluent from step E of FT synthesis for the thermal needs of step A, step F and step G, with an additional loss of 22% carbon.
Le rendement global en carbone de la chaîne est donc de 74 %pds soit un rendement matière total de 44%pds.The overall carbon yield of the chain is therefore 74% wt%, i.e. a total material yield of 44% wt%.
Pour la capacité de production de l’exemple, l’étape E de synthèse Fischer-Tropsch et l’étape G de conversion du CO2 par l’hydrogène produisent respectivement environ 88 t/h et 22 t/h d’eau, soit 50% du besoin en eau de l’étape d’électrolyse, la consommation nette en eau étant de 109 t/hFor the production capacity of the example, stage E of Fischer-Tropsch synthesis and stage G of CO2 to hydrogen conversion produce approximately 88 t/h and 22 t/h of water respectively, representing 50% of the water requirement of the electrolysis stage, with a net water consumption of 109 t/h
Le CO2 rejeté par le procédé selon l’exemple 2 est produit principalement à deux étapes :The CO2 released by the process according to example 2 is produced mainly in two stages:
- La combustion des gaz de prétraitement représentant 7,3 t/h- The combustion of pretreatment gases represents 7.3 t/h
- La combustion d’une partie de l’effluent gazeux issu de l’unité FT représentant au total 41,2 t/h, soit 31,3 t/h pour la section de combustion de l’étape G de conversion à l’hydrogène du dioxyde de carbone R-WGS, 4,2 t/h pour la section de combustion de l’unité d’hydroconversion à l’étape F et 5,7 t/h pour la section de combustion de l’étape de prétraitement A- The combustion of a portion of the gaseous effluent from unit FT, totaling 41.2 t/h, is comprised of 31.3 t/h for the combustion section of stage G (carbon dioxide conversion to hydrogen R-WGS), 4.2 t/h for the combustion section of the hydroconversion unit in stage F, and 5.7 t/h for the combustion section of pretreatment stage A.
La quantité d’oxygène nécessaire pour apporter l’énergie à l’étape de gazéification C est de 72,5 t/h, ce qui représente 45% de l’oxygène produit par électrolyse.The amount of oxygen required to supply energy to the gasification stage C is 72.5 t/h, which represents 45% of the oxygen produced by electrolysis.
La
Exemple 3 selon l'invention illustrant le fonctionnement de l'invention selon la caractéristique AExample 3 according to the invention illustrating the operation of the invention according to characteristic A
L’exemple 3 selon l’invention ci-dessous fait référence aux étapes mises en œuvre à la
Il prend en compte un procédé qui traite 100 t/h de biomasse sèche (1) donnant 80t/h de biomasse torréfiée en sortie de l’étape A. La biomasse torréfiée (2) contient 60 %pds de carbone et 35 % d’oxygène.It takes into account a process which treats 100 t/h of dry biomass (1) giving 80 t/h of torrefied biomass at the output of step A. The torrefied biomass (2) contains 60 wt% carbon and 35% oxygen.
L’étape C de gazéification produit 3 fois plus de CO que CO2 en mol, soit une quantité de CO de 111 t/h. Le ratio H2/CO en sortie de l’unité est de 0,5. Dans cet exemple, le ratio H2/CO est augmenté de 0,5 à 2,1 en entrée de l’étape de synthèse Fischer-Tropsch E par un apport d’hydrogène externe (8) produit par électrolyse de l’eau B. Le débit d’hydrogène (13) injecté en entrée de l’étape G de conversion à l’hydrogène du dioxyde de carbone R-WGS est ajusté selon la mise en œuvre de l’invention de telle sorte que le ratio H2/CO2 en entrée de synthèse du réacteur de R-WGS soit compris entre 1,8 et 3 et en particulier égal à 2 correspondant à la caractéristique A selon l’invention.Gasification step C produces 3 times more CO than CO2 in mol, i.e., a quantity of CO of 111 t/h. The H2/CO ratio at the unit outlet is 0.5. In this example, the H2/CO ratio is increased from 0.5 to 2.1 at the inlet of the Fischer-Tropsch synthesis step E by an external hydrogen supply (8) produced by water electrolysis B. The hydrogen flow rate (13) injected at the inlet of the carbon dioxide to hydrogen conversion step G R-WGS is adjusted according to the implementation of the invention such that the H2/CO2 ratio at the inlet of the R-WGS reactor synthesis is between 1.8 and 3 and in particular equal to 2, corresponding to characteristic A according to the invention.
L’exemple 3 ne reproduit pas la caractéristique B selon l’invention en ce que les flux de CO2 issus de l’étape d), et le flux de CO2 issu des unités de combustion des effluents gazeux des étapes a), e) et f) ne sont pas recyclés en mélange avec le flux d’hydrogène issu de l’étape b).Example 3 does not reproduce feature B according to the invention in that the CO2 streams from step d), and the CO2 stream from the combustion units of the gaseous effluents of steps a), e) and f) are not recycled in mixture with the hydrogen stream from step b).
Dans cet exemple, la quantité d’hydrogène (13) injectée au niveau de l’étape G de conversion à l’hydrogène du dioxyde de carbone R-WGS est de 7,3 t/h pour un débit de CO2 issu de l’étape D (12) de 79,5t/h, soit un ratio molaire H2/CO2 de 2 en entrée de l’étape G de conversion à l’hydrogène du dioxyde de carbone R-WGS. Pour atteindre un ratio H2/CO de 2,1 en entrée de l’étape D de synthèse Fischer-Tropsch, un appoint complémentaire d’hydrogène externe (8) produit par électrolyse de l’eau B de 13,8 t/h est mélangé au gaz de synthèse (5) issu de l’étape D. En ajoutant une consommation de 0,7t/h d’hydrogène pour l’étape F d’hydroconversion, le besoin total en hydrogène du procédé est de 21,7 t/h. Pour produire une telle quantité d’hydrogène, le co-produit de l’électrolyse de l’eau, l’oxygène est produit à hauteur de 172t/h. Ce débit est supérieur au débit nécessaire pour l’étape de gazéification C via la conduite (11) (78 t/h).In this example, the quantity of hydrogen (13) injected at step G of the R-WGS carbon dioxide-to-hydrogen conversion is 7.3 t/h, with a CO2 flow rate from step D (12) of 79.5 t/h, resulting in an H2/CO2 molar ratio of 2 at the inlet of step G. To achieve an H2/CO2 ratio of 2.1 at the inlet of step D of the Fischer-Tropsch synthesis, an additional supply of external hydrogen (8) produced by water electrolysis (B) of 13.8 t/h is mixed with the synthesis gas (5) from step D. Adding a hydrogen consumption of 0.7 t/h for the hydroconversion step F, the total hydrogen requirement of the process is 21.7 t/h. To produce such a quantity of hydrogen, the co-product of water electrolysis, oxygen is produced at a rate of 172 t/h. This flow rate is greater than the flow rate required for the gasification step C via the pipe (11) (78 t/h).
