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Title:
PROCESS, SYSTEM AND INSTALLATION FOR TREATING LIQUID AND/OR PASTY HYDROCARBON MATERIALS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/117854
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a process for treating liquid and/or pasty hydrocarbon materials, more particularly fuel oil, more particularly still heavy fuel oil, in which the hydrocarbon materials are firstly brought to the autoignition temperature, then mixed with a controlled amount of oxygen in order to obtain a first gaseous stream and a non-gaseous mass, more particularly a solid mass, comprising solid hydrocarbon molecules which are then oxidized by a gaseous stream of CO2 in order to obtain a second gaseous stream. The first and second gaseous streams are then mixed in order to obtain a third gaseous stream comprising carbon monoxide having a high energy value. The invention also relates to a system implementing the process according to the invention and an installation implementing such a system.

Inventors:
GUYOMARC H RAYMOND (FR)
Application Number:
FR2013/050240
Publication Date:
August 15, 2013
Filing Date:
February 05, 2013
Export Citation:
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Assignee:
COTAVER (FR)
International Classes:
C01B3/34; B01J8/08; B01J8/12; B01J19/00; B01J19/24; C01B3/36; F23G5/027; F23G7/14
Foreign References:
US6444179B12002-09-03
GB2125430A1984-03-07
GB757333A1956-09-19
US4725381A1988-02-16
US3201215A1965-08-17
US7494574B22009-02-24
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
PONTET ALLANO & ASSOCIES SELARL (FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1. Procédé de traitement de matières h ydro carbonées liquides et/ou pâteuses comprenant une partie volatile gazeuse et une partie solide non-gazeuse, plus particulièrement de fuel-oil lourd, par exemple de fuel- oil lourd de catégorie 2 ou supérieure, des sables bitumineux ou encore des terres polluées par les hydrocarbures, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :

- amenée desdites matières hydrocarbonées à une température supérieure ou égale à la température d'auto-inflammation desdites matières hydrocarbonées ;

- gazéification desdites matières hydrocarbonées par injection d'une quantité contrôlée d'oxygène, ladite gazéification produisant :

un premier flux gazeux à une température supérieure ou égale à 800°C comprenant des molécules de CO, H20, des molécules hydrocarbonées en phase gazeuse et des molécules de H2, et

une charge non gazeuse comprenant des molécules hydrocarbonées non gazeuses ;

- oxydation desdites molécules hydrocarbonées non gazeuses se trouvant dans ladite charge non gazeuse, par un flux gazeux, dit d'oxydation, constitué de C02 et 02 à une température comprise entre 1000°C et 1200°C, ladite oxydation produisant un deuxième flux gazeux comprenant des molécules de C02, 02, H20 ; et

- mélange dudit premier et dudit deuxième flux gazeux, ledit mélange provoquant l'oxydation des molécules hydrocarbonées en phase gazeuse présentes dans le premier flux gazeux par des molécules de C02 et 02 présentes dans le deuxième flux gazeux, ledit mélange produisant un troisième flux gazeux comprenant des molécules de CO, H20 et H2.

2. Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'amenée des matières hydrocarbonées à une température supérieure ou égale à la température d'auto-inflammation est réalisée par chauffage indirect desdits matières hydrocarbonées.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'amenée des matières hydrocarbonées à une température supérieure ou égale à la température d'auto-inflammation est réalisée par mélange desdites matières hydrocarbonées avec un effluent gazeux présentant une température supérieure ou égale à la température des matières hydrocarbonées.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'effluent gazeux est un gaz d'échappement d'un dispositif de combustion de fuel, tel qu'un moteur thermique, un tel gaz d'échappement comprenant du N2, C02, ΝΟχ, SOx, CO, et du 02.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le mélange du premier et du deuxième effluent gazeux réalise la désoxydation, par les molécules hydrocarbonées gazeuses présentes dans le premier flux gazeux, des molécules de NOx et SOx présents dans le premier flux gazeux et des molécules de C02 et 02 présentes dans le deuxième flux gazeux, le troisième flux gazeux comprenant alors les molécules de N2, S2, CO, et H20, et éventuellement des molécules de C02 et H2 à une température comprise entre 1000 et 1200°C.

6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'effluent gazeux est un flux gazeux constitué de C02 pur. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le mélange du premier et du deuxième effluent gazeux réalise la désoxydation, par les molécules hydrocarbonées en phase gazeuse présentes dans le premier flux gazeux, des molécules C02 et de 02 présentes dans le deuxième flux gazeux, le troisième flux gazeux comprenant alors des molécules de CO et H20 à une température comprise entre 1000 et 1200°C. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une injection d'oxygène lors de l'étape d'oxydation.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un refroidissement du troisième flux gazeux, par échange thermique avec un flux gazeux de C02.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une séparation des molécules non désirées lors de l'étape de refroidissement.

11. Système (100) de traitement de matières hydrocarbonées liquides et/ou pâteuses comprenant une partie volatile gazeuse et une partie solide non-gazeuse, plus particulièrement de fuel-oil lourd, par exemple de fuel-oil lourd de catégorie 2 ou supérieure, des sables bitumineux ou encore des terres polluées par les hydrocarbures, spécialement conçu pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend :

- des moyens (102, 104, 106) d'amenée desdites matières hydrocarbonées à une température supérieure ou égale à la température d'auto-inflammation desdites matières hydrocarbonées ;

- des moyens (110) de gazéification desdites matières hydrocarbonées par injection d'une quantité contrôlée d'oxygène, ladite gazéification produisant :

un premier flux gazeux à une température supérieure ou égale à 800°C comprenant des molécules de CO, H20, des molécules h ydro carbonées en phase gazeuse et des molécules de H2, et

une charge non gazeuse comprenant des molécules hydrocarbonées non gazeuse ;

- des moyens (118, 120, 124) d'oxydation desdites molécules hydrocarbonées non gazeuses se trouvant dans ladite charge non gazeuse, par un flux gazeux, dit d'oxydation, constitué de C02 et 02 à une température comprise entre 1000°C et 1200°C, ladite oxydation produisant un deuxième flux gazeux comprenant des molécules de C02, 02 H20 ; et

- des moyens (112, 126, 128, 130) de mélange dudit premier et dudit deuxième flux gazeux, ledit mélange provoquant l'oxydation des molécules hydrocarbonées en phase gazeuse présentes dans le premier flux gazeux par des molécules de C02 et 02 présentes dans le deuxième flux gazeux, ledit mélange produisant un troisième flux gazeux comprenant des molécules de CO, H20 et H2.

12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens d'amenée desdites matières hydrocarbonées à une température supérieure ou égale à la température d'auto-inflammation desdites matières hydrocarbonées comprennent des moyens (102, 104, 106) de mélange desdites matières hydrocarbonées avec un effluent gazeux.

13. Installation (200, 300) de traitement de matières hydrocarbonées liquides et/ou pâteuses comprenant une partie volatile gazeuse et une partie solide non-gazeuse, plus particulièrement de fuel-oil lourd, par exemple de fuel-oil lourd de catégorie 2 ou supérieure, des sables bitumineux ou encore des terres polluées par les hydrocarbures, ladite installation comprenant :

- un système (100) selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, et - des moyens (212) de récupération d'au moins une partie de la chaleur du premier et/ou du deuxième et/ou du troisième flux gazeux.