L’étape de synthèse Fischer-Tropsch E produit au moins un effluent gazeux qui constitue une partie des effluents du bloc E et un flux d’hydrocarbures liquides (6) qui est envoyé dans l’étape F d’hydroconversion.The Fischer-Tropsch synthesis step E produces at least one gaseous effluent which constitutes part of the effluents of block E and a stream of liquid hydrocarbons (6) which is sent to the hydroconversion step F.
En plus de la fraction de l’effluent gazeux issu de l’étape E, utilisée comme combustible pour les étapes A et F, une autre partie de cet effluent gazeux issu de l’étape E peut être utilisée comme combustible pour apporter l’énergie nécessaire à la réaction de conversion à l’hydrogène du dioxyde de carbone R-WGS (étape G). La consommation de carbone correspondant à cette perte en effluent gazeux issu du FT est estimée dans cet exemple à 16% du carbone contenu dans la biomasse sèche.In addition to the portion of the gaseous effluent from step E used as fuel for steps A and F, another portion of this gaseous effluent from step E can be used as fuel to provide the energy required for the carbon dioxide conversion reaction R-WGS (step G). The carbon consumption corresponding to this loss of gaseous effluent from the FT is estimated in this example to be 16% of the carbon contained in the dry biomass.
Le CO2 rejeté par le procédé (et non recyclé) est donc produit principalement à deux étapes :The CO2 released by the process (and not recycled) is therefore produced mainly in two stages:
- La combustion des gaz de prétraitement représentant 7,3 t/h- The combustion of pretreatment gases represents 7.3 t/h
- La combustion d’une partie de l’effluent gazeux issu de l’étape de synthèse FT E représentant au total 29,6 t/h, soit 19,3 t/h pour l’unité de combustion de l’étape de conversion à l’hydrogène du dioxyde de carbone R-WGS, 4,6 t/h pour la section de combustion de l’étape F d’hydroconversion et 5,7 t/h pour la section de combustion de l’étape de prétraitement (A).- The combustion of part of the gaseous effluent from the synthesis step FT E representing a total of 29.6 t/h, i.e. 19.3 t/h for the combustion unit of the carbon dioxide hydrogen conversion step R-WGS, 4.6 t/h for the combustion section of the hydroconversion step F and 5.7 t/h for the combustion section of the pretreatment step (A).
Les différentes étapes du procédé conduisant à la réduction du rendement en carbone sont donc :The different stages of the process leading to the reduction of carbon yield are therefore:
- L’étape de torréfaction avec une perte de 4 % de carbone.- The roasting stage with a 4% loss of carbon.
- La combustion d’une partie de l’effluent gazeux issu de l’étape E de synthèse FT pour les besoins thermiques de l’étape A, de l’étape F et de l’étape G de, avec une perte de 16% de carbone supplémentaire.- The combustion of part of the gaseous effluent from step E of FT synthesis for the thermal needs of step A, step F and step G, with an additional loss of 16% carbon.
Le rendement global en carbone de la chaîne est donc de 80 %pds soit un rendement matière total de 48 %pds.The overall carbon yield of the chain is therefore 80% wt, i.e. a total material yield of 48% wt.
Le rendement de production de biocarburants de la chaîne est augmenté de 228% par rapport au procédé de l’art antérieur tel que décrit dans l’exemple 1, et de 9% par rapport au procédé comprenant une étape de conversion à l’hydrogène du dioxyde de carbone RWGS selon l’art antérieur décrit dans l’exemple 2.The biofuel production yield of the chain is increased by 228% compared to the prior art process as described in Example 1, and by 9% compared to the process including a carbon dioxide RWGS hydrogen conversion step according to the prior art described in Example 2.
La mise en œuvre du procédé selon l’invention comporte le recyclage dans l’étape B d’électrolyse de l’eau, de l’eau des fumées de combustion des étapes (A) et (F) (flux 23 et 22) ainsi que l’eau condensée de l’effluent du réacteur de RWGS de l’étape G et des fumées de l’unité de combustion de l’étape G (21). En ajoutant ces différents flux avec l’eau produite par l’étape de synthèse Fischer-Tropsch E, on récupère environ 155 t/h d’eau, soit 66% du besoin en eau de l’étape d’électrolyse B.The implementation of the process according to the invention involves recycling, in the water electrolysis step B, the water from the combustion flue gases of steps (A) and (F) (streams 23 and 22), as well as the condensed water from the effluent of the RWGS reactor in step G and from the flue gases of the combustion unit in step G (21). By adding these various streams with the water produced by the Fischer-Tropsch synthesis step E, approximately 155 t/h of water is recovered, representing 66% of the water requirement of the electrolysis step B.
La quantité d’oxygène nécessaire pour apporter l’énergie à l’étape de gazéification C est de 78,1 t/h, ce qui représente 45% de l’oxygène produit par électrolyse de l’eau B.The amount of oxygen required to supply energy to the gasification stage C is 78.1 t/h, which represents 45% of the oxygen produced by water electrolysis B.
La quantité de CO2 émise à l’atmosphère s’élève à 7,7 tonnes/tonne de biocarburant produit et la consommation d’eau pour électrolyse à 1,7 tonnes / tonne de biocarburant.The amount of CO2 emitted into the atmosphere amounts to 7.7 tonnes/tonne of biofuel produced and the water consumption for electrolysis is 1.7 tonnes/tonne of biofuel.
Les émissions de CO2 émises par tonne de biocarburant produit dans le procédé selon l’invention sont réduites de 92% par rapport au schéma de l’art antérieur selon l’exemple comparatif 1 (sans hydrogène électrolytique et sans étape G de conversion à l’hydrogène du dioxyde de carbone RWGS) et de 30% par rapport au bilan selon l’exemple comparatif 2.The CO2 emissions emitted per tonne of biofuel produced in the process according to the invention are reduced by 92% compared to the prior art scheme according to comparative example 1 (without electrolytic hydrogen and without step G of conversion of carbon dioxide to hydrogen RWGS) and by 30% compared to the balance according to comparative example 2.
L’appoint d’eau pour l’électrolyse ramené à la production de biocarburants est réduit de 32% par rapport à l’exemple comparatif 2.The water input for electrolysis, when compared to the production of biofuels, is reduced by 32% compared to comparative example 2.
La mise en œuvre selon l’invention améliore donc nettement le bilan environnemental de la filière.The implementation according to the invention therefore significantly improves the environmental performance of the sector.
La
Exemple 4 selon l'invention illustrant le fonctionnement de l'invention selon la caractéristique BExample 4 according to the invention illustrating the operation of the invention according to characteristic B
Il prend en compte en compte un procédé qui traite 100 t/h de biomasse sèche (1) donnant 80t/h de biomasse torréfiée en sortie de l’étape A. La biomasse torréfiée (2) contient 60 %pds de carbone et 35 % d’oxygène.It takes into account a process which treats 100 t/h of dry biomass (1) giving 80 t/h of torrefied biomass at the output of step A. The torrefied biomass (2) contains 60 wt% carbon and 35% oxygen.