Description:
« Procédé, système et installation de traitement de matières hydrocarbonées liquides et/ou pâteuses »

L'invention concerne un procédé de traitement de matières hydrocarbonées liquides et/ou pâteuses. Elle concerne également un système mettant en œuvre un tel procédé et une installation mettant en œuvre un tel système.

Le domaine de l'invention est le domaine du traitement des matières hydrocarbonées liquides et/ou pâteuses, plus particulièrement du fuel-Oil et encore plus particulièrement de fuel-Oil lourd, par exemple de fuel-Oil lourd de catégorie 2 ou supérieure, des sables bitumineux ou encore des terres polluées par les hydrocarbures. L'invention porte en particulier sur la transformation de matières hydrocarbonées en gaz de synthèse à forte valeur énergétique, tel qu'un gaz de synthèse comprenant du H 2 et du CO.

Le fuel-Oil lourd, par exemple, d'aspect pâteux visqueux d'origine, est actuellement utilisé dans des moteurs diesel . Il comprend une partie liquide et une partie solide. Avant son utilisation dans les moteurs diesel, il est nécessaire de séparer la partie solide de la partie liquide par un traitement thermique préalable par un dispositif de traitement thermique dans des systèmes de décantation et ensuite par centrifugation à 80/100°C. C'est uniquement la partie liquide qui est utilisée comme carburant dans les moteurs thermiques diesel. La partie solide, riche en composés hydrocarbonés, n'est pas valorisée. Or, la nécessité des traitements thermomécaniques préalables du fuel-Oil lourd en vue de l'utilisation de la partie liquide uniquement pénalise le rendement global. C'est pourquoi le fuel-Oil lourd n'est que rarement utilisé en dépit de sa disponibilité.

En ce qui concerne les fuel-oils lourds de catégorie 2 au moins, les sables bitumineux ou les terres polluées par les hydrocarbures, aucune utilisation intéressante n'est connue en termes de rendement en vue de valoriser l'énergie potentielle de ces matières riches en composés hydrocarbonés. Ces matières constituent actuellement des déchets polluants qu'il est nécessaire de traiter en vue de leur élimination sans ou avec peu de récupération d'énergie.

La présente invention se propose de remédier aux inconvénients précités.

Un autre but de l'invention est de proposer un procédé et système de de traitement de matières hydrocarbonées présentant un rendement global plus élevé que les procédés et systèmes actuels.

Encore un autre but de l'invention est de proposer un procédé et un système de traitement de matières hydrocarbonées permettant de valoriser énergétiquement des matières hydrocarbonées liquides et/ou pâteuses inexploitables avec les procédés et systèmes de traitement existants.

Enfin, un autre but de la présente invention est de proposer un procédé et un système de traitement de matières hydrocarbonées permettant de transformer les matières hydrocarbonées en une source d'énergie exploitable par des dispositifs existants.

L'invention permet d'atteindre au moins un des buts précités par un procédé de traitement de matières hydrocarbonées liquides et/ou pâteuses, plus particulièrement de fuel-Oil, encore plus particulièrement de fuel-Oil lourd, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :

- amenée desdites matières hydrocarbonées à une température supérieure ou égale à la température d'auto-inflammation desdites matières hydrocarbonées, par exemple supérieure ou égale à 200°C ;

- gazéification desdites matières hydrocarbonées par injection d'une quantité contrôlée d'oxygène, qui provoque une oxycombustion partielle des hydrocarbones, ladite gazéification produisant :

■ un premier flux gazeux à une température supérieure ou égale à 800°C comprenant des molécules de CO, de de H 2 0, des molécules hydrocarbonées en phase gazeuse et éventuellement des molécules de H 2 , et une charge non gazeuse comprenant des molécules hydrocarbonées non gazeuses, plus particulièrement solides ;

- oxydation desdites molécules hydrocarbonées non gazeuses se trouvant dans ladite charge non gazeuse, par un flux gazeux, dit d'oxydation, constitué d'0 2 et de C0 2 à une température comprise entre 1000°C et 1200°C, ladite oxydation produisant un deuxième flux gazeux comprenant des molécules de C0 2 , 0 2 et de H 2 0 ;

- mélange dudit premier et dudit deuxième flux gazeux, ledit mélange provoquant l'oxydation desdites molécules hydrocarbonées en phase gazeuse présentes dans le premier flux gazeux par des molécules de C0 2 et 0 2 présentes dans le deuxième flux gazeux, ledit mélange produisant un troisième flux gazeux comprenant des molécules de CO, de H 2 0 et éventuellement des molécules de H 2 .

Le deuxième flux gazeux est exclusivement composé d'oxydants hyper-réactifs dont l'objet est de parfaire la réaction rédox en les réduisant par les molécules hydrocarbonées gazeuses du premier flux gazeux pour générer du CO et éventuellement du H 2 .

Ainsi, le procédé selon l'invention permet de parfaire la conversion des molécules hydrocarbonées en CO et H 2 qui est un gaz de synthèse à forte valeur énergétique et d'augmenter la quantité de matières hydrocarbonées converties et par conséquent le rendement global du procédé.

Le monoxyde de carbone est un gaz à forte valeur énergétique et dont l'énergie peut être exploitée par les dispositifs actuels.

Le procédé selon l'invention permet de valoriser la partie volatile d'une matière hydrocarbonée par injection d'oxygène et réaction "rédox" par un oxydant (par exemple le C0 2 ou tout autre oxyde gazeux (NOx, SOx, etc.) et/ou solide : NiO, CaO, FeO, etc. que l'on trouve dans les matières polluées par les hydrocarbures et/ou dans les effluents gazeux pour obtenir un flux gazeux comprenant du monoxyde de carbone.

Le procédé selon l'invention permet, contrairement aux procédés et dispositifs actuels, de valoriser également la partie non gazeuse, c'est-à- dire la partie solide, de la matière hydrocarbonée pour produire, avec les éléments de carbone présents dans cette partie solide, un deuxième flux gazeux composé essentiellement de dioxyde de carbone (C0 2 ) réactif à une température comprise entre 1000°C et 1200°C qui est ensuite utilisé pour réduire les molécules hydrocarbonées gazeuses présentes dans le premier flux gazeux et d'augmenter la quantité de monoxyde de carbone présente dans le troisième flux gazeux.

Le procédé selon l'invention permet donc de valoriser une plus grande quantité d'une charge donnée de matière hydrocarbonée en comparaison avec les procédés et systèmes actuels, de sorte que le rendement global du procédé selon l'invention est plus grand que le rendement global des procédés et systèmes de l'état de la technique.

De plus, il est possible avec le procédé selon l'invention de convertir des matières hydrocarbonées qui sont inexploitables avec les dispositifs actuels, telles que les sables bitumineux et les terres polluées par les hydrocarbures, en un flux gazeux qui peut être exploité par les dispositifs actuels.

Selon l'invention, l'injection d'0 2 lors de l'étape de gazéification est réalisée de sorte que l'oxycombustion de l'hydrogène de la molécule hydrocarbonée génère l'énergie pour élever la température du milieu et fournir un premier flux gazeux à une température de 800°C minimum.

Le procédé selon l'invention peut en outre comprendre une étape de conditionnement thermique du premier flux gazeux avant le mélange du premier flux gazeux avec le deuxième flux gazeux.

Un tel conditionnement thermique peut comprendre, et plus particulièrement consiste en, un échange de chaleur entre le premier flux gazeux et le deuxième flux gazeux par exemple au travers d'un échangeur de chaleur.