L’exemple 4 selon l’invention ci-dessous fait référence aux étapes mises en œuvre à la
Dans l’exemple 4, l’unité de gazéification C alimentée par la biomasse torréfiée (2) et un flux gazeux (17) recyclé de l’étape E de synthèse FT produit 3 fois plus de CO que CO2 en mol, soit une quantité de CO de 103 t/h. Le ratio H2/CO en sortie de l’unité est de 0,5. Dans cet exemple, le ratio H2/CO est augmenté de 0,5 en sortie de l’étape c) à 2,1 en entrée de l’étape de synthèse Fischer-Tropsch E par un apport d’hydrogène externe produit par électrolyse de l’eau B. Le débit d’hydrogène (13) injecté en entrée de l’étape G de conversion à l’hydrogène du dioxyde de carbone R-WGS (bloc G) est ajusté de telle sorte que le ratio H2/CO en entrée de synthèse FT soit égal à 2,1 sans besoin d’un appoint complémentaire d’hydrogène (flux 8 égal à zéro).In example 4, the gasification unit C, fed by torrefied biomass (2) and a recycled gas stream (17) from step E of FT synthesis, produces 3 times more CO than CO2 in mol, i.e., a quantity of CO of 103 t/h. The H2/CO ratio at the outlet of the unit is 0.5. In this example, the H2/CO ratio is increased from 0.5 at the outlet of step c) to 2.1 at the inlet of the Fischer-Tropsch synthesis step E by an external supply of hydrogen produced by electrolysis of water B. The hydrogen flow rate (13) injected at the inlet of the carbon dioxide to hydrogen conversion step G R-WGS (block G) is adjusted so that the H2/CO ratio at the inlet of FT synthesis is equal to 2.1 without the need for additional hydrogen supply (flow 8 equal to zero).
La mise en œuvre du procédé selon l’invention comporte l’utilisation d’oxygène produit par électrolyse de l’eau B pour les unités de combustion des étapes A et F (flux 15 et 16), ainsi que le recyclage du CO2 produit par lesdites étapes vers l’étape G (flux 18 et 19) (caractéristique B selon l’invention). Au flux de CO2 (12) produit par l’étape d’élimination des gaz acides D de 60,6t/h s’ajoutent le flux 18 de 5,7t/h et le flux 19 de 4,4 t/h soit une quantité de CO2 totale de 70,7 t/h traitée par l’étape G de conversion à l’hydrogène du dioxyde de carbone R-WGS.The implementation of the process according to the invention involves the use of oxygen produced by water electrolysis B for the combustion units of stages A and F (flows 15 and 16), as well as the recycling of the CO2 produced by said stages to stage G (flows 18 and 19) (feature B according to the invention). To the CO2 flow (12) produced by the acid gas removal stage D of 60.6 t/h are added the flow 18 of 5.7 t/h and the flow 19 of 4.4 t/h, for a total quantity of CO2 of 70.7 t/h treated by the carbon dioxide to hydrogen conversion stage G R-WGS.
La quantité d’hydrogène nécessaire pour la réaction de l’étape G de R-WGS est dans ce cas de 21,1 t/h pour un débit de CO2 de 70,7 t/h, soit un ratio molaire H2/CO2 de6,5en entrée du réacteur de l’étape G de conversion à l’hydrogène du dioxyde de carbone R-WGS. En ajoutant une consommation de 0,6 t/h pour l’étape F d’hydroconversion, la quantité d’hydrogène requise est de 21,7 t/h. Pour produire une telle quantité d’hydrogène, le co-produit de l’électrolyse, l’oxygène est produit à hauteur de 172 t/h.The amount of hydrogen required for the reaction in step G of R-WGS is 21.1 t/h in this case, with a CO2 flow rate of 70.7 t/h, resulting in a H2/CO2 molar ratio of 6.5 at the inlet of the R-WGS carbon dioxide-to-hydrogen conversion reactor in step G. Adding a consumption of 0.6 t/h for the hydroconversion step F, the total hydrogen requirement is 21.7 t/h. To produce this quantity of hydrogen, the co-product of electrolysis, oxygen, is produced at a rate of 172 t/h.
L’unité de synthèse Fischer-Tropsch de l’étape E produit au moins un effluent gazeux qui constitue une partie des effluents du bloc E et un flux d’hydrocarbures liquides (6) qui est envoyé dans l’étape F d’hydroconversion.The Fischer-Tropsch synthesis unit of step E produces at least one gaseous effluent which constitutes part of the effluents of block E and a stream of liquid hydrocarbons (6) which is sent to the hydroconversion step F.
Une partie de cet effluent hydrocarbures gazeux peut être utilisée comme combustible pour apporter l’énergie nécessaire à la réaction de R-WGS. Contrairement aux descriptions de l’art antérieur, l’énergie nécessaire aux étapes A et F est fournie par la combustion d’une fraction de l’effluent gazeux issu de l’étape E de synthèse FT avec un flux d’oxygène pur (non représenté sur la figure) issu de l’unité d’électrolyse B. Le flux de CO2 pur (flux 20) résultant de cette combustion est recyclé vers l’étape G de conversion à l’hydrogène du dioxyde de carbone. La consommation de carbone correspondant à la perte en effluent gazeux issu du FT est donc limitée dans cet exemple à 19% du carbone contenu dans la biomasse sèche.Part of this gaseous hydrocarbon effluent can be used as fuel to provide the energy required for the R-WGS reaction. Contrary to prior art descriptions, the energy required for steps A and F is supplied by the combustion of a fraction of the gaseous effluent from step E of the FT synthesis with a stream of pure oxygen (not shown in the figure) from electrolysis unit B. The pure CO2 stream (stream 20) resulting from this combustion is recycled to step G, which converts carbon dioxide to hydrogen. The carbon consumption corresponding to the loss of gaseous effluent from FT is therefore limited in this example to 19% of the carbon contained in the dry biomass.
Le CO2 produit par le procédé est donc issu principalement de deux étapes :The CO2 produced by the process therefore comes mainly from two stages:
- La combustion des gaz de prétraitement représentant 7,3 t/h- The combustion of pretreatment gases represents 7.3 t/h
- La combustion dans l’unité de combustion de l’unité G d’une partie de l’effluent gazeux issue de l’étape E de synthèse FT pour la production de chaleur nécessaire à l’unité G de l’étape de conversion à l’hydrogène du dioxyde de carbone RWGS représentant au total 34,8 t/h.- The combustion in the combustion unit of unit G of part of the gaseous effluent from step E of synthesis FT for the production of heat required for unit G of the carbon dioxide hydrogen conversion step RWGS representing a total of 34.8 t/h.
Les différentes étapes du procédé conduisant à la réduction du rendement en carbone sont donc :The different stages of the process leading to the reduction of carbon yield are therefore:
- L’étape de torréfaction A avec une perte de 4 % de carbone.- Roasting stage A with a 4% loss of carbon.
- La combustion d’une partie de l’effluent gazeux issu de l’unité FT pour les besoins thermiques de l’étape G, avec une perte de 19% de carbone supplémentaire.- The combustion of part of the gaseous effluent from the FT unit for the thermal needs of stage G, with an additional loss of 19% carbon.
Le rendement global en carbone de la chaîne est donc de 77 %pds soit un rendement matière total de 47%pds.The overall carbon yield of the chain is therefore 77% wt, i.e. a total material yield of 47% wt.
Le rendement de production de biocarburants de la chaîne est augmenté de 217% par rapport au procédé de référence tel que décrit dans l’exemple 1, et de 5% par rapport au procédé avec RWGS selon l’art antérieur décrit dans l’exemple 2.The biofuel production yield of the chain is increased by 217% compared to the reference process as described in Example 1, and by 5% compared to the prior art RWGS process described in Example 2.
La mise en œuvre du procédé selon l’invention comporte le recyclage de l’eau des fumées de combustion des étapes (a) et (f) (flux 23 et 22) ainsi que l’eau condensée de l’effluent du réacteur de RWGS et des fumées de l’unité de combustion de l’étape G (flux 21). En ajoutant ces différents flux avec l’eau produite par l’étape E de synthèse Fischer-Tropsch, on récupère environ 166 t/h d’eau, soit 71% du besoin en eau de l’étape d’électrolyse.The implementation of the process according to the invention involves recycling the water from the combustion flue gases of steps (a) and (f) (streams 23 and 22) as well as the condensed water from the effluent of the RWGS reactor and the flue gases from the combustion unit of step G (stream 21). By adding these different streams with the water produced by step E of the Fischer-Tropsch synthesis, approximately 166 t/h of water is recovered, representing 71% of the water requirement of the electrolysis step.
La quantité d’oxygène électrolytique nécessaire pour l’étape C de gazéification, ainsi que pour les sections de combustion des étapes A et F est de 84 t/h, ce qui représente 49% de l’oxygène produit par électrolyse B.The amount of electrolytic oxygen required for gasification stage C, as well as for the combustion sections of stages A and F, is 84 t/h, which represents 49% of the oxygen produced by electrolysis B.
La quantité de CO2 émise à l’atmosphère s’élève à 9,1 tonnes/tonne de biocarburant produit et la consommation d’eau pour électrolyse à 1,5 tonnes / tonne de biocarburantThe amount of CO2 emitted into the atmosphere is 9.1 tonnes per tonne of biofuel produced, and the water consumption for electrolysis is 1.5 tonnes per tonne of biofuel.
Les émissions de CO2 émises par tonne de biocarburant produit dans le procédé selon l’invention sont réduites de 90% par rapport au schéma de référence selon l’exemple comparatif 1 (sans hydrogène électrolytique ni étape G de conversion à l’hydrogène du dioxyde de carbone RWGS) et de 17% par rapport au bilan selon l’exemple comparatif 2. L’appoint d’eau pour l’électrolyse ramené à la production de biocarburants est réduit de 40% par rapport à l’exemple comparatif 2. La mise en œuvre selon l’invention améliore donc nettement le bilan environnemental de la filière.CO2 emissions per tonne of biofuel produced in the process according to the invention are reduced by 90% compared to the reference scheme according to comparative example 1 (without electrolytic hydrogen or step G of conversion of carbon dioxide to hydrogen RWGS) and by 17% compared to the balance according to comparative example 2. The water input for electrolysis, relative to biofuel production, is reduced by 40% compared to comparative example 2. The implementation according to the invention therefore significantly improves the environmental balance of the sector.
La
Exemple 5 selon l'invention illustrant le fonctionnement de l'invention selon les caractéristiques A et BExample 5 according to the invention illustrating the operation of the invention according to features A and B
Il prend en compte un procédé qui traite 100 t/h de biomasse sèche (1) donnant 80t/h de biomasse torréfiée en sortie de l’étape A. La biomasse torréfiée (2) contient 60 %pds de carbone et 35 % d’oxygène.It takes into account a process which treats 100 t/h of dry biomass (1) giving 80 t/h of torrefied biomass at the output of step A. The torrefied biomass (2) contains 60 wt% carbon and 35% oxygen.
L’exemple 5 selon l’invention ci-dessous fait référence aux étapes mises en œuvre à la
Dans l’exemple 5, l’étape C de gazéification alimentée par la biomasse torréfiée (2) et un effluent gazeux recyclé (17) de l’étape E de synthèse FT produit 3 fois plus de CO que CO2 en mol, soit une quantité de CO de 111 t/h. Comme dans l’exemple 3, le ratio H2/CO est augmenté de 0,5 à 2,1 en entrée de l’étape E de synthèse Fischer-Tropsch par un apport d’hydrogène externe (8) produit par électrolyse. Le débit d’hydrogène injecté (13) en entrée de l’étape G de R-WGS est ajusté selon la mise en œuvre de l’invention de telle sorte que le ratio H2/CO2 en entrée de l’étape G de R-WGS soit égal à 2. La mise en œuvre du procédé selon la caractéristique B de l’invention comporte le recyclage du CO2 produit par les étapes de combustion d’effluent gazeux dans les étapes A et F vers l’étape G (flux 18 et 19) (caractéristique B). Au flux de CO2 (12) produit par l’étape D d’élimination des composés acides de 83,3t/h s’ajoutent le flux 18 de 5,7 t/h et 19 de 4,8 t/h soit une quantité de CO2 totale de 93,9 t/h traitée par l’étape G de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS).In example 5, gasification step C, fed by torrefied biomass (2) and a recycled gaseous effluent (17) from FT synthesis step E, produces 3 times more CO than CO2 in mol, i.e., a quantity of CO of 111 t/h. As in example 3, the H2/CO ratio is increased from 0.5 to 2.1 at the inlet of Fischer-Tropsch synthesis step E by an external hydrogen input (8) produced by electrolysis. The hydrogen flow rate injected (13) at the inlet of stage G of R-WGS is adjusted according to the implementation of the invention such that the H2/CO2 ratio at the inlet of stage G of R-WGS is equal to 2. The implementation of the process according to feature B of the invention includes recycling the CO2 produced by the gaseous effluent combustion steps in stages A and F to stage G (flows 18 and 19) (feature B). To the CO2 flow (12) produced by stage D for the removal of acidic compounds of 83.3 t/h are added the flow 18 of 5.7 t/h and 19 of 4.8 t/h, for a total quantity of CO2 of 93.9 t/h treated by stage G for the conversion of carbon dioxide to hydrogen (RWGS).