Dans un mode de réalisation particulier, l'étape d'amenée des matières hydrocarbonées à une température supérieure ou égale à la température d'auto-inflammation peut être réalisée par chauffage indirect desdites matières hydrocarbonées, par exemple par échange thermique avec un flux gazeux chaud dans un échangeur de chaleur ou par chauffage électrique ou partout autre moyen équivalent.

Un tel flux gazeux peut être le troisième flux gazeux, utilisé pour chauffer les matières hydrocarbonées avant d'être utilisé comme gaz de synthèse source d'énergie et/ou base moléculaire pour d'autres combinaisons de synthèse. Dans un mode de réalisation préférentiel du procédé selon l'invention, l'étape d'amenée des matières hydrocarbonées à une température supérieure ou égale à la température d'auto-inflammation peut être réalisée par mélange desdites matières hydrocarbonées avec un effluent gazeux présentant une température supérieure ou égale à la température des matières hydrocarbonées, par exemple une température supérieure ou égale à 200°C, et préférentiellement supérieure ou égale à 300°C.

L'oxygène utilisé pour la gazéification est injecté directement dans l'effluent gazeux avant que celui-ci soit mélangé aux matières hydrocarbonées, le but étant de provoquer une oxycombustion primaire des hydrocarbonés afin d'élever la température de l'ensemble à une température supérieure ou égale 800°C qui favorise la pyrolyse des dites matières hydrocarbonées.

Dans une version particulièrement avantageuse, l'effluent gazeux peut être un gaz d'échappement d'un dispositif de combustion de fuel, tel qu'un moteur thermique, un tel gaz d'échappement comprenant du N 2 , C0 2 , ΝΟχ, SO x , CO, des particules organiques et de l'0 2 . Un tel gaz d'échappement peut également être constitué de ou comprendre des fumées industrielles.

Cette version du procédé selon l'invention est particulièrement avantageuse car dans cette version le procédé selon l'invention permet de traiter un gaz d'échappement en vue de récupérer :

- l'énergie thermique représentée par la température d'un tel gaz d'échappement pour chauffer les matières hydrocarbonées, et

- l'énergie représentée par les molécules de CO (et les particules carbonées combustibles qui seront oxydées en CO) présentes dans le gaz d'échappement, ces molécules de CO étant récupérées à la fin du procédé selon l'invention.

Dans cette version, le gaz d'échappement est, d'origine ou élevé par tous moyens (comme précisé précédemment), à une température préférentielle de 300°C au minimum. Le gaz d'échappement composé des gaz de combustion comprenant du N 2 , C0 2 , NO x , SO x , CO, diverses particules aérosols et d'oxygène excédentaire est utilisé pour amener les matières hydrocarbonées à une température d'auto-inflammation.

Le premier flux gazeux, est alors composé des molécules du gaz d'échappement : N 2 , C0 2 (en partie convertis en CO par la réduction des carbones des molécules hydrocarbonées oxy-comburées), NO x , SO x , CO, H 2 0 (provenant de l'oxydo-déshydrogénation exo-énergétique desdites molécules hydrocarbonées), CO provenant de la réduction-Rédox des carbones des molécules déshydrogénées par des C0 2 oxydants présents dans le gaz d'échappement, des molécules hydrocarbonées en phase gazeuse, et éventuellement des molécules de H 2 .

L'oxycombustion de l'hydrogène de la molécule hydrocarbonée génère l'énergie pour élever la température du milieu, initier la réaction rédox des oxydants, présents dans le flux gazeux, sur les carbones déjà en état de réducteur et fournir un premier flux gazeux à une température de 800°C minimum.

Dans cette version préférentielle du procédé selon l'invention, le mélange du premier et du deuxième flux gazeux réalise la désoxydation, par les molécules hydrocarbonées gazeuses présentes dans le premier flux gazeux, des molécules de NO x et SO x présents dans le premier flux gazeux et des molécules de C0 2 et 0 2 présentes dans le deuxième flux gazeux, le troisième flux gazeux comprenant alors les molécules suivantes : N 2 , S 2 , CO, H 2 0, et éventuellement des molécules de C0 2 et H 2 à une température comprise entre 1000 et 1200°C.

Ainsi, dans cette version particulièrement avantageuse, le procédé selon l'invention permet également de craquer et de réduire des molécules particulièrement pollueuses présentes dans le gaz d'échappement, telles que les molécules de NO x et SO x , que l'on évacuera sous forme de N 2 dans l'azote présent dans l'effluent traité et le souffre qui sera récupéré en amont au cours d'une phase de refroidissement.

Dans une deuxième version particulièrement avantageuse, le procédé selon l'invention peut avoir pour objectif de réaliser la conversion du C0 2 par des matières hydrocarbonées en gaz de synthèse (CO et H 2 ). Ce syngaz est alors utilisable dans des systèmes classiques existants (alors que les matières hydrocarbonées de base peuvent ne pas être exploitables sans un traitement difficilement viable).

Dans ce cas, l'effluent gazeux peut être un flux gazeux constitué de C0 2 . Dans ce cas, l'oxygène ajouté audit effluent gazeux est proportionné à la quantité de molécules hydrocarbonées à oxyder pour générer l'énergie de gazéification (pyrolyse) des matières hydrocarbonées.

Cette deuxième version du procédé selon l'invention permet d'augmenter la concentration du premier flux gazeux en CO. Par ailleurs, dans cette version le premier flux gazeux peut également comprendre du H 2 qui est également un gaz à forte valeur énergétique.

En effet, dans cette deuxième version avantageuse, le premier flux gazeux comprend des molécules de CO, H 2 , H 2 0 et des molécules hydrocarbonées en phase gazeuse et éventuellement des molécules de C0 2 .

L'oxycombustion de l'hydrogène moléculaire de la molécule hydrocarbonée génère l'énergie pour élever la température du milieu et amorcer la réaction rédox et fournir un premier flux gazeux à une température de 800°C minimum.

Dans cette deuxième version, le deuxième flux gazeux comprend des molécules de C0 2 , 0 2 et de H 2 0. Ce deuxième flux gazeux est exclusivement composé d'oxydants hyper-réactifs dont l'objet est de parfaire la réaction rédox en les réduisant par les molécules hydrocarbonées gazeuses du premier flux gazeux pour générer du CO et du H 2 . Ainsi le mélange du premier et du deuxième flux gazeux réalise la réduction, par les éléments réducteurs (C et H 2 ) des molécules hydrocarbonées en phase gazeuse présentes dans le premier flux gazeux, des molécules de C0 2 présentes dans le premier flux gazeux et/ou le deuxième flux gazeux. L'apport contrôlé de molécules d' 0 2 excédentaires dans le deuxième flux gazeux réalise l'oxycombustion de la quantité de molécules de H 2 nécessaires à la compensation de l'endothermie des réactions rédox et au maintien de la température desdites réactions, le troisième flux gazeux comprenant alors des molécules de CO, H 2 et H 2 0 à une température comprise entre 1000 et 1200°C.

Bien entendu dans tous les modes de réalisation, le premier et le deuxième flux gazeux peuvent comprendre des molécules soufrées de formule SO x . Ces oxydes de soufre sont également désoxydés par les éléments réducteurs (C et H 2 ) des molécules hydrocarbonées présentes dans le premier flux gazeux, au cours de la réaction rédox.

Le procédé selon l'invention peut avantageusement comprendre une injection supplémentaire, contrôlée, d'oxygène lors de l'étape d'oxydation de carbones fixes présent sans la charge non gazeuse et non gazéifiables.