Dans cet exemple, la quantité d’hydrogène (13) injectée au niveau de l’étape G de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS) est de 8,6 t/h pour un débit de CO2 de 93,9t/h (flux 12 + 18 + 19), soit un ratio molaire H2/CO2 de 2 en entrée du réacteur de l’étape G de R-WGS selon la caractéristique A du procédé. Pour atteindre un ratio H2/CO de 2,1 en entrée de réacteur Fischer-Tropsch de l’étape E, un appoint complémentaire d’hydrogène externe (8) produit par électrolyse de l’eau B de 14 t/h est mélangé au gaz de synthèse (5) issu de l’étape D d’élimination des gaz acides. En ajoutant 0,7t/h pour l’étape F d’hydroconversion, le besoin total en hydrogène est de 23,3 t/h. Pour produire une telle quantité d’hydrogène, le co-produit de l’électrolyse, l’oxygène est produit à hauteur de 185t/h.In this example, the quantity of hydrogen (13) injected at stage G of the carbon dioxide-to-hydrogen conversion (RWGS) process is 8.6 t/h for a CO2 flow rate of 93.9 t/h (flow 12 + 18 + 19), resulting in a molar H2/CO2 ratio of 2 at the inlet of the R-WGS stage G reactor, according to process characteristic A. To achieve an H2/CO2 ratio of 2.1 at the inlet of the Fischer-Tropsch reactor in stage E, an additional external hydrogen supply (8) produced by water electrolysis B of 14 t/h is mixed with the synthesis gas (5) from stage D, which removes acid gases. Adding 0.7 t/h for stage F, the hydroconversion process, brings the total hydrogen requirement to 23.3 t/h. To produce such a quantity of hydrogen, the co-product of electrolysis, oxygen is produced at a rate of 185t/h.
L’étape E de synthèse Fischer-Tropsch produit au moins un effluent gazeux qui constitue une partie des effluents du bloc E et un flux d’hydrocarbures liquides (6) qui est envoyé dans l’étape F d’hydroconversion.The Fischer-Tropsch synthesis step E produces at least one gaseous effluent which constitutes part of the effluents of block E and a stream of liquid hydrocarbons (6) which is sent to the hydroconversion step F.
Une partie de cet effluent gazeux peut être utilisée comme combustible pour apporter l’énergie nécessaire à la réaction de l’étape G de R-WGS. Contrairement à la description de l’art antérieur, l’énergie nécessaire à l’étape A est fournie à la fois par la combustion des gaz de prétraitement de l’étape a) et par la combustion dans une chambre de combustion distincte d’une fraction des effluents gazeux issus de l’étape E avec un flux d’oxygène issu de l’étape B. De même contrairement à la description de l’art antérieur, l’énergie nécessaire à l’étape F est fournie par combustion d’une fraction des effluents gazeux issus de l’étape E de synthèse FT avec un flux d’oxygène pur issu de l’unité d’électrolyse B, le CO2 pur émis résultant de la combustion des effluents gazeux issus de l’étape E étant recyclé vers l’étape G. Le CO2 produit par la combustion des gaz de prétraitement de l’étape a) n’est pas recyclé dans l’étape G. La consommation de carbone correspondant à la perte en effluent gazeux issu de l’étape E de synthèse FT est donc limitée dans cet exemple à 12% du carbone contenu dans la biomasse sèche.Part of this gaseous effluent can be used as fuel to provide the energy needed for the reaction in step G of R-WGS. Contrary to the prior art description, the energy required for step A is supplied both by the combustion of the pretreatment gases from step a) and by the combustion, in a separate combustion chamber, of a fraction of the gaseous effluents from step E with an oxygen stream from step B. Similarly, contrary to the prior art description, the energy required for step F is supplied by the combustion of a fraction of the gaseous effluents from step E of FT synthesis with a pure oxygen stream from electrolysis unit B, the pure CO2 emitted resulting from the combustion of the gaseous effluents from step E being recycled to step G. The CO2 produced by the combustion of the pretreatment gases from step a) is not recycled to step G. The carbon consumption corresponding to the loss of gaseous effluent from step E of FT synthesis is therefore limited in this example to 12% of the carbon contained in the dry biomass.
Le CO2 produit par le procédé est issu principalement de deux étapes :The CO2 produced by the process comes mainly from two stages:
- La combustion des gaz de prétraitement représentant 7,3 t/h- The combustion of pretreatment gases represents 7.3 t/h
- La combustion d’une partie de l’effluent gazeux issu de l’étape E de synthèse FT pour la production de chaleur nécessaire à l’étape G de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS) utilités représentant au total 22,9 t/h.- The combustion of part of the gaseous effluent from step E of FT synthesis for the production of heat required for step G of conversion of carbon dioxide to hydrogen (RWGS) utilities representing a total of 22.9 t/h.
Les différentes étapes du procédé conduisant à la réduction du rendement en carbone sont donc :The different stages of the process leading to the reduction of carbon yield are therefore:
- L’étape de torréfaction A avec une perte de 4 % de carbone.- Roasting stage A with a 4% loss of carbon.
- La combustion d’une partie de l’effluent gazeux issu de l’étape E de synthèse FT pour les besoins thermiques de l’étape G avec une perte de 12% de carbone supplémentaire.- The combustion of part of the gaseous effluent from step E of FT synthesis for the thermal needs of step G with an additional loss of 12% carbon.
Le rendement global en carbone de la chaîne est donc de 84 %pds soit un rendement matière total de 50%pds.The overall carbon yield of the chain is therefore 84% wt%, i.e. a total material yield of 50% wt%.
Le rendement de production de biocarburants de la chaîne est donc augmenté de 244% par rapport au procédé de l’art antérieur tel que décrit dans l’exemple 1, et de 14% par rapport au procédé avec RWGS selon l’art antérieur décrit dans l’exemple 2.The biofuel production yield of the chain is therefore increased by 244% compared to the prior art process as described in example 1, and by 14% compared to the RWGS process according to the prior art described in example 2.
La mise en œuvre du procédé selon l’invention comporte le recyclage de l’eau des fumées de combustion des étapes (A) et (F) (flux 23 et 22) ainsi que l’eau condensée de l’effluent du réacteur de RWGS et des fumées de la section de de combustion de l’étape G (flux 21). En ajoutant ces différents flux avec l’eau produite par l’étape E de synthèse Fischer-Tropsch, on récupère environ 167 t/h d’eau, soit 66% du besoin en eau de l’étape B d’électrolyse.The implementation of the process according to the invention involves recycling the water from the combustion flue gases of steps (A) and (F) (streams 23 and 22) as well as the condensed water from the effluent of the RWGS reactor and the flue gases from the combustion section of step G (stream 21). By adding these different streams with the water produced by step E of the Fischer-Tropsch synthesis, approximately 167 t/h of water is recovered, representing 66% of the water requirement of step B of the electrolysis process.
La quantité d’oxygène électrolytique nécessaire pour apporter l’énergie à l’étape C de gazéification, ainsi que pour la combustion des étapes A et F est de 90t/h, ce qui représente 49% de l’oxygène produit par électrolyse.The amount of electrolytic oxygen required to supply energy to gasification stage C, as well as for combustion in stages A and F, is 90t/h, which represents 49% of the oxygen produced by electrolysis.
La quantité de CO2 émise à l’atmosphère s’élève à 6 tonnes/tonne de biocarburant produit et la consommation d’eau pour électrolyse à 1,7 tonnes / tonne de biocarburantThe amount of CO2 emitted into the atmosphere is 6 tonnes per tonne of biofuel produced, and the water consumption for electrolysis is 1.7 tonnes per tonne of biofuel.
Les émissions de CO2 émises par tonne de biocarburant produit dans le procédé selon l’invention sont réduites de 94% par rapport au schéma de référence selon l’exemple comparatif 1 (sans hydrogène électrolytique ni étape G de RWGS) et de 45% par rapport au bilan selon l’exemple comparatif 2.The CO2 emissions emitted per tonne of biofuel produced in the process according to the invention are reduced by 94% compared to the reference scheme according to comparative example 1 (without electrolytic hydrogen or step G of RWGS) and by 45% compared to the balance according to comparative example 2.
L’appoint d’eau pour l’électrolyse ramené à la production de biocarburants est réduit de 31% par rapport à l’exemple comparatif 2.The water input for electrolysis, when compared to the production of biofuels, is reduced by 31% compared to comparative example 2.
La mise en œuvre selon l’invention mettant en œuvre les caractéristiques A et B revendiquées, améliore donc nettement le bilan environnemental de la filière par rapport à l’art antérieur.The implementation according to the invention, implementing the claimed characteristics A and B, therefore significantly improves the environmental balance of the sector compared to the prior art.
La
Exemple 6 = caractéristiques A + B (avec recyclage du CO2 produit par la combustion des gaz de prétraitement dans l’étape G)Example 6 = characteristics A + B (with recycling of CO2 produced by the combustion of pretreatment gases in step G)
Dans l’exemple 6, l’étape C de gazéification alimentée par la biomasse torréfiée (2) et un flux gazeux recyclé (17) de l’étape E de synthèse FT produit 3 fois plus de CO que CO2 en mol, soit une quantité de CO de 111 t/h.In example 6, gasification stage C, powered by torrefied biomass (2) and a recycled gas stream (17) from FT synthesis stage E, produces 3 times more CO than CO2 in mol, i.e. a quantity of CO of 111 t/h.
Comme dans l’exemple 3, le ratio H2/CO est augmenté de 0,5 à 2,1 en entrée de l’étape E de synthèse Fischer-Tropsch par un apport d’hydrogène externe (8) produit par électrolyse. Le débit d’hydrogène injecté (13) en entrée de l’étape G de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS) est ajusté selon la mise en œuvre de l’invention de telle sorte que le ratio H2/CO2 en entrée du réacteur de l’étape G de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS) soit égal à 2.As in Example 3, the H2/CO2 ratio is increased from 0.5 to 2.1 at the inlet of step E of the Fischer-Tropsch synthesis by an external supply of hydrogen (8) produced by electrolysis. The flow rate of hydrogen injected (13) at the inlet of step G of carbon dioxide to hydrogen conversion (RWGS) is adjusted according to the embodiment of the invention such that the H2/CO2 ratio at the inlet of the reactor of step G of carbon dioxide to hydrogen conversion (RWGS) is equal to 2.
Le ratio H2/CO dans le gaz de synthèse en entrée de l’étape E de synthèse FT est ajusté à 2,1 par un appoint complémentaire d’hydrogène externe produit par électrolyse de l’eau B (flux 8).The H2/CO ratio in the synthesis gas at the inlet of the FT synthesis step E is adjusted to 2.1 by an additional supply of external hydrogen produced by electrolysis of water B (flow 8).
La mise en œuvre du procédé selon l’invention comporte l’utilisation d’oxygène produit par électrolyse de l’eau B pour les unités de combustion des effluents gazeux et des gaz de prétraitement dans les blocs A et F (flux 15 et 16), ainsi que le recyclage du CO2 produit par lesdites étapes A et F vers l’étape G (flux 18 et 19). Au flux de CO2 produit par l’étape D d’élimination des composés acides de 86,2t/h s’ajoutent le flux 18 de 13 t/h et le flux 19 de 5 t/h soit une quantité de CO2 totale de 104,2 t/h traitée par l’étape G de de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène.The implementation of the process according to the invention involves using oxygen produced by electrolysis of water B for the combustion units of the gaseous effluents and pretreatment gases in blocks A and F (flows 15 and 16), as well as recycling the CO2 produced by said steps A and F to step G (flows 18 and 19). To the CO2 flow produced by step D for the removal of acidic compounds (86.2 t/h) are added flow 18 (13 t/h) and flow 19 (5 t/h), resulting in a total quantity of CO2 of 104.2 t/h treated by step G for the conversion of carbon dioxide to hydrogen.
Dans cet exemple, la quantité d’hydrogène injectée au niveau du réacteur de l’étape G de R-WGS est de 9,6 t/h pour un débit de CO2 de 104,2t/h, soit un ratio molaire H2/CO2 de 2 en entrée du réacteur de l’étape G de R-WGS. Pour atteindre un ratio H2/CO de 2,1 en entrée de réacteur Fischer-Tropsch, un appoint complémentaire d’hydrogène externe produit par électrolyse de l’eau B (flux 8) de 14,1 t/h est mélangé au gaz de synthèse. En ajoutant 0,7t/h pour l’étape F d’hydroconversion, le besoin total en hydrogène est de 24,4 t/h. Pour produire une telle quantité d’hydrogène, le co-produit de l’électrolyse, l’oxygène est produit à hauteur de 193t/h.In this example, the amount of hydrogen injected into the R-WGS Stage G reactor is 9.6 t/h for a CO2 flow rate of 104.2 t/h, resulting in an H2/CO2 molar ratio of 2 at the inlet of the R-WGS Stage G reactor. To achieve an H2/CO2 ratio of 2.1 at the Fischer-Tropsch reactor inlet, an additional 14.1 t/h of external hydrogen produced by electrolysis of water B (flow 8) is mixed with the synthesis gas. Adding 0.7 t/h for the hydroconversion Stage F, the total hydrogen requirement is 24.4 t/h. To produce this quantity of hydrogen, the co-product of electrolysis, oxygen, is produced at a rate of 193 t/h.
L’étape E de synthèse Fischer-Tropsch produit un effluent hydrocarbures gazeux qui constituent une partie des effluents du bloc E.The Fischer-Tropsch synthesis step E produces a gaseous hydrocarbon effluent which constitutes part of the effluents of block E.
Une partie de cet effluent gazeux peut être utilisée comme combustible pour apporter l’énergie nécessaire à la réaction de l’étape G de R-WGS.Part of this gaseous effluent can be used as fuel to provide the energy needed for the reaction in step G of R-WGS.