Cette injection d'oxygène génère l'oxycombustion desdits carbones fixes qui permet d'élever et de maintenir la température du deuxième flux gazeux supérieure à 1000 - 1200°C. Cet excès d'0 2 fournit l'énergie nécessaire à l'endothermie de réduction des molécules de C0 2 par les carbones réducteurs des molécules hydrocarbonées présentes dans le premier flux gazeux, selon la réaction C+C0 2 -> 2CO+ 172 kJ/mol. Dans ce cas, le deuxième flux gazeux peut comprendre des molécules d'0 2 qui oxyderont également en partie les molécules hydrocarbonées en phase gazeuse présentes dans le premier flux gazeux.

Dans tous les cas, le C0 2 introduit dans les étapes de gazéification et d'oxydation est proportionné pour complémenter le C0 2 généré par oxycombustion lors desdites étapes pour fournir la juste quantité d'oxydants correspondants aux molécules hydrocarbonées réductrices, dans la réaction rédox générant le troisième flux, c'est-à-dire lors de l'étape de mélange.

Dans tous les cas, il se peut que la réaction de gazéification ne soit pas réalisée de manière complète, des molécules hydrocarbonées en phase liquides peuvent être alors présentes avec les carbones fixes (non gazéifiables des matières premières) dans la charge non gazeuse. Ces molécules seront totalement oxydées, par 0 2 injecté à cette fin. L'oxycombustion de ces molécules générera, instantanément, l'énergie thermique suffisante, dans ce milieu oxydant, pour que les molécules gazéifiables suivantes soient gazéifiées, aussi instantanément.

Le procédé selon l'invention peut comprendre un contrôle des températures, par exemple par régulation informatisée, lors de chacune des étapes du procédé selon l'invention qui permette de réguler la quantité de chaque constituant de chacune des réactions réalisées : 0 2 injecté lors des étapes de gazéification et d'oxydation, le flux gazeux d'oxydation, l'effluent gazeux utilisé lors de la gazéification, etc.

Dans tous les cas le procédé selon l'invention comprend un mélange du premier flux gazeux et du deuxième flux gazeux pour obtenir un troisième flux gazeux.

Le procédé selon l'invention peut en outre comprendre un refroidissement du troisième flux gazeux obtenu après le mélange (et la réaction rédox) du premier flux gazeux avec le deuxième flux gazeux. Ce refroidissement permet de réaliser un recyclage de la capacité thermique (chaleur sensible) du troisième flux gazeux et peut avantageusement être réalisé par échange thermique avec un flux gazeux de C0 2 . Le flux gazeux de C0 2 ainsi chauffé peut avantageusement être utilisé en tant que flux gazeux d'oxydation, et/ou éventuellement en tant qu'effluent gazeux pour la montée en température des matières hydrocarbonées, lorsque l'étape d'amenée des matières hydrocarbonées à la température d'auto- inflammation est réalisée par mélange desdites matières hydrocarbonées avec un effluent gazeux constitué de C0 2 .

Ainsi, le procédé selon l'invention permet de réaliser une récupération de la chaleur fournie par les différentes réactions et de réutiliser cette chaleur pour le traitement d'une nouvelle charge de matières hydrocarbonées. Le rendement global du procédé selon l'invention est ainsi amélioré.

Le procédé selon l'invention peut en outre comprendre une séparation des molécules non désirées lors ou après l'étape de refroidissement. Une telle séparation peut être réalisée par condensation des molécules de S 2 , par exemple à température inférieure à 440°C et des molécules H 2 0 à température inférieure à 50°C.

Le gaz de synthèse, comprenant le monoxyde de carbone (CO) et l'hydrogène (H 2 ) présents dans le troisième flux gazeux, obtenu grâce au procédé selon l'invention, peut être exploité dans tous systèmes existants à combustion atmosphérique (oxydé sous air) ou sous oxygène pur (oxycombustion) en vue d'obtenir un flux gazeux comprenant (ou consistant en) du C0 2 et H 2 0. Un tel flux gazeux comprenant (ou consistant en) du C0 2 et H 2 0 peut être soit réutilisé dans le procédé selon l'invention ou dans un réacteur de microalgues pour la culture de microalgues.

Selon un autre aspect de l'invention il est proposé un système de traitement de matières hydrocarbonées liquides et/ou pâteuses, plus particulièrement de fuel-oil, encore plus particulièrement de fuel-oil lourd, caractérisé en ce qu'il comprend :

- des moyens d'amenée desdites matières hydrocarbonées à une température supérieure ou égale à la température d'auto- inflammation desdites matières hydrocarbonées, par exemple supérieure ou égale à 200°C ;

- des moyens de gazéification desdites matières hydrocarbonées par injection d'une quantité contrôlée d'oxygène, ladite gazéification produisant :

un premier flux gazeux à une température supérieure ou égale à 800°C comprenant des molécules de CO, de H 2 0, éventuellement de H 2 et des molécules hydrocarbonées en phase gazeuse, et

une charge non gazeuse comprenant des molécules hydrocarbonées non gazeuses ; et

- des moyens d'oxydation desdits éléments de carbone se trouvant dans ladite charge non gazeuse, par un flux gazeux, dit d'oxydation, à une température comprise entre 500°C et 800°C, constitué de C0 2 , et d'oxygène (0 2 ), ladite oxydation produisant un deuxième flux gazeux constitué essentiellement de molécules de C0 2 , de H 2 0 et éventuellement d'0 2 à une température comprise entre 1000°C et 1200°C ; et

- des moyens pour mélanger ledit premier et ledit deuxième flux gazeux, ledit mélange fournissant un troisième flux gazeux comprenant des molécules de CO, de H 2 0 et éventuellement de H 2 .

Dans un mode de réalisation particulier, les moyens d'amenée desdites matières hydrocarbonées à une température supérieure ou égale à la température d'auto-inflammation desdites matières hydrocarbonées peuvent comprendre des moyens de mélange desdites matières hydrocarbonées avec un effluent gazeux. Selon encore un autre aspect de l'invention il est proposé une installation de traitement de matières hydrocarbonées liquides et/ou pâteuses comprenant :

- un système selon l'invention, et - des moyens de récupération d'au moins une partie de la chaleur du troisième flux gazeux

D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels :

- la FIGURE 1 est une représentation d'un système de traitement de matières hydrocarbonées selon l'invention ;

- la FIGURE 2 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation d'une installation selon l'invention mettant en œuvre le système de la figure 1 ; et

- la FIGURE 3 est une représentation schématique d'un deuxième mode de réalisation d'une installation selon l'invention mettant en œuvre le système de la figure 1.

Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite, isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si c'est cette partie qui est uniquement suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.

Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures gardent la même référence.

La figure 1 est une représentation schématique d'un système de traitement de matières hydrocarbonées liquides et/ou pâteuses, et plus particulièrement de conversion de matières h ydro carbonées liquides et/ou pâteuses en un gaz de synthèse à forte valeur énergétique.

Le système 100 de la figure 1 comprend une ouverture 102 d'introduction de matières hydrocarbonées sur une ou plusieurs plaques perforées 104 inclinées, successives, prévues pour recevoir et répartir ces matières hydrocarbonées liquides et/ou pâteuses.

Le système 100 comprend en outre une ouverture 106 d'introduction d'un effluent gazeux à une température de 300°C minimum, qui peut être un flux gazeux constitué de C0 2 ou un gaz d'échappement d'un moteur thermique ou des fumées industrielles ou des effluents gazeux pollués, etc. Le contrôle de la température de l'effluent gazeux entrant est effectué par une sonde 108 agissant sur les moyens de régulation de la température dudit effluent.