Contrairement aux descriptions de l’art antérieur, l’énergie nécessaire aux étapes A et F est fournie par combustion d’une fraction des effluents gazeux issus de l’étape E de synthèse FT avec un flux d’oxygène pur issu de l’unité d’électrolyse B. Les gaz de prétraitement issus de l’étape A sont mélangés à l’alimentation de la même section de combustion de l’étape A avec la fraction des effluents gazeux issus de l’étape E et le CO2 pur émis résultant de cette section de combustion commune dans l’étape A est recyclé vers l’étape G. La consommation de carbone correspondant à la perte en effluent gazeux issu du FT est donc limitée dans cet exemple à 14% du carbone contenu dans la biomasse sèche. Le CO2 rejeté par le procédé et donc non recyclé est produit principalement par la combustion dans la section de combustion de l’étape G d’une partie de l’effluent gazeux issu de l’étape E de synthèse FT pour la production de chaleur nécessaire à l’étape de G de RWGS, représentant au total 25,4 t/h.Contrary to prior art descriptions, the energy required for steps A and F is supplied by burning a fraction of the gaseous effluents from step E of FT synthesis with a stream of pure oxygen from electrolysis unit B. The pretreatment gases from step A are mixed with the fraction of gaseous effluents from step E into the same combustion section of step A, and the pure CO2 emitted resulting from this common combustion section in step A is recycled to step G. The carbon consumption corresponding to the loss of gaseous effluent from FT is therefore limited in this example to 14% of the carbon contained in the dry biomass. The CO2 released by the process and therefore not recycled is produced mainly by the combustion in the combustion section of stage G of part of the gaseous effluent from stage E of FT synthesis for the production of heat required for stage G of RWGS, representing a total of 25.4 t/h.
Le rendement global en carbone de la chaîne est donc de 86 %pds soit un rendement matière total de 52%pds.The overall carbon yield of the chain is therefore 86% wt, i.e. a total material yield of 52% wt.
Le rendement de production de biocarburants de la chaîne est donc augmenté de 254% par rapport au procédé de référence tel que décrit dans l’exemple 1, et de 17% par rapport au procédé comprenant une étape de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène RWGS selon l’art antérieur décrit dans l’exemple 2.The biofuel production yield of the chain is therefore increased by 254% compared to the reference process as described in Example 1, and by 17% compared to the process including a carbon dioxide to hydrogen conversion step RWGS according to the prior art described in Example 2.
La mise en œuvre du procédé selon l’invention comporte le recyclage de l’eau des fumées de combustion des étapes (A) et (F) (flux 23 et 22) ainsi que l’eau condensée de l’effluent du réacteur de RWGS et des fumées de la section de de combustion de l’étape G (flux 21). En ajoutant ces différents flux avec l’eau produite par l’étape E de synthèse Fischer-Tropsch, on récupère environ 175 t/h d’eau, soit 66% du besoin en eau de l’étape d’électrolyse.The implementation of the process according to the invention involves recycling the water from the combustion flue gases of steps (A) and (F) (streams 23 and 22) as well as the condensed water from the effluent of the RWGS reactor and the flue gases from the combustion section of step G (stream 21). By adding these different streams with the water produced by step E of the Fischer-Tropsch synthesis, approximately 175 t/h of water is recovered, representing 66% of the water requirement of the electrolysis step.
La quantité d’oxygène électrolytique nécessaire pour apporter l’énergie à l’étape C de gazéification, ainsi que pour la combustion des étapes A et F est de 103t/h, ce qui représente 53% de l’oxygène produit par l’étape B d’électrolyse.The amount of electrolytic oxygen required to supply energy to gasification stage C, as well as for combustion in stages A and F, is 103t/h, which represents 53% of the oxygen produced by electrolysis stage B.
La quantité de CO2 émise à l’atmosphère s’élève à 4,9 tonnes/tonne de biocarburant produit et la consommation d’eau pour électrolyse à 1,7 tonnes / tonne de biocarburant.The amount of CO2 emitted into the atmosphere amounts to 4.9 tonnes/tonne of biofuel produced and the water consumption for electrolysis is 1.7 tonnes/tonne of biofuel.
Les émissions de CO2 émises par tonne de biocarburant produit dans le procédé selon l’invention sont réduites de 95% par rapport au schéma de l’art antérieur selon l’exemple comparatif 1 (sans hydrogène électrolytique ni étape G de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène RWGS) et de 55% par rapport au bilan selon l’exemple comparatif 2. L’appoint d’eau pour l’électrolyse ramené à la production de biocarburants est réduit de 30% par rapport à l’exemple comparatif 2.The CO2 emissions emitted per tonne of biofuel produced in the process according to the invention are reduced by 95% compared to the prior art scheme according to comparative example 1 (without electrolytic hydrogen or step G of carbon dioxide to hydrogen conversion RWGS) and by 55% compared to the balance according to comparative example 2. The water input for electrolysis referred to the production of biofuels is reduced by 30% compared to comparative example 2.
La mise en œuvre selon l’invention améliore donc nettement le bilan environnemental de la filière.The implementation according to the invention therefore significantly improves the environmental performance of the sector.
La
Le tableau ci-dessous récapitule les principaux avantages du procédé selon l’invention illustrés par les exemples 3 à 6, comparés aux procédés de l’art antérieur sans RWGS (exemple 1) ou avec RWGS (exemple 2).The table below summarizes the main advantages of the process according to the invention illustrated by examples 3 to 6, compared to prior art processes without RWGS (example 1) or with RWGS (example 2).
Le tableau ci-dessus met notamment en évidence le gain en rendement en carbone biogénique et en rendement en d’hydrocarbures dudit procédé selon l’invention, soit par la mise en œuvre de la réaction de conversion du CO2 à l’hydrogène optimisée par le contrôle du ratio H2/CO2 selon l’exemple 3 (caractéristique A) avec un gain de 9% sur le rendement de production en hydrocarbures ou productivité par rapport au procédé selon l’art antérieur mettant en œuvre la réaction de RWGS, soit par le recyclage des flux de dioxyde de carbone issus des étapes A et F du procédé (caractéristique B) permettant un gain de 5% par rapport à la même référence selon l’exemple 4, soit par la mise en œuvre combinée des deux caractéristiques A et B selon l’invention permettant un gain de productivité de 14 à 17% selon les exemples 5 à 6.The table above highlights in particular the gain in biogenic carbon yield and in hydrocarbon yield of said process according to the invention, either by the implementation of the CO2 to hydrogen conversion reaction optimized by the control of the H2/CO2 ratio according to example 3 (characteristic A) with a gain of 9% on the hydrocarbon production yield or productivity compared to the process according to the prior art implementing the RWGS reaction, or by the recycling of the carbon dioxide streams from steps A and F of the process (characteristic B) allowing a gain of 5% compared to the same reference according to example 4, or by the combined implementation of the two characteristics A and B according to the invention allowing a productivity gain of 14 to 17% according to examples 5 to 6.
De même, la mise en œuvre de l’invention permet de réduire les émissions de CO2par kg de carburant produit de 30% par rapport au procédé de l’art antérieur WO22/079407 par l’optimisation du ratio H2/CO2 selon l’exemple 3, soit de 17% par recyclage des flux de carbone issus des étapes A et F dans l’exemple 4, soit de 45 à 55% par la mise en œuvre combinée des deux caractéristiques selon les exemples 5 à 6.Similarly, the implementation of the invention makes it possible to reduce CO2 emissions per kg of fuel produced by 30% compared to the prior art process WO22/079407 by optimizing the H2/CO2 ratio according to example 3, or by 17% by recycling carbon streams from steps A and F in example 4, or by 45 to 55% by the combined implementation of the two features according to examples 5 to 6.
Enfin, la mise en œuvre de l’invention permet de réduire la consommation d’eau pour l’étape B d’électrolyse par kg de carburant produit de 32% par rapport au procédé de l’art antérieur WO22/079407 par l’optimisation du ratio H2/CO2 selon l’exemple 3, et de 40% par recyclage des flux de carbone issus des étapes A et F dans l’exemple 4.Finally, the implementation of the invention makes it possible to reduce water consumption for step B of electrolysis per kg of fuel produced by 32% compared to the prior art process WO22/079407 by optimizing the H2/CO2 ratio according to example 3, and by 40% by recycling carbon streams from steps A and F in example 4.
En conclusion, les résultats des différents exemples illustrent les avantages de l’invention pour améliorer nettement la productivité, le bilan environnemental et limiter les coûts opératoires du procédé.In conclusion, the results of the various examples illustrate the advantages of the invention in significantly improving productivity, environmental performance and limiting the operating costs of the process.
Claims (11)
- éventuellement une étape a) de prétraitement de la charge,
- une étape b) d’électrolyse de l’eau en oxygène et en hydrogène permettant l’obtention d’un flux de d’hydrogène, et d’un flux d’oxygène, dans laquelle l’eau est issue, au moins en partie, d’une étape e) de synthèse Fischer-Tropsch,
- une étape c) de gazéification de la charge éventuellement prétraitée à l’étape a), en présence de tout ou partie du flux d’oxygène issu de l’étape b) d’électrolyse de l’eau de manière à obtenir un effluent gazeux comprenant un gaz de synthèse,
- une étape d) d’élimination des composés acides et impuretés de l’effluent gazeux comprenant un gaz de synthèse issu de l’étape c) mélangé avec un effluent gazeux issu de l’étape g) après condensation de la vapeur d’eau, de manière à obtenir un effluent gazeux comprenant un gaz de synthèse purifié et un flux de dioxyde de carbone alimentant au moins en partie une étape (g) de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS),
- une étape e) de synthèse Fischer-Tropsch de l'effluent gazeux comprenant un gaz de synthèse purifié issu de l’étape d) et éventuellement d’une partie du flux d’hydrogène issu de l’étape b) d’électrolyse de l’eau de manière à produire un flux comprenant des hydrocarbures liquides de synthèse, de l’eau et au moins un effluent gazeux,
- une étape (f) d’hydroconversion d’au moins une partie du flux comprenant des hydrocarbures liquides issus de l’étape (e) pour produire au moins une coupe biocarburant liquide et au moins un effluent gazeux
- une étape (g) de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS) pour produire au moins un effluent gazeux comprenant du monoxyde de carbone CO et de la vapeur d’’eau, dans laquelle la charge entrant dans ladite étape g) comprenant au moins une partie du flux d’hydrogène issu de l’étape b) et un flux de dioxyde de carbone, présente au moins l’une des deux caractéristiques suivantes :
A/ au moins une partie du flux d’hydrogène issu de l’étape b) est mélangé avec le flux de dioxyde de carbone issu de l’étape (d) et éventuellement avec un flux de dioxyde de carbone issu d’une ou plusieurs unités de combustion des effluents gazeux issus des étapes e) et/ou f) et/ou éventuellement a), et éventuellement avec un flux de dioxyde de carbone extérieur au procédé, de telle sorte que le rapport molaire entre l’hydrogène et le dioxyde de carbone H2/CO2 en entrée du réacteur de l’étape g) de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène est ajusté entre 1,8 et 3, le rapport molaire entre l’hydrogène et le monoxyde de carbone H2/CO en entrée de l’étape e) de synthèse Fischer-Tropsch est ajusté par une autre partie du flux d’hydrogène issu de l’étape b), et/ou
B/ Le flux de dioxyde de carbone issu de l’étape (d) est mélangé avec le flux d’hydrogène issu de l’étape b) et un flux de dioxyde de carbone issu d’une ou plusieurs unités de combustion des effluents gazeux issus des étapes e) et/ou f) et/ou éventuellement a), et éventuellement avec un flux de dioxyde de carbone extérieur au procédé, le mélange desdits flux de dioxyde de carbone et du flux d’hydrogène issu de l’étape b) alimentant l’étape (g) de conversion du dioxyde de carbone à l’hydrogène (RWGS).A process for converting a feedstock comprising at least a biomass fraction into hydrocarbons, and producing carbon dioxide, said process comprising at least the following steps:
- possibly a step a) of pre-processing the load,
- a step b) of electrolysis of water into oxygen and hydrogen allowing the obtaining of a flow of hydrogen, and a flow of oxygen, in which the water is obtained, at least in part, from a step e) of Fischer-Tropsch synthesis,
- a step c) of gasification of the feed possibly pre-treated in step a), in the presence of all or part of the oxygen flow from step b) of water electrolysis so as to obtain a gaseous effluent comprising a synthesis gas,
- a step d) of removing acidic compounds and impurities from the gaseous effluent comprising a synthesis gas from step c) mixed with a gaseous effluent from step g) after condensation of water vapor, so as to obtain a gaseous effluent comprising a purified synthesis gas and a carbon dioxide stream feeding at least in part a step (g) of conversion of carbon dioxide to hydrogen (RWGS),
- a Fischer-Tropsch synthesis step e) of the gaseous effluent comprising a purified synthesis gas from step d) and possibly part of the hydrogen stream from step b) of water electrolysis so as to produce a stream comprising synthetic liquid hydrocarbons, water and at least one gaseous effluent,
- a step (f) of hydroconversion of at least a portion of the stream comprising liquid hydrocarbons from step (e) to produce at least one liquid biofuel cut and at least one gaseous effluent
- a carbon dioxide to hydrogen conversion step (g) to produce at least one gaseous effluent comprising carbon monoxide CO and water vapor, wherein the feed entering said step g) comprising at least a portion of the hydrogen stream from step b) and a carbon dioxide stream, has at least one of the following two characteristics:
A/ at least a portion of the hydrogen stream from step b) is mixed with the carbon dioxide stream from step (d) and optionally with a carbon dioxide stream from one or more combustion units of the gaseous effluents from steps e) and/or f) and/or optionally a), and optionally with a carbon dioxide stream external to the process, such that the molar ratio of hydrogen to carbon dioxide H2/CO2 at the inlet of the reactor in step g) of carbon dioxide to hydrogen conversion is adjusted between 1.8 and 3, the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide H2/CO at the inlet of step e) of Fischer-Tropsch synthesis is adjusted by another portion of the hydrogen stream from step b), and/or
B/ The carbon dioxide stream from step (d) is mixed with the hydrogen stream from step b) and a carbon dioxide stream from one or more combustion units of the gaseous effluents from steps e) and/or f) and/or possibly a), and possibly with a carbon dioxide stream external to the process, the mixture of said carbon dioxide streams and the hydrogen stream from step b) feeding the carbon dioxide to hydrogen conversion step (g) (RWGS).
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