Le système 100 comprend en outre une ouverture 110 d'injection contrôlée d'oxygène pur dans l'effluent gazeux avant les plaques perforées 104 lorsque l'effluent gazeux ne comporte pas suffisamment d'oxygène libre, par exemple lorsque l'effluent gazeux est du C0 2 pur.

L'ouverture d'introduction 106 de l'effluent gazeux et les plaques perforées 104 sont agencées de sorte que l'effluent gazeux auquel est ajouté de l'oxygène traverse les plaques perforées 104, par les perforations présentes dans ces plaques 104, depuis une face antérieure vers une face postérieure et se mélange avec les matières hydrocarbonées se trouvant sur cette face postérieure.

Le mélange de l'effluent gazeux avec les matières hydrocarbonées porte ces dernières à une température d'auto-inflammation d'au moins 200°C. La présence d'oxygène libre dans l'effluent gazeux permet d'initier une réaction d'oxycombustion des composés hydrocarbonés qui sont déjà à la température d'auto-inflammation. La répartition des matières hydrocarbonées sur les plaques perforées 104 est effectuée afin que la quantité desdites matières, déposée sur au moins la première plaque 104, soit complètement oxydée (oxycombustion complète) et que l'énergie délivrée corresponde à celle utile pour élever la température de l'effluent gazeux à au moins 800°C par l'0 2 contenue dans ledit effluent gazeux. L'oxygène libre de l'effluent gazeux entre en réaction d'oxycombustion avec le composé hydrocarboné, lui-même porté à la température de son auto-inflammation par l'effluent gazeux chaud. Cette oxycombustion est contrôlée par la quantité d'oxygène libre présente dans l'effluent gazeux traversant la première plaque perforée 104. L'exothermie de cette combustion contribue à élever la température ambiante et celle de la matière hydrocarbonée présente sur la seconde plaque perforée 104.

L'énergie générée par l'oxycombustion réalise une gazéification d'une partie de la matière hydrocarbonée présente sur la seconde plaque 104, ainsi qu'une finalité d'oxycombustion si il y a de l'oxygène résiduel dans l'effluent gazeux après la première oxycombustion réalisée entre les deux premières plaques perforées 104. La quantité d'oxygène introduite par l'orifice 108 peut avantageusement être définie pour qu'il y ait un excès qui oxyde une partie des matières hydrocarbonées déposées sur la seconde plaque perforée 104 afin que l'énergie délivrée permette la gazéification d'une plus importante quantité de matières hydrocarbonées déposées sur une troisième (et éventuellement une énième) plaque perforée 104. Ainsi les oxydations répétitives sont calculées et contrôlées pour que la somme des énergies délivrées permettent de réaliser la gazéification rapide et complète des vaporisables contenus dans la quantité définie de matière hydrocarbonée à gazéifier dans le laps de temps, cette gazéification produisant :

un premier flux gazeux à une température supérieure ou égale à 800°C, et

- une charge solide, comprenant des éléments de carbone fixe

(non gazéifiables dans les conditions du procédé selon l'invention, matières communément appelées coke de pétrole), des molécules hydrocarbonées solides ou pâteuses peuvent aussi être présentes dans ce résiduel de gazéification. Ces matières sont alors à une température supérieure ou égale

400/500°C.

Le fait que la température du premier flux gazeux soit supérieure à la température de la charge solide s'explique par le fait que les éléments d'oxygène, encore présents dans l'effluent gazeux, continuent à oxyder des molécules hydrocarbonées gazeuses après la gazéification de ces molécules, en aval des premières plaques perforées 104.

Le système 100 comprend en outre, en aval des plaques perforées 104, une zone 112 appelée chambre d'homogénéisation prévue pour accueillir le premier flux gazeux et pour réaliser la détente et l'homogénéisation du premier flux gazeux en température.

Cette chambre d'homogénéisation 112 comprend également des sondes de température 114, réparties de part et d'autre des plaques perforées 104, qui contrôlent l'élévation de la température dans la chambre 112 et entre lesdites plaques perforées, lorsqu'elles ont pour objet de permettre une oxycombustion supplémentaire qui maintienne la température de gazéification des matières hydrocarbonées. Ce sont ces sondes de température 108 etl l4 qui gèrent la commande électronique d'injection d'oxygène dans l'effluent gazeux par l'ouverture d'injection 110 et par une ouverture d'injection 116 qui débouche dans la chambre d'homogénéisation.

L'introduction d'oxygène, par l'admission de l'effluent gazeux primaire, est proportionnée à la quantité de matières hydrocarbonées et/ou des composés hydrocarbonés que l'on veut convertir, en vue d'obtenir un premier flux gazeux dans la chambre d'homogénéisation 112 à une température de 800°C au moins. Des exemples de proportions d'oxygène introduit à ce stade sont donnés plus loin dans le cas d'un exemple particulier de molécules hydrocarbonées.

Le système 100 comprend en outre une zone 118, appelée chambre d'oxydation, située au bas des plaques perforées 104 et dans laquelle débouchent lesdites plaques perforées 104. Cette chambre d'oxydation 118 est prévue pour accueillir la charge non gazeuse, à savoir la charge pâteuse et/ou solide obtenue préalablement, après gazéification de la part gazéifiable des matières hydrocarbonées, cette charge non gazeuse s'écoulant par gravité sur la plaque perforée 104 pour tomber par gravité dans la chambre d'oxydation 118. La charge non gazeuse arrivant dans la chambre d'oxydation 118 est à une température supérieure à 400-500 °C.

Le système 100 comprend également une ouverture 120 d'introduction d'un flux gazeux, dit d'oxydation, constitué de C0 2 et d'0 2 dans la chambre d'oxydation 118. Le flux gazeux d'oxydation a pour rôle d'oxyder, par des molécules d'0 2 , les molécules hydrocarbonées non gazeuses comprenant des éléments de carbone fixe, se trouvant dans la charge non gazeuse qui arrive dans la chambre d'oxydation par gravité. La température de la chambre 118 est contrôlée par une sonde 122 qui agit sur l'admission d'oxygène dans ladite chambre d'oxydation par une ouverture d'injection 124.

L'introduction d'oxygène pur dans la chambre d'oxydation 118 a pour objet de réaliser l'oxycombustion des molécules hydrocarbonées se trouvant dans la chambre 118, cette oxycombustion est complète, le résultat est la génération d'un deuxième flux gazeux composé de C0 2 et H 2 0 et éventuellement de l'0 2 résiduel à la température supérieure ou égale à 1200°C. Ce flux gazeux est ainsi caloporteur et réactif, son interaction/mélange avec le premier flux gazeux met ces deux flux en condition de réaction rédox. En effet, l'oxygène pur introduit dans la chambre d'oxydation 118 réalise une oxydation exothermique des molécules carbonées et/ou hydrocarbonées. La quantité d'oxygène introduite est contrôlée de sorte que le contenu de la chambre d'oxydation 118 soit porté à une température d'au moins 1200°C. Un complément d'oxygène peut être introduit par le même canal pour fournir, le cas échéant, le moyen de génération thermique utile à la compensation de l'endothermie de réduction du C0 2 par les carbones réducteurs du premier flux gazeux. Des exemples de proportions d'oxygène introduit sont donnés plus loin dans le cas d'un exemple particulier de molécules hydrocarbonées.

Par ailleurs, le flux gazeux d'oxydation peut être un flux préalablement chauffé en vue de diminuer la quantité d'oxygène injecté dans la chambre d'oxydation 118.

L'oxydation des carbones fixes dans la chambre d'oxydation 118 fournit un deuxième flux gazeux à une température supérieure ou égale à 1200°C, ce flux gazeux comprend uniquement des molécules de C0 2 et éventuellement des molécules de H 2 0, des molécules d'oxygène et des molécules soufrées. L'oxydation fournit également des résidus solides, incombustibles et non gazéifiables tels que des minéraux contenus dans les matières premières hydrocarbonées, qui sont évacués hors du système par gravitation au bas de la chambre d'oxydation 118 par un mécanisme étanche à l'air (non représenté).

Le système 100 comprend en outre une zone 126, appelée chambre de conditionnement thermique, qui est la continuité de la chambre d'oxydation 118. Elle est configurée pour canaliser l'écoulement du deuxième flux gazeux, généré dans la chambre d'oxydation 118, vers une zone 128, dite chambre de mélange, où se réalise le mélange du premier flux gazeux et du deuxième flux gazeux.

Cette chambre de conditionnement thermique 126 est la séparation entre les chambres 112 et 128, et elle est conçue de manière à contraindre l'écoulement du premier flux gazeux, vers la chambre de mélange 128, par un réseau tubulaire 130 qui traverse ladite chambre de conditionnement thermique 126 et permet la communication entre les deux chambres 112 et 128. Le réseau tubulaire 130 est disposé dans le sens longitudinal d'écoulement, sans déviation, de la chambre 112 à la chambre 128 et perpendiculairement au sens d'écoulement du deuxième flux gazeux, de la chambre 118 à la chambre 128, lequel écoulement suit une trajectoire déviée. La chambre de conditionnement thermique 126 a pour rôle de réaliser un échange thermique indirect, c'est-à-dire sans contact, entre le premier flux gazeux et le deuxième flux gazeux de sorte qu'une partie de la chaleur du deuxième flux gazeux est transmise au premier flux gazeux.

La chambre de conditionnement thermique 126 est donc un échangeur thermique où s'homogénéise les températures des premier et second flux gazeux avant leur combinaison dans la chambre de mélange 128 pour la phase finale de conversion rédox des C0 2 (oxydants) du deuxième flux gazeux par les molécules hydrocarbonées (réductrices) du premier flux gazeux. Cette chambre de conditionnement thermique 126 est composée d'une enveloppe qui forme une boite parallélépipédique qui occupe toute la surface de la section du système. Le volume de cette boite est clos sur les 4 côtés qui épousent les parois du système 100, et le réseau tubulaire 130 est soudé étanche du côté de la chambre d'homogénéisation 126. La boite parallélépipédique n'est pas solidaire des parois verticales et supérieures du système, afin de permettre la dilatation de ladite boite (un passage minimum du premier flux gazeux est ainsi admis de part et d'autre de ce volume) ledit volume est dépourvu de fond permettant ainsi la communication avec la chambre d'oxydation 118. La paroi de ladite boite parallélépipédique qui sépare la chambre de conditionnement thermique 126 de la chambre de mélange 128 est configurée pour le maintien et la dilatation des tubes 132 composant le réseau de tubes 130 et disposés parallèlement au sens du premier flux gazeux transitant de la chambre d'homogénéisation 112 à la chambre de mélange 128, et ajourée pour permettre l'écoulement du deuxième flux gazeux, de la chambre de conditionnement thermique 126 dans la chambre de mélange 128.

Les tubes 132 sont soudés étanches sur la paroi de l'enveloppe parallélépipédique, du côté de la chambre d'homogénéisation 112, et juste maintenus du côté de la chambre de mélange 128. Ces tubes traversent donc la chambre de conditionnement thermique 126 de part en part et ont pour objet de canaliser le premier flux gazeux et de permettre le passage de ce premier flux gazeux de la chambre d'homogénéisation 112 vers la chambre de mélange 128 tout en réalisant un échange thermique avec le deuxième flux gazeux qui lui est canalisé par la forme parallélépipédique.

Compte tenu de la température du deuxième flux gazeux provenant de la chambre d'oxydation 118 (supérieure ou égale à 1200°C), la paroi au contact avec le premier flux gazeux provenant de la chambre d'homogénéisation est à une température inférieure ou égale à 1200°C.

L'enveloppe parallélépipédique est ajustée non étanche aux parois du système pour gérer les dilatations, une partie de l'ensemble gazeux provenant de la chambre d'homogénéisation 112 peut donc passer par ces interstices où l'échange thermique s'effectue au contact des parois de l'enveloppe qui canalise le deuxième flux gazeux à 1200°C. Le premier flux gazeux et le deuxième flux gazeux sont à une température supérieure à 1000°C en arrivant dans la chambre de mélange 128. Le mélange des deux flux gazeux a pour but de réaliser la complétude de la réaction rédox par les molécules hydrocarbonées se trouvant dans le premier flux gazeux :

les molécules gazeuses hydrocarbonées sont éminemment inflammables, donc en état d'interagir avec tout atome d'oxygène disponible, notamment les molécules oxydantes,

les molécules oxydantes réagissent instantanément avec les réducteurs carbones de la molécule hydrocarbonée, et

l'oxygène complémentaire introduit, sous strict contrôle, avec le deuxième flux gazeux contrôle et régule les besoins thermiques et maintient les conditions optimales de la réaction thermochimique rédox. Les contrôles des paramètres de la réaction thermochimique dans la chambre de mélange 128 se font par une sonde de température 134.

La chambre de mélange 128 comporte en outre une ouverture 136 de prise d'échantillon pour une analyse spectrométrique des composants du troisième flux gazeux.

Chacune des sondes de température utilisée dans le système 100 peut être une sonde de température infrarouge.

Le mélange des deux flux gazeux permet d'obtenir un troisième flux gazeux, qui est à une température inférieure ou égale à 1200°C et qui comprend des molécules de CO, H 2 , H 2 0 et éventuellement des molécules à base soufre de formules S x .

Le système 100 comprend une ouverture 138 d'extraction du troisième flux gazeux de la chambre de mélange 128 à l'extérieur du système 100.

Dans l'exemple décrit plus haut les matières hydrocarbonées sont portées à la température d'auto-inflammation par mélange avec un effluent gazeux. Cependant, dans un autre mode de réalisation les matières hydrocarbonées peuvent être portées à la température d'auto-inflammation par chauffage indirect, c'est-à-dire sans mélange avec un effluent gazeux, par exemple par l'intermédiaire de la première plaque perforée qui peut être chauffée et qui chauffe alors les matières hydrocarbonées. Dans ce cas, l'injection d'oxygène peut être réalisée au niveau de la plaque perforée, dont les perforations ne sont plus nécessaires.

Nous allons maintenant donner la composition du premier flux gazeux, du deuxième flux gazeux et du troisième flux gazeux dans différents modes de réalisation.

- Si l'effl uent gazeux est un effluent d'échappement et/ou une fumée industrielle :

o le premier flux gazeux comprend des molécules de N 2 , 0 2 , ΝΟχ, SO x , CO, C0 2 , H 2 0 et des molécules hydrocarbonées gazeuses. Ces molécules s'homogénéisent, en température et répartition, dans la chambre d'homogénéisation avant leur aspiration dans la chambre de mélange ;

o le deuxième flux gazeux comprend des molécules de C0 2 , 0 2 , éventuellement de H 2 0 et éventuellement des molécules soufrées de formules SO x ;

o le troisième flux gazeux comprend des molécules de N 2 , S 2 , CO, H 2 et H 2 0 et des molécules soufrées de formules S x .

Si l'effluent gazeux est du CQ 2 .

o le premier flux gazeux comprend des molécules de C0 2 , de CO, H 2 0 et des molécules hydrocarbonées gazeuses. Ces molécules s'homogénéisent, en température et répartition, dans la chambre d'homogénéisation avant leur aspiration dans la chambre de mélange ;

o le deuxième flux gazeux comprend des molécules de C0 2 , 0 2 , éventuellement de H 2 0 et éventuellement des molécules soufrées de formules SO x ;

o le troisième flux gazeux comprend des molécules de CO, H 2 et H 2 0 et des molécules soufrées de formules S x . Dans le cas où aucun effluent gazeux n'est utilisé pour porter les matières hvdrocarbonées à la température d'autoinflammation :

o le premier flux gazeux comprend des molécules hydrocarbonées gazeuses et des molécules de CO et H 2 0. Ces molécules s'homogénéisent, en température et répartition, dans la chambre d'homogénéisation avant leur aspiration dans la chambre de mélange ;

o le deuxième flux gazeux comprend des molécules de C0 2 ,

0 2 , éventuellement de H 2 0 et éventuellement des molécules soufrées de formules SO x ;

o le troisième flux gazeux comprend des molécules de CO, H 2 et H 2 0 et des molécules soufrées de formules S x .

Le procédé selon l'invention s'applique plus particulièrement à toutes les matières liquides et/ou pâteuses dont les molécules hydrocarbonées sont à multiples carbones (C n ) inférieurs et/ou supérieurs à Ci 6 .

Nous allons maintenant donner un exemple de traitement de matières hydrocarbonées dans le cas où les molécules hydrocarbonées traitées sont de l'hexadécane qui correspond à du fioul-oil lourd N°2 et de formule Ci 6 H 34 .

Dans le cas où l'effluent gazeux utilisé est du C0 2 pur, pour traiter une mole d'hexadécane Ci 6 H 34 , les réactions qui ont lieu et les quantités de C0 2 et d'0 2 utilisées sont les suivantes :

- lors de la gazéification : sont introduits 4,15 moles de C0 2 et 2,465 moles d'0 2

o les réactions qui ont lieu sont :

■ oxydation de 9,86 moles d'hydrogène (H) sur 34, soit 4,93 moles d'hydrogène (H 2 ) en H 2 0 et génération de 1193,35 kJ, énergie thermique qui élève la température du milieu à T°>800°C gazéification de la part gazéifiable de la matière première ±80% en molécules gazeuses d'hexadécane à T°≥800°C

génération de 3,92 moles de carbones fixes (part non gazéifiable "coke de pétrole" de la matière première) ±20% à T°<500°C.

Ces réactions produisent un premier flux gazeux et des carbones fixes, le flux gazeux comprend

4,93 moles de H 2 0, conséquence de l'oxycombustion de l'hydrogène (phase d'oxy- déshydrogénation exo-énergétique) de la fraction de mole d'hexadécane correspondant à l'apport thermique de gazéification

Environ 56% de la mole d'hexadécane gazéifiée, dont la température est >800°C et dont les éléments (C et H) sont éminemment inflammables donc à l'état de réducteurs potentiels de toute molécule oxydante

Des particules aérosols de carbone, des molécules de CO et de H 2 peuvent être constatées dans le premier flux gazeux en fonction des interactions et réactions rédox relatives à la régulation de la température du milieu ; selon que la température augmente, H 2 0 peut être réduite par (C) réducteur (présent dans le flux gazeux sous forme d'aérosol après l'oxy- déshydrogénation de la molécule d'hexadécane) cette réaction étant endothermique elle vient réguler toute hausse intempestive de la température du milieu, la réaction s'arrête dès que la température baisse en dessous du seuil de réaction rédox ou qu'il n'y a plus de carbone réducteur. La réaction rédox C0 2 +C=2CO+172kJmol peut aussi interagir dans l'hypothèse d'une hausse intempestive de la température du milieu, mais à ce stade la régulation de la température est automatiquement gérée par l'admission d'oxygène,

4,15 moles de C0 2 qui sont portées à la température du milieu, avant d'être introduites en mélange avec le deuxième flux gazeux où elles seront les oxydants de la réaction rédox dont les,

3,92 moles de carbones fixes qui tombent par gravité dans la zone d'oxydation du réacteur

lors de l'oxydation des carbones fixes: sont introduits 5 moles de C0 2 et 5,02 moles d'0 2

o les réactions qui ont lieu sont :

les 3,92 moles de carbones fixes sont oxy- comburés en C0 2 par autant de moles d'oxygène o ces introductions et réactions produisent un deuxième flux gazeux comprenant

8,92 moles de C0 2 ,

1,10 mole d'0 2 qui sera le comburant de l'oxycombustion dédiée à la compensation énergétique de l'endothermie de la réaction rédox qui se produira au cours du mélange du premier et deuxième flux gazeux pour former le troisième flux gazeux

lors du mélange du premier et du deuxième flux gazeux : sont introduits, le premier flux gazeux à une température >800°C et le deuxième flux gazeux à une température > 1200°C, dans la chambre de mélange, par l'intermédiaire d'une chambre dite "de conditionnement thermique" (un échangeur thermique ouvert sur les trois chambres sans communication directe entre les flux 1 et 2) où la température des deux flux s'homogénéisera

o les réactions qui ont lieu sont :

l'oxygène du deuxième flux gazeux réagit instantanément avec la part d'hexadécane gazeux, cette oxycombustion élève la température du milieu et apporte l'énergie utile à la réduction des C0 2 par les carbones réducteurs de l'hexane gazéifié

réaction rédox (C0 2 +C=2CO+ 172kJmol) des C0 2 du premier et deuxième flux gazeux avec les carbones réducteurs de l'hexane gazéifié du premier flux gazeux

désassemblage des molécules d'hexadécane et libération de l'hydrogène moléculaire qui n'a pas la possibilité de capter d'oxygène dans le milieu de la troisième zone de mélange. Selon le choix de régulation de la température, une réaction rédox secondaire peut être initiée dans le milieu de mélange : CO+H 2 0=C0 2 +H 2 -41kJmol qui permet de faire varier la teneur en H2 du gaz de synthèse, au dépend du CO (cela dépend de l'usage prévu pour le syngaz qui peut être ainsi plus ou moins facilement inflammable).

o Ces réactions produisent un troisième flux gazeux, dont la température se situe entre 1000/1200°C comprenant :

24,15 moles de CO, dont le pouvoir calorifique supérieur (PCS) est de 6835,53 kJ

10,10 moles de H 2 , dont le pouvoir calorifique supérieur (PCS) est de 2443,35 kJ

13,80 moles de H 2 0 Une mole d'hexadécane (Ci 6 H 34 ) a un PCS de 10 418 kJ, le syngaz obtenu a un PCS de 9 278,88 kJ, soit un transfert d'énergie de 90% et la substitution d'une source énergétique d'une matière première peu exploitable en un gaz de synthèse, nouvelle source énergétique utilisable dans tous les systèmes thermiques existants ; la chaleur sensible du troisième flux gazeux représente une énergie > 1 114 kJ, recyclée dans le système pour le cycle suivant cette énergie vient en déduction de celle produite pour les différentes actions/réactions, économisant de l'oxygène et de l'hydrogène ; l'énergie économisée se traduit par des molécules de H 2 supplémentaires dans le syngaz, le PCS de ces molécules porte le PCS du syngaz à 10 417,70 kJ, soit 99,99% de l'énergie potentielle de la matière première.

Dans le cas où l'effluent gazeux utilisé est un gaz d'échappement et/ou des effluents gazeux industriels provenant d'une combustion atmosphérique d'un combustible quelconque, l'effluent est à une certaine température (a donc une capacité thermique recyclable) et sera porté à la température d'au moins 300°C si cela est nécessaire ; de manière générale l'effluent est composé de N 2 , H 2 0, C0 2 , CO, 0 2 , particules organiques (le plus souvent carbonées, donc combustibles), de NOx et éventuellement de SOx ; le procédé selon l'invention, consiste à réaliser une analyse numérique des éléments d'oxygène contenus dans l'effluent, sous forme d'0 2 et/ou d'oxydes élémentaires et à établir le rapport entre cette numérisation et la quantité d'oxygène intervenant dans la réaction décrite au paragraphe précédent, pour que la proportion (et le volume correspondant d'effluent) corresponde à une mole de Ci 6 H 34 . Les réactions qui ont lieu au cours des étapes sont identiques à la description citée et les quantités de C0 2 et d'0 2 ajoutées sont relatives à l'ensemble des facteurs ; ainsi, les différences qui seront manifestes, comparées à la description précédente, seront au niveau des premier et troisième flux le deuxième flux étant identique : lors de de la gazéification :

o les réactions qui ont lieu sont :

oxycombustion partielle de la mole d'hexadécane par l'oxygène contenu dans l'effluent à traiter, cette réaction est identique à celle de la précédente description ; cette oxydation provoque l'oxydo-déshydrogénation exo- énergétique de la molécule Ci 6 H 34 nécessaire à la génération d'énergie de gazéification de la part volatile de ladite molécule ; ainsi la mole d'hexadécane subit les mêmes interactions que celles décrites précédemment ; selon l'analyse préalable l'oxygène "libre" contenu dans la proportion relative d'effluent est défini pour générer l'exothermie nécessaire de cette première réaction ; ainsi les vapeurs d'hexadécane sont extrêmement inflammables et ses éléments constitutifs (C et H) sont des réducteurs patents, tous les oxydants (NOx, SOx) de l'effluent entreront en réaction rédox avec ces éléments.

o Les réactions produisent un premier flux gazeux qui comprend les mêmes molécules que dans la précédente description avec les molécules d'azote (N 2 ) contenues dans le volume relatif (à une mole d'hexadécane) d'effluent initial ; à la molécule se trouvant sous la forme N 2 naturelle s'ajoute la molécule d'azote, présente dans l'effluent sous l'état d'oxyde élémentaire (NOx), qui sera éventuellement (lors de cette première réaction rédox) réduite au contact de la mole d'hexadécane, elle-même portée à la température d'auto-inflammation par l'effluent gazeux, en oxydant l'hydrogène de ladite molécule Ci 6 H 34 et réalisant ainsi une part d'oxydo-déshydrogénation exo-énergétique que l'ajout d'oxygène génère dans la description précédente.

lors de l'oxydation :

o les réactions qui ont lieu sont les mêmes que dans la précédente description,

o ces réactions produisent un deuxième flux gazeux identique à celui de la précédente description

lors du mélange du premier et du deuxième flux gazeux :

o les réactions qui ont lieu sont les mêmes que dans la précédente description avec la finalité de la réaction rédox définie pour le traitement de l'effluent gazeux initial ; au cours de cette phase de mélange les oxydants qui n'ont pas été réduits (NOx, SOx) le sont en même temps que les C0 2 et éventuellement que certaines molécules de H 2 0,

o ces réactions produisent un troisième flux gazeux identique à celui de la précédente description, complémenté des molécules désoxydées qui étaient contenues dans l'effluent initial (N 2 , S 2 ). L'azote sera un volume "ballast" neutre dans l'usage qui sera fait du syngaz contenu dans ledit troisième flux. Ce volume peut être proportionné à volonté en faisant varier à la baisse la proportion d'effluent initial par mole d'hexadécane.

La FIGURE 2 est une représentation schématique d'une installation selon l'invention mettant en œuvre le système 100 de la figure 1 dans le cas où l'effluent gazeux est un gaz d'échappement.

L'installation 200 comprend : - un circuit d'amenée 202 du gaz d'échappement dans le système 100,

- un circuit d'amenée 204 des matières hydrocarbonées dans le système 100,

- un circuit d'amenée 206 d'oxygène dans le système 100 pour la réaction d'oxydation et de gazéification,

- un circuit d'amenée 208 du flux gazeux d'oxydation dans le système 100 pour la réaction d'oxydation, et

- un circuit de récupération 210 du troisième flux gazeux à la sortie 130 du système 100.

L'installation comprend en outre un échangeur thermique 212, connecté au circuit de récupération 210 pour réaliser un échange thermique entre le troisième flux gazeux et du C0 2 liquide ou froid . Cette échange thermique permet de réaliser :

- un refroidissement du troisième flux gazeux en vue de séparer d'abord les molécules soufrées de formule S x présentes dans le troisième flux gazeux et ensuite l'eau présente dans le troisième flux gazeux, et

- un réchauffement du C0 2 froid ou liquide à une température de 1200°C en vue d'obtenir le flux gazeux d'oxydation.

Les molécules soufrées condensées/séparées du troisième flux gazeux sont récupérées par un circuit de récupération 214, l'eau condensée/séparée est récupérée par un circuit de récupération d'eau 216 et le C0 2 chaud obtenu est entré dans le circuit d'amenée 210 du flux gazeux d'oxydation dans le système.

L'échangeur thermique 212 fournit un quatrième flux gazeux comprenant uniquement des molécules de CO et de N 2 .

L'installation 200 comprend en outre un dispositif 218 de cogénération d'électricité dans lequel le quatrième flux gazeux est oxydé par de l'oxygène pur 0 2 et qui fournit un cinquième flux gazeux comprenant uniquement du C0 2 et des molécules de formules N 2 .

Ce cinquième flux gazeux est fourni à un réacteur de microalgues 220 pour la culture de microalgues et fournit de l'oxygène par photosynthèse et des microalgues qui représentent de la biomasse valorisable par combustion ou par traitement sous C0 2 .

L'oxygène fournit par le réacteur de microalgues 220 peut être réutilisé dans le procédé, système et installation selon l'invention.

La FIGURE 3 est une représentation schématique d'un autre exemple d'une installation selon l'invention mettant en œuvre le système 100 de la figure 1 dans le cas où l'effluent gazeux est un flux gazeux de C0 2 pur.

L'installation 300 représentée sur la figure 3 est identique à l'installation 200 de la figure 2, à ceci près que le quatrième flux gazeux comprend uniquement du CO et lorsqu'il est exploité sous oxygène pur dans le dispositif de cogénération d'électricité 218, le cinquième flux gazeux comprend uniquement du C0 2 .

Une partie de ce cinquième flux gazeux qui comprend uniquement du C0 2 est utilisée dans le réacteur de microalgues 220. Une autre partie du cinquième flux gazeux comprenant uniquement du C0 2 , récupéré par un circuit de recyclage 302, est réutilisée en tant que flux gazeux d'oxydation et/ou en tant qu'effluent gazeux dans le système 100. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits.