CA3268366A1 - Production of synthetic fuels from carbon dioxide with carbon dioxide separation - Google Patents

Production of synthetic fuels from carbon dioxide with carbon dioxide separation

Info

Publication number
CA3268366A1
CA3268366A1 CA3268366A CA3268366A CA3268366A1 CA 3268366 A1 CA3268366 A1 CA 3268366A1 CA 3268366 A CA3268366 A CA 3268366A CA 3268366 A CA3268366 A CA 3268366A CA 3268366 A1 CA3268366 A1 CA 3268366A1
Authority
CA
Canada
Prior art keywords
carbon dioxide
effluent
unit
rwgs
reaction unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CA3268366A
Other languages
English (en)
Inventor
Catherine Laroche
Jean-Francois Joly
Marie DEHLINGER
Jean-Philippe Heraud
Original Assignee
IFP Energies nouvelles
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies nouvelles filed Critical IFP Energies nouvelles
Publication of CA3268366A1 publication Critical patent/CA3268366A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C10G2/30—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C10G2/32—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G69/00—Treatment of hydrocarbon oils by at least one hydrotreatment process and at least one other conversion process
    • C10G69/02—Treatment of hydrocarbon oils by at least one hydrotreatment process and at least one other conversion process plural serial stages only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0006—Controlling or regulating processes
    • B01J19/0013—Controlling the temperature of the process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/245—Stationary reactors without moving elements inside placed in series
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/40—Carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/02—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon
    • C07C1/04—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C07C1/0405—Apparatus
    • C07C1/041—Reactors
    • C07C1/0415—Reactors with moving catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/02—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon
    • C07C1/04—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C07C1/0425—Catalysts; their physical properties
    • C07C1/043—Catalysts; their physical properties characterised by the composition
    • C07C1/0435—Catalysts; their physical properties characterised by the composition containing a metal of group 8 or a compound thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/02—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon
    • C07C1/04—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C07C1/0425—Catalysts; their physical properties
    • C07C1/043—Catalysts; their physical properties characterised by the composition
    • C07C1/0435—Catalysts; their physical properties characterised by the composition containing a metal of group 8 or a compound thereof
    • C07C1/044—Catalysts; their physical properties characterised by the composition containing a metal of group 8 or a compound thereof containing iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/02—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon
    • C07C1/04—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C07C1/0455—Reaction conditions
    • C07C1/048—Temperature controlling measures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G3/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oxygen-containing organic materials, e.g. fatty oils, fatty acids
    • C10G3/42—Catalytic treatment
    • C10G3/44—Catalytic treatment characterised by the catalyst used
    • C10G3/45—Catalytic treatment characterised by the catalyst used containing iron group metals or compounds thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G49/00—Treatment of hydrocarbon oils, in the presence of hydrogen or hydrogen-generating compounds, not provided for in a single one of groups C10G45/02, C10G45/32, C10G45/44, C10G45/58 or C10G47/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/002—Removal of contaminants
    • C10K1/003—Removal of contaminants of acid contaminants, e.g. acid gas removal
    • C10K1/005—Carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/02—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment
    • C10K3/026—Increasing the carbon monoxide content, e.g. reverse water-gas shift [RWGS]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C25B15/081—Supplying products to non-electrochemical reactors that are combined with the electrochemical cell, e.g. Sabatier reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0283—Flue gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456—Removing acid components
    • B01D53/1475—Removing carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00087—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements outside the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00157—Controlling the temperature by means of a burner
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of the iron group metals or copper
    • C07C2523/74—Iron group metals
    • C07C2523/745—Iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of the iron group metals or copper
    • C07C2523/74—Iron group metals
    • C07C2523/75—Cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/10—Feedstock materials
    • C10G2300/1022—Fischer-Tropsch products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/40—Characteristics of the process deviating from typical ways of processing
    • C10G2300/4043—Limiting CO2 emissions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/40—Characteristics of the process deviating from typical ways of processing
    • C10G2300/4081—Recycling aspects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

Dispositif/procédé de captage/conversion de CO2, comprenant/utilisant une unité de captage de CO2 (2) de la charge (1) produisant un effluent riche en CO2 (3), une unité d'électrolyse de l'eau (5) convertissant de l'eau (4) en oxygène (6) et hydrogène (7), une unité réactionnelle de RWGS (8) traitant l'effluent riche en CO2 avec l'hydrogène et produisant un gaz de RWGS (9) enrichi en CO et en eau, une unité réactionnelle FT (13) convertissant le gaz de RWGS et produire un effluent FT (14), une première unité de séparation (15) traitant l'effluent FT et produisant un effluent hydrocarboné (17) et un effluent gazeux (33), une deuxième unité de séparation (34) séparant un premier gaz (33), produisant un gaz appauvri en CO2 (18) et envoyant un gaz riche en CO2 (35) dans l'unité de RWGS, une unité réactionnelle à l'hydrogène (20) traitant l'effluent hydrocarboné pour produire des coupes hydrocarbonées (21).

Description

WO 2024/110371 1 PCT/EP2023/082356 Production de carburants de synthese a partir de dioxyde de carbone avec separation de dioxyde de carbone Domaine technique La presente invention porte sur la production de carburants de synthese, a savoir de I’essence, du kerosene, du gazole, et/ou d’autres produits hydrocarbones, tels du naphta, ou des bases lubrifiantes, de tres haute qualite (essentiellement depourvus de soufre, d’aromatiques, d’azote).
Plus particulierement, un objet de la presente invention est de produire des carburants de synthese a partir de dioxyde de carbone (CO2) et d’hydrogene (H2).
Le captage et la conversion du dioxyde de carbone en base carburant selon I’invention comprend deux etapes successives : la conversion du dioxyde de carbone et de I’hydrogene en gaz de synthese compose majoritairement de CO+H2, puis la conversion du gaz de synthese en hydrocarbures de synthese par le procede Fischer-Tropsch (FT).
Les proprietes des produits issus du procede Fischer-Tropsch peuvent etre ajustees par des operations de post-traitement adaptees pour obtenir les specifications carburants desirees.
Technique anterieure L’utilisation du procede de conversion du gaz a I'eau inversee (« Reverse Water-Gas Shift » ou « RWGS » selon la terminologie anglo-saxonne) pour convertir un melange de dioxyde de carbone et d’hydrogene en gaz de synthese CO+H2 est connue de I’homme du metier depuis tres longtemps. II en est de meme pour le procede de synthese Fischer-Tropsch qui permet de convertir ledit gaz de synthese en un melange de paraffines, et/ou d’olefines selon le catalyseur et les conditions operatoires.
Dans le cas ou des paraffines sont produites, il est preferable d’en ameliorer certaines proprietes pour les rendre utilisables pour les applications transports.
Des enchainements d’operations unitaires ont fait I’objet de demandes de brevets, ces enchainements d’operations unitaires visent a convertir du dioxyde de carbone en base pour carburants, souvent connus sous le terme de e-fuels.
On peut par exemple citer la demande de brevet US2010/0280135 A1 qui decrit un procede de synthese renouvelable Fischer-Tropsch qui permet de produire des hydrocarbures et des alcools a partir de I'energie eolienne, de dioxyde de carbone residuel et d'eau.
Le procede comprend les operations unitaires suivantes : electrolyse de I'eau pour produire de I’hydrogene et de I'oxygene, un reacteur RWGS pour la production de gaz de synthese, une synthese Fischer-Tropsch dans un reacteur multitubulaire a haute temperature.
Diverses options de recyclage sont decrites (e.g. recycle apres separation du dioxyde de carbone non converti de5 WO 2024/110371 2 PCT/EP2023/082356 la RWGS, recycle du dioxyde de carbone ex-FT vers RWGS, recycle de H2 et CO non converti ex-FT vers FT).
En revanche, la demande de brevet US2010/0280135 A1 ne mentionne pas la possibilite de faire une integration avantageuse des operations unitaires avec un procede de captage de dioxyde de carbone. II n’est pas non plus fait mention d’une integration thermique entre les differentes sources de calories generees par les operations unitaires.
La demande de brevet US2007/0244208 A1 concerne un procede de production de carburant a indice d'octane eleve a partir de dioxyde de carbone et d'eau.
La matiere premiere est Ie dioxyde de carbone industriel et I'eau.
Le produit final peut etre une essence a indice d'octane eleve, du gazole a haut indice de cetane ou d'autres melanges d'hydrocarbures liquides convenant a I'entraTnement de moteurs a combustion conventionnels ou des hydrocarbures adaptes a un traitement industriel ulterieur ou a une utilisation commerciale.
Des produits, tels que I'ether dimethylique ou le methanol peuvent egalement etre retires de la ligne de production.
La chaleur generee par les reactions exothermiques dans le processus est entierement utilisee, de meme que la chaleur generee par le processus de production, tout comme la chaleur produite par le retraitement des hydrocarbures qui ne conviennent pas au carburant liquide.
En revanche, le brevet US2007/0244208 A1 ne mentionne pas la possibilite de faire une integration avantageuse des operations unitaires avec un procede de captage de dioxyde de carbone. II n’est pas non plus fait mention de recycle depuis le reacteur Fischer-Tropsch pour maximiser la production de carburants.
La demande de brevet US2012/0079767 A1 decrit un procede et systeme pour produire du gaz de synthese en combinant de l'hydrogene et du monoxyde de carbone provenant de sources separees tout en controlant le rapport molaire (H2/CO) du gaz de synthese produit.
L'hydrogene est produit par electrolyse de I'eau.
Le monoxyde de carbone est produit en faisant reagir du dioxyde de carbone capture dans les gaz d'echappement des moteurs a combustion fixes, avec l'hydrogene dans un reacteur RWGS.
Les carburants hydrocarbones sont produits a partir du gaz de synthese par la synthese Fischer-Tropsch.
En revanche, la demande de brevet US2012/0079767 A1 ne mentionne pas la possibilite de faire une integration avantageuse des operations unitaires avec un procede de captage de dioxyde de carbone. II n’est pas non plus fait mention de recycle depuis le reacteur FischerTropsch pour maximiser la production de carburants.
La demande de brevet US2007/0142481 A1 decrit un procede de synthese d'hydrocarbures comprenant I'introduction d'hydrogene et de monoxyde de carbone, dans un premier etage de reaction Fischer-Tropsch permettant a l'hydrogene et au monoxyde de carbone de reagir5 WO 2024/110371 3 PCT/EP2023/082356 partiellement de maniere catalytique pour former des hydrocarbures.
Au moins une partie d'un gaz de queue qui comprend de I'hydrogene et du monoxyde de carbone n'ayant pas reagi, obtenu a partir de la premiere etape de reaction, est introduite dans une seconde etape de reaction Fischer-Tropsch qui est une etape de reaction Fischer-Tropsch catalytique a haute temperature a deux phases. L'hydrogene et Ie monoxyde de carbone peuvent au moins partiellement reagir catalytiquement dans la deuxieme etape de reaction pour former des hydrocarbures gazeux.
Cette demande de brevet est caracterisee par la presence de deux reacteurs Fischer-Tropsch en serie, Ie deuxieme traite Ie gaz de synthese non converti du premier. II n’y a pas de recycle du dioxyde de carbone ni de recycle de I'eau.
Ainsi I’analyse de I’art anterieur met en evidence que I’enchainement d’operations unitaires de RWGS et Fischer-Tropsch permet de produire des bases synthetiques pour carburants a partir de dioxyde de carbone et d’hydrogene, ledit hydrogene pouvant dans certains cas etre produit par electrolyse de I’eau avec une source d’electricite telle que Ie solaire ou I’eolien.
En revanche, ces documents ne donnent pas d’elements relatifs a la possibilite d’integrer avec un resultat positif inattendu des operations unitaires avec Ie procede de captage de dioxyde de carbone qui fournit la matiere premiere contenant la source de carbone pour produire les carburants.
Resume de I’invention Dans Ie contexte precedemment decrit, un premier objet de la presente description est de surmonter les problemes de I’art anterieur et de capter et valoriser Ie dioxyde de carbone sous forme de carburants de synthese utilisables pour les transports.
L’invention concerne Ie captage et la conversion du dioxyde de carbone, de fagon a produire un gaz de synthese CO+H2, et en la conversion dudit gaz de synthese en hydrocarbures de synthese par la reaction de Fischer-Tropsch.
Les caracteristiques des effluents issus de la synthese Fischer-Tropsch peuvent ensuite etre ajustees par un procede de post-traitement (« upgrading » selon la terminologie anglo-saxonne ; connu de I’homme du metier) pour qu’ils soient compatibles avec I’usage pour carburants terrestres, aeriens et maritimes.
Les gaz produits en sortie du reacteur Fischer-Tropsch peuvent egalement etre valorises en methane synthetique (e-methane), gaz naturel synthetique SNG (e-SNG) ou GPL (e-GPL).
Specifiquement, la presente invention concerne un dispositif et un procede de production de carburants de synthese a partir de dioxyde de carbone et d’hydrogene, permettant une production amelioree de produits d’interet.
Avantageusement, Ie procede permet egalement, par une integration thermique originale, de minimiser les besoins energetiques pour la production desdits carburants.5 WO 2024/110371 4 PCT/EP2023/082356 L’invention repose sur la presence d’une unite de separation du dioxyde de carbone contenu dans I’effluent gazeux issu de la section reactionnelle de Fischer-Tropsh, Ie dioxyde de carbone separe de cet effluent gazeux est recycle a I’entree de la section reactionnelle de RWGS.
Ainsi I’effluent gazeux qui peut etre envoye a une section de combustion a I’air ne contient essentiellement plus de dioxyde de carbone.
Preferablement, la presence d’une unite de combustion a I’air permet de produire un effluent gazeux comprenant du dioxyde de carbone, de I’azote et de la vapeur d’eau, par combustion des sous-produits hydrocarbones gazeux du procede.
Avantageusement, I’effluent gazeux peut etre renvoye a I’entree de I’unite de captage de dioxyde de carbone, de fagon a capter Ie dioxyde de carbone et Ie valoriser ensuite dans I’unite reactionnelle de RWGS.
Avantageusement, Ie degagement de chaleur genere par la combustion a I’air permet d’apporter des calories vers d’autres unites du procede, telles que I’unite reactionnelle de RWGS et/ou I’unite de captage de dioxyde de carbone, ce qui limite I’apport externe en calories necessaire.
L’integration energetique du procede permet egalement de produire de I’electricite a partir de la recuperation de chaleur.
Cette chaleur convertie en electricite permet d’apporter de I’energie a la fois pour I’electrolyse de I’eau et/ou pour Ie reacteur de RWGS et/ou I’unite de captage qui permet de convertir Ie dioxyde de carbone et I’hydrogene en gaz de synthese.
Avantageusement, de I’hydrogene produit par electrolyse de I’eau peut etre utilise pour la conversion du dioxyde de carbone, la synthese Fischer-Tropsch et Ie post-traitement.
Preferablement, I’hydrogene necessaire dans Ie procede est integralement fourni par une unite d’electrolyse de I’eau.
Ainsi Ie procede selon l’invention ne necessite pas d’apport d’hydrogene externe, par exemple produit par vaporeformage de gaz naturel. L’electrolyseur fonctionnera avec de preference une electricite bas carbone, ce qui contribuera au caractere renouvelable des carburants et gaz produits.
En outre, I’eau utilisee pour la production d’hydrogene peut provenir au moins en partie du recyclage de I’eau produite dans les differentes etapes du procede, ce qui presente I’avantage de limiter I’apport exterieur en eau.
Selon un premier aspect, les objets precites, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par un dispositif de captage et de conversion d’une charge contenant du dioxyde de carbone, comprenant les unites suivantes : - une unite de captage de dioxyde de carbone de la charge mettant par exemple en oeuvre au moins un solvant a base d’amines, au moins un solvant physique tel que par exemple a base de dimethylether de polyethyleneglycol, et/ou un equipement d’adsorption physique operee par adsorption a temperature alternee, et etant adaptee pour produire un effluent riche en dioxyde de carbone ;WO 2024/110371 5 PCT/EP2023/082356 - une unite d’electrolyse de I’eau adaptee pour convertir de I’eau pour produire de I’oxygene et de I’hydrogene ; - une unite reactionnelle de conversion du gaz a I'eau inversee RWGS adaptee pour traiter I’effluent riche en dioxyde de carbone avec I’hydrogene et produire un gaz de RWGS enrichi 5 en monoxyde de carbone et en eau ; - une unite reactionnelle Fischer-Tropsch adaptee pour: convertir Ie gaz de RWGS et produire un effluent FT, et generer optionnellement une premiere vapeur d’eau, generee par exemple par la vaporisation d’eau dans un echangeur situe a I’interieur de I’unite reactionnelle Fischer-Tropsch, pour alimenter en energie thermique I’unite de captage de 10 dioxyde de carbone ; - une premiere unite de separation adaptee pour traiter au moins en partie I’effluent FT et produire : un effluent hydrocarbone, un premier effluent d’eau optionnellement recycle au moins en partie a I’entree de I’unite d’electrolyse de I’eau, et un premier effluent gazeux ; - une deuxieme unite de separation adaptee pour traiter Ie premier effluent gazeux et 15 produire : un effluent gazeux riche en dioxyde de carbone envoye au moins en partie dans I’unite reactionnelle de RWGS et un effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone optionnellement recycle au moins en partie dans I’unite reactionnelle Fischer-Tropsch ; et - une unite reactionnelle a I’hydrogene (unite d'hydrotraitement et/ou d’hydrocraquage et/ou d'hydroisomerisation) adaptee pour traiter I’effluent hydrocarbone et produire au moins une 20 coupe hydrocarbonee, par exemple aux specifications pour les applications de transport.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie dispositif comprend une unite reactionnelle de combustion a I’air adaptee pour oxyder au moins en partie I’effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone, produire un effluent de combustion comprenant du dioxyde de carbone et de I’eau, et envoyer I’effluent de combustion dans I’unite de captage de dioxyde de carbone. 25 Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’unite reactionnelle de combustion a I’air est adaptee pour produire de la chaleur utilisee pour apporter des calories a I’unite reactionnelle de RWGS et/ou I’unite de captage de dioxyde de carbone (via une ligne d’alimentation), par exemple par echange de chaleur pour chauffer I’effluent riche en dioxyde de carbone et/ou I’effluent gazeux riche en dioxyde de carbone et/ou I’hydrogene, ou par integration de la 30 section reactionnelle de I’unite reactionnelle de RWGS au sein de la chambre de I’unite de combustion a I’air.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, une partie de I’hydrogene est apportee en aval de I’unite reactionnelle de RWGS et en amont de I’unite reactionnelle Fischer-Tropsch.5 WO 2024/110371 6 PCT/EP2023/082356 Selon un ou plusieurs modes de realisation, un echange thermique charge/effluent permet d’utiliser la chaleur disponible dans I’effluent de RWGS pour prechauffer les gaz entrant dans I’unite reactionnelle de RWGS (gaz riches en CO2 et H2).
Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie dispositif comprend un premier echangeur de chaleur adapte pour generer une deuxieme vapeur d’eau par echange thermique entre de I’eau et Ie gaz de RWGS qui peut etre utilise par exemple pour alimenter en energie thermique I’unite de captage de dioxyde de carbone.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie dispositif comprend une premiere turbine pour traiter au moins une partie de I’effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone separe par la premiere unite de separation pour produire de I’electricite.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, une deuxieme turbine est adaptee pour traiter au moins en partie la premiere vapeur d’eau et/ou la deuxieme vapeur d’eau pour produire de I’electricite.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’electricite est utilisee pour apporter des calories a I’unite reactionnelle de RWGS et/ou I’unite de captage de dioxyde de carbone et/ou I’unite d’electrolyse de I’eau.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’electricite est utilisee pour apporter des calories a la section de regeneration de I’unite de captage de dioxyde de carbone.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’unite d’electrolyse de I’eau traite de I’eau provenant d’une ligne d’appoint et/ou du gaz de RWGS et/ou de I’effluent FT.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’eau du gaz de RWGS est au moins en partie ou totalement separee par une troisieme unite de separation pour etre envoyee dans I’unite d’electrolyse de I’eau.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’effluent riche en dioxyde de carbone et/ou I’effluent gazeux riche en dioxyde de carbone sont purifies, separement ou apres melange, avant d’etre introduits dans I’unite reactionnelle de RWGS.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie gaz de RWGS est purifie avant d'etre introduit dans I’unite reactionnelle FischerTropsch, en amont ou en aval de la troisieme unite de separation.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie premier effluent d’eau est purifie avant d'etre introduit dans I’unite d’electrolyse de I’eau.
Les etapes de purification des effluents visent a eliminer au moins partiellement les composes soufres, azotes, des halogenes, metaux lourds et metaux de transition.
Les principales technologies de purification des gaz sont : adsorption, absorption, reactions catalytiques.5 WO 2024/110371 7 PCT/EP2023/082356 Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie dispositif comprend une unite de separation de dioxyde de carbone disposee entre I’unite reactionnelle de RWGS et I’unite reactionnelle Fischer-Tropsch.
Avantageusement, la taille de I’unite reactionnelle FT 13 peut ainsi etre diminuee.
Selon un deuxieme aspect, les objets precites, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par un procede de captage et de conversion du dioxyde de carbone, comprenant les etapes suivantes : - traiter la charge dans une unite de captage de dioxyde de carbone pour produire un effluent riche en dioxyde de carbone ; - convertir de I’eau dans une unite d’electrolyse de I’eau pour produire de I’oxygene et de I’hydrogene ; - traiter I’effluent riche en dioxyde de carbone avec I’hydrogene dans une unite reactionnelle de conversion du gaz a I’eau inversee RWGS pour produire un gaz de RWGS enrichi en CO et en eau ; - convertir Ie gaz de RWGS dans une unite reactionnelle Fischer-Tropsch pour produire un effluent FT ; - optionnellement generer une premiere vapeur d’eau dans I’unite reactionnelle FischerTropsch pour alimenter en energie thermique I’unite de captage de dioxyde de carbone ; - traiter I’effluent FT dans une premiere unite de separation pour produire au moins un effluent hydrocarbone, un premier effluent d’eau et un premier effluent gazeux ; - traiter Ie premier effluent gazeux dans une deuxieme unite de separation pour produire un effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone et un effluent gazeux riche en dioxyde de carbone qui est recycle a I’entree de la section de RWGS ; - optionnellement oxyder au moins une partie de I’effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone, par exemple apres detente dans une turbine, dans une unite reactionnelle de combustion a l’air pour produire un effluent de combustion comprenant du dioxyde de carbone et de I’eau ; - optionnellement envoyer I’effluent de combustion dans I’unite de captage de dioxyde de carbone ; et - traiter I’effluent hydrocarbone dans une unite reactionnelle a I’hydrogene pour produire au moins une coupe hydrocarbonee, par exemple aux specifications requises pour les applications transport.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’unite reactionnelle de RWGS comprend au moins un reacteur utilise dans au moins une des conditions operatoires suivantes : - temperature comprise entre 700°C et 1200°C, preferentiellement comprise entre 800°C et 1100°C, et plus preferentiellement encore comprise entre 850°C et 1050°C ;5 WO 2024/110371 8 PCT/EP2023/082356 - pression comprise entre 0,1 MPa et 10 MPa, preferentiellement comprise entre 0,1 MPa et 5 MPa, et plus preferentiellement comprise entre 0,1 MPa et 3,5 MPa ; - vitesse spatiale du gaz a I'entree du reacteur comprise entre 5000 NL/kgcata/h et 40000 NL/kgcata/h , - catalyseur comprenant un metal ou une combinaison de metaux choisis parmi Ie groupe consistant en les elements Ni, Cu, Fe, Co, Pt, Pd, Ru, Ag et Au.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie catalyseur pour la reaction de RWGS comprend un support, par exemple a base d’alumine, de silice, de silice-alumine, d’alumine-silicee.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’unite reactionnelle FT comprend au moins un reacteur utilise dans au moins une des conditions operatoires suivantes : - temperature comprise entre 170°C et 280°C, de preference entre 190°C et 260°C et preferentiellement entre 210°C et 240°C ; - pression absolue comprise entre 1,0 MPa et 6,0 MPa, de preference entre 1,5 MPa et 3,5 MPa et preferentiellement entre 2,0 MPa et 3,0 MPa ; - catalyseur comprenant du cobalt ou du fer, de maniere preferee du cobalt, Ie catalyseur comprenant optionnellement un support, par exemple a base d’alumine, de silice, de silicealumine, d’alumine-silicee ou de titane.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’unite reactionnelle de combustion a I’air comprend au moins un reacteur utilise dans au moins une des conditions operatoires suivantes : - pression absolue comprise entre 0,1 MPa et 4 MPa ; - temperature comprise entre 600°C et 2000°C, de preference entre 800°C et 1800°C et de maniere preferee entre 900°C et 1500°C ; - presence d’air utilise pour la combustion, avec un taux d’aeration compris entre 1 et 2, et preferablement d’au moins egal a 1,2, Ie taux d’aeration etant defini comme Ie ratio du debit molaire d’air injecte par rapport au debit d’air theorique pour une oxydation complete de tous les combustibles.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, la deuxieme unite de separation est une unite de separation de dioxyde de carbone par membrane et/ou par absorption dans un solvant et/ou par adsorption sur un solide.
Des modes de realisation du dispositif et du procede selon les aspects precites ainsi que d’autres caracteristiques et avantages vont apparaftre a la lecture de la description qui suit, donnee a titre uniquement illustratif et non limitatif, et en reference au dessin suivant.5 WO 2024/110371 9 PCT/EP2023/082356 Liste des figures La figure 1 montre une representation schematique d’un dispositif selon la presente invention comprenant une deuxieme unite de separation pour produire un effluent gazeux riche en dioxyde de carbone envoye dans I’unite reactionnelle de RWGS.
Description des modes de realisation Des modes de realisation du dispositif selon Ie premier aspect et du procede selon Ie deuxieme aspect vont maintenant etre decrits en detail.
Dans la description detaillee suivante, de nombreux details specifiques sont exposes afin de fournir une comprehension plus approfondie du dispositif.
Dependant, il apparaitra a I’homme du metier que Ie dispositif peut etre mis en oeuvre sans ces details specifiques.
Dans d’autres cas, des caracteristiques bien connues n’ont pas ete decrites en detail pour eviter de compliquer inutilement la description.
Dans la presente description, Ie terme « comprendre » est synonyme de (signifie la meme chose que) « inclure » et « contenir », et est inclusif ou ouvert et n’exclut pas d’autres elements non recites. II est entendu que Ie terme « comprendre » inclut Ie terme exclusif et ferme « consister ».
En outre, dans la presente description, un effluent comprenant essentiellement ou uniquement un compose A correspond a un effluent comprenant au moins 95% en poids, preferablement au moins 98% en poids, tres preferablement au moins 99% en poids, de compose A.
Dans la presente description, Ie terme « solvant physique » est synonyme de (signifie la meme chose que) solvant formant des liaisons faibles (e.g. liaison hydrogene, liaison de van der Waals) avec Ie solute, solvant ne formant pas de liaison forte (e.g. liaison covalente, liaison ionique) avec Ie solute.
La presente invention peut se definir comme un dispositif et un procede comprenant un enchainement d’operations unitaires permettant de produire des hydrocarbures de synthese, tels que des carburants de synthese, par exemple de I’essence, du kerosene, du gazole et/ou du naphta ou des bases lubrifiantes, preferablement de tres haute qualite a partir de dioxyde de carbone issu d’une unite de captage.
Le dispositif et Ie procede selon I’invention sont notamment caracterises en ce qu’ils comprennent et utilisent des unites de captage de dioxyde de carbone, de conversion du gaz a I'eau inversee (RWGS), de synthese Fischer-Tropsch (FT), et de traitement a I’hydrogene (hydrotraitement, et/ou d’hydrocraquage et/ou d'hydroisomerisation) des coupes hydrocarbonees issues de I’unite reactionnelle FT, de separation du dioxyde de carbone des effluents gazeux issus du procede Fischer-Tropsh, et optionnellement de combustion des sous-produits hydrocarbones gazeux du procede (RWGS et synthese Fischer-Tropsch et posttraitement) apres en avoir separe le dioxyde de carbone.
Avantageusement, I’hydrogene5 WO 2024/110371 10 PCT/EP2023/082356 necessaire peut etre produit par une unite d’electrolyse de I’eau, ladite eau pouvant provenir des unites reactionnelles de RWGS et Fischer-Tropsch.
Une des caracteristiques de la presente invention peut etre resumee en I’utilisation de dioxyde de carbone pour la production de carburants de synthese, de I’essence, du kerosene, du gazole et/ou du naphta ou des bases lubrifiantes de tres haute qualite.
La presente invention repose egalement sur la presence d’une unite de separation de dioxyde de carbone pour extraire et recycler Ie dioxyde de carbone des autres sous-produits hydrocarbones gazeux du procede.
Avantageusement une unite de combustion a I’air peut etre disposee pour traiter les sousproduits hydrocarbones gazeux appauvris en dioxyde de carbone pour produire un effluent gazeux riche en dioxyde de carbone afin d’ameliorer la production de produits d’interet.
En outre, Ie degagement de chaleur genere par la combustion peut avantageusement etre utilise pour apporter des calories a I’unite reactionnelle de RWGS (8) et/ou I’unite de captage de dioxyde de carbone (2).
Cet apport de calories peut se faire par exemple par echange de chaleur avec : - Ie gaz de combustion au sein de la chambre de combustion ; et/ou - I’effluent gazeux a haute temperature en aval de la chambre de combustion ; et/ou - de la vapeur d’eau generee par I’unite reactionnelle de combustion a fair et/ou par 1’echange thermique avec I’effluent gazeux de combustion.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, la presente invention permet egalement de minimiser la quantite d’energie carbonee externe au procede et done I’impact sur I’environnement, au moyen d’une integration energetique originale basee sur I’utilisation de la chaleur en sortie de I’unite reactionnelle Fischer-Tropsch et optionnellement de I’unite reactionnelle de RWGS, pour desorber Ie dioxyde de carbone, par exemple complexe a de l’amine dans I’unite de captage de dioxyde de carbone et plus particulierement dans une unite de regeneration du solvant.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, de I’electricite peut etre egalement produite par une turbine alimentee par un effluent issu de I’unite reactionnelle Fischer-Tropsch et/ou par de la vapeur d’eau (e.g. produite en sortie de I’unite reactionnelle Fischer-Tropsch et/ou de I’unite reactionnelle de RWGS), cette electricite permettant par exemple d’apporter des calories au dispositif selon I’invention, par exemple a I’unite reactionnelle de RWGS.
Ainsi la combinaison des unites de captage et de conversion chimique du dioxyde de carbone avec preferablement une integration thermique originale permet de produire des bases pour carburants, et en particulier pour carburant pour Ie secteur aerien tout en minimisant I’impact environnemental du procede.5 WO 2024/110371 11 PCT/EP2023/082356 Preferablement, I’utilisation de I’unite d’electrolyse de I’eau pour traiter I’eau produite par I’unite reactionnelle de RWGS et/ou I’unite Fischer-Tropsch permet en outre de minimiser I’impact environnemental du procede.
En reference a la figure 1, Ie dispositif de conversion du dioxyde de carbone en hydrocarbures liquides comprend : - une unite de captage de dioxyde de carbone 2 adaptee pour traiter une charge 1 contenant du dioxyde de carbone et produire un effluent (gazeux) riche en dioxyde de carbone 3 (/.e., enrichi en dioxyde de carbone par rapport a la charge 1) ; - une unite d’electrolyse de I’eau 5 adaptee pour traiter de I’eau 4 (fraiche ou recyclee) pour produire de I’oxygene 6 et de I’hydrogene 7 ; - une unite reactionnelle de RWGS 8 adaptee pour convertir au moins partiellement Ie dioxyde de carbone de I’effluent riche en dioxyde de carbone 3 en un gaz de RWGS 9 riche en CO (i.e., gaz de synthese enrichi en CO (et en eau) par rapport a I’effluent riche en dioxyde de carbone 3) ; - une unite reactionnelle Fischer-Tropsch (FT) 13 adaptee pour convertir Ie gaz de RWGS 9 et produire un effluent Fischer-Tropsch (FT) 14, et optionnellement adaptee pour generer une premiere vapeur d’eau 22, generee par exemple par la vaporisation d’eau dans un echangeur situe a I’interieur de I’unite reactionnelle FT 13, pour alimenter en energie thermique I’unite de captage de dioxyde de carbone 2 ; - une premiere unite de separation 15 adaptee pour traiter au moins en partie I’effluent FT 14 et produire : au moins un effluent hydrocarbone 17, un premier effluent gazeux 33 (offgaz), et un premier effluent d’eau 16 produit de la synthese Fischer-Tropsch issu de la condensation de I’eau gazeuse dans les conditions operatoires de la reaction FischerTropsch ; - une deuxieme unite de separation 34 pour produire un effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone 18 et un effluent gazeux riche en dioxyde de carbone 35 a partir du premier effluent gazeux 33, et recycler I’effluent gazeux riche en dioxyde de carbone 35 a I’entree de la section de RWGS 8 ; - optionnellement une unite reactionnelle de combustion a l’air 28 adaptee pour oxyder au moins une partie 24 de I’effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone 18 separe par la deuxieme unite de separation 34, produire un effluent de combustion 29 comprenant du dioxyde de carbone et de I’eau, et envoyer I’effluent de combustion 29 dans I’unite de captage de dioxyde de carbone 2 ; - une unite reactionnelle a I’hydrogene 20 (unite d'hydrotraitement et/ou d’hydrocraquage et/ou d'hydroisomerisation) adaptee pour traiter I’effluent hydrocarbone 17 avec de I’hydrogene 7 et separer au moins une coupe hydrocarbonee 21 comprenant par exemple5 WO 2024/110371 12 PCT/EP2023/082356 au moins une des coupes suivantes : naphta, essence, kerosene, gazole, et base lubrifiante ; - optionnellement au moins un echangeur de chaleur 31 adapte pour generer une deuxieme vapeur d’eau 23 par echange thermique entre de I’eau et Ie gaz de RWGS 9, qui peut etre utilisee par exemple pour alimenter en energie thermique I’unite de captage de dioxyde de carbone 2 ; et - preferablement une unite de separation 10 adaptee pour traiter Ie gaz de RWGS 9 pour produire un gaz de RWGS appauvri en eau 12 (par rapport au gaz de RWGS 9), envoye vers I’unite reactionnelle FT 13 a la place du gaz de RWGS 9, et envoyer un deuxieme effluent d’eau 11 vers I’unite d’electrolyse de I’eau 5.
Avantageusement, I’unite reactionnelle FT 13 et optionnellement Ie premier echangeur de chaleur 31 sont adaptes pour produire de la vapeur d’eau par echange thermique.
Avantageusement, I’utilisation de vapeur d’eau permet d’alimenter en energie I’unite de captage de dioxyde de carbone 2, par exemple en regenerant un solvant a base d’amines (ou un solvant physique) charge en dioxyde de carbone dans une unite de regeneration de I’unite de captage de dioxyde de carbone 2, ou en alimentant un equipement d’adsorption a temperature alternee.
Pour eviter de compliquer inutilement la description et les figures, il apparaitra a I’homme du metier que les alimentations en eau de I’unite reactionnelle FT 13 et de I’echangeur de chaleur 31 pour generer de la vapeur d’eau, n’ont pas ete decrites en detail. II en est de meme pour la sortie en eau de I’unite de captage de dioxyde de carbone 2.
Unite de captage de dioxyde de carbone L’unite de captage de dioxyde de carbone 2 permet de separer Ie dioxyde de carbone du reste de la charge 1.
Une telle unite de captage de dioxyde de carbone permet classiquement de fournir du CO2 qui peut etre comprime pour valorisation ou pour stockage.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, la charge 1 comprend au moins 0,04% vol. de dioxyde de carbone, preferablement au moins 2% vol. de dioxyde de carbone, tres preferablement au moins 10% vol. de dioxyde de carbone.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, la charge 1 comprend ou consiste en des fumees de combustion.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, la charge 1 comprend des effluents gazeux issus d’au moins une unite choisie dans Ie groupe constitue par : une raffinerie, un incinerateur, une unite de petrochimie, une unite de chimie, une centrale electrique thermique, une papeterie, une ethanolerie, une sucrerie.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, la charge 1 comprend des effluents gazeux issus d’une cimenterie, et/ou des effluents gazeux issus d’une unite de production de chaux, et/ou des effluents gazeux5 WO 2024/110371 13 PCT/EP2023/082356 issus de hauts fourneaux.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, les fumees de combustion proviennent d’une chambre de combustion (e.g. d’une chaudiere) adaptee pour bruler un combustible, tel que du charbon, du gaz naturel, du fioul, du biogaz, de la biomasse, des dechets organiques, des dechets urbains, avec un comburant, en general de I’air.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, la charge 1 comprend ou consiste en du biogaz, du gaz naturel, du gaz de synthese, du gaz de raffinerie, du gaz de fermentation de biomasse, du gaz de cimenterie et/ou du gaz de haut-fourneaux.
Le dioxyde de carbone peut egalement etre Ie dioxyde de carbone present dans I’air.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, la charge 1 comprend ou consiste en de I’air.
Par exemple, I’unite de captage de dioxyde de carbone 2 peut comprendre un dispositif de captage direct dans I’air (« Direct Air Capture » ou « DAC » selon la terminologie anglo-saxonne).
Pour le captage, plusieurs agents peuvent etre utilises, tels que des solvants et des solides.
Selon I’invention, I’unite de captage de dioxyde de carbone 2 met en oeuvre au moins un solvant a base d’amines, et/ou au moins un solvant physique tel que par exemple a base de dimethylether de polyethyleneglycol), et/ou un equipement (d’adsorption physique) d’adsorption a temperature alternee.
Une technologie de captage de dioxyde de carbone tres repandue s’appuie sur le phenomene de I’absorption, a savoir le passage d’une espece chimique d’un gaz vers un liquide.
Le gaz contenant les impuretes, ou I’espece a separer, est envoye dans une colonne ou il est mis en contact avec un solvant liquide, les deux flux pouvant etre mis en oeuvre selon differentes configurations hydrodynamiques (co-courant, courants croises ou contre-courant, cette derniere solution etant preferee pour des raisons d’equilibre thermodynamique favorable).
Cette absorption est realisee a I’aide d’une solution absorbante, comprenant un solvant chimique ou un solvant physique, cette distinction etant liee au fait qu’il y ait ou non une reaction chimique entre le composant absorbe et le solvant.
Une absorption physique est preferee dans une logique de minimisation du cout energetique du procede ; celle-ci est particulierement adaptee en cas de forte pression partielle de I’espece a separer.
L’absorption chimique est quant a elle preferee dans le cas de forte dilution et faible pression partielle de I’espece a separer et/ou dans le cas ou I’on souhaite un fort taux de recuperation de cette espece, ou enfin si I’on souhaite atteindre une specification severe quant a la concentration maximale admissible de cette espece dans le flux de gaz une fois lave.
Ainsi, pour le captage de dioxyde de carbone sur des fumees (industrielles) a faible valeur de concentration en dioxyde de carbone, typiquement comprises entre 3 et 15 % en volume5 WO 2024/110371 14 PCT/EP2023/082356 (typiquement dans des gaz a faible pression), Ie lavage par absorption chimique, par exemple en utilisant un solvant aux amines, par exemple de type alcanolamine, est bien adapte.
Les solutions absorbantes couramment utilisees aujourd'hui sont les solutions aqueuses comportant un ou plusieurs composes reactifs ou presentant une affinite physico-chimique avec les composes acides.
Les composes reactifs peuvent etre par exemple et de fagon non limitative des amines (primaires, secondaires, tertiaires, cycliques ou non, aromatiques ou non, saturees ou non), des alcanolamines, des polyamines, des acides amines, des seis alcalins d’acides amines, des amides, des urees, des phosphates, des carbonates ou des borates de metaux alcalins.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, la solution absorbante est une solution aqueuse comportant un ou plusieurs composes reactifs avec une fonction aminee et dont la structure est decrite de la page 6, ligne 1 a la page 7, ligne 3, de la demande de brevet WO2007/104856.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, les composes reactifs representent de 10% poids a 90% poids, preferablement entre 20% poids et 50% poids, tres preferablement entre 25% poids et 40% poids, du poids total de la solutions absorbante.
L’absorption chimique aux solvants aux amines est basee sur les equilibres acidobasiques, la basse temperature favorisant la reaction entre famine basique et Ie dioxyde de carbone acide, la haute temperature favorisant la reaction inverse.
Ainsi les procedes aux amines, utilisant par exemple une phase aqueuse a 20-50 % en masse d’amine(s), peuvent mettre en oeuvre deux colonnes (non representees) dans lesquelles Ie solvant circule de I’une a I’autre.
Dans la premiere colonne, denommee absorbeur, Ie flux a laver (i.e., la charge 1) est mis au contact du solvant aux amines a basse temperature.
Le solvant aux amines s’ecoule dans la colonne et capte le dioxyde de carbone.
En fond de colonne, le solvant aux amines (solvant « riche ») atteint un taux de charge predetermine, ratio entre le nombre de moles de dioxyde de carbone capte et le nombre de moles d’amines ; en tete de colonne, le flux gazeux sort quant a lui a des specifications predeterminees, a savoir une teneur en dioxyde de carbone par exemple pres de 10 fois plus faible que la teneur initiale dans les fumees.
Le solvant riche est envoye vers la seconde colonne, denommee regenerateur, dont le fonctionnement est similaire a celui d’une colonne a distiller, operant a haute temperature.
Le solvant aux amines regenere (solvant « pauvre ») peut quant a lui etre renvoyee vers l’absorbeur.
Le solvant aux amines circule ainsi en continu en boucle fermee d’une colonne a I’autre en passant preferablement par un echangeur de chaleur charge/effluent permettant de refroidir le solvant pauvre et de prechauffer le solvant riche tout en economisant de I’energie a I’echelle du procede.5 WO 2024/110371 15 PCT/EP2023/082356 Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie regenerateur opere a haute temperature comprise entre 90°C et 250°C, preferablement entre 110°C et 240°C, tres preferablement entre 120°C et 200°C en fond de colonne.
Le dioxyde de carbone libera du regenerateur peut ensuite etre optionnellement comprime et valorise.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’effluent riche en dioxyde de carbone 3 comprend au moins 90% vol. de dioxyde de carbone, preferablement au moins 95% vol. de dioxyde de carbone, tres preferablement au moins 98% vol. de dioxyde de carbone.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’effluent riche en dioxyde de carbone 3 presente une temperature comprise entre 20°C et 250°C, preferablement entre 30°C et 200°C, tres preferablement entre 40°C et 150°C, en sortie de I’unite de captage de dioxyde de carbone 2.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’effluent riche en dioxyde de carbone 3 presente une pression comprise entre 0,20 MPa et 4 MPa, preferablement entre 0,30 MPa et 3,5 MPa, tres preferablement entre 0,4 MPa et 3 MPa, en sortie de I’unite de captage de dioxyde de carbone 2.
Un aspect primordial des operations de traitement de fumees industrielles par solvant est I'etape de regeneration de I'agent de separation.
En fonction du type d'absorption (physique et/ou chimique), on envisage generalement une regeneration par detente, et/ou par distillation et/ou par entrainement par un gaz vaporise appele « gaz de stripage. » Une des principales limitations des solvants couramment utilises aujourd'hui est la necessite de mettre en oeuvre des debits de solution absorbante importants, ce qui entraine une consommation energetique importante pour la regeneration du solvant, mais egalement des failles d'equipement importantes (colonnes, pompes, etc.).
Ceci est particulierement vrai dans le cas ou la pression partielle de dioxyde de carbone est faible.
Une telle consommation energetique represente un cout operatoire considerable pour le procede de captage de dioxyde de carbone. L’energie de regeneration depend de la nature des amines et de la pression partielle de dioxyde de carbone et est typiquement comprise entre 2 GJ/t et 4 GJ/t de dioxyde de carbone capte.
Les nouveaux procedes de captage tendent a diminuer cette energie afin de tendre vers des valeurs inferieures a 2GJ/t de dioxyde de carbone.
Dans le cadre de traitement de I’air, les concentrations en dioxyde de carbone etant tres faibles, les energies consommees sont tres elevees de I’ordre de 5GJ/t de dioxyde de carbone a 7,5 GJ/t de dioxyde de carbone.
Une autre mise en oeuvre possible est basee sur le principe de I’adsorption au moyen d’un adsorbant solide presentant une forte affinite chimique pour le dioxyde de carbone.
Pour assurer un mode de fonctionnement en continu les procedes operant avec plusieurs reacteurs en parallele.
Le dioxyde de carbone s’adsorbe sur I’adsorbant solide et le flux a traiter (i.e., la5 WO 2024/110371 16 PCT/EP2023/082356 charge 1) s’appauvrit au fur et a mesure de son avancee au travers du lit de solide, et, en sortie, Ie flux ne contient plus ou peu de dioxyde de carbone.
Toutefois, I’adsorbant solide se sature progressivement et ne peut plus adsorber Ie dioxyde de carbone.
Le flux a traiter est alors envoye vers un autre reacteur contenant un adsorbant solide non sature en dioxyde de carbone et I’operation de captage se poursuit.
En parallele, les reacteurs satures en dioxyde de carbone font I’objet d’une operation de regeneration : - par une montee en temperature, on parle alors d’adsorption a temperature alternee (ou « TSA » pour « Temperature Swing Adsorption » selon la terminologie anglo-saxonne) ; et - par une mise sous vide partiel, on parle alors d’adsorption par inversion de pression (ou « VPSA » pour « Vacuum Pressure Swing Adsorption » selon la terminologie anglosaxonne, ou simplement « VSA » ou « PSA », eventuellement en presence d’un gaz favorisant la desorption).
Les verrous des procedes TSA sont la grande quantite de chaleur requise pour la regeneration.
L’integration thermique proposee dans la presente invention permet de lever ce verrou.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’adsorbant solide pour le captage de dioxyde de carbone est choisi parmi les composes suivants : le charbon actif, les zeolithes, les alumines, les silices, les fibres synthetiques avec ou sans amines impregnees, des solides de type structure metallo-organique (« Metal-Organic Framework » ou « MOF » selon la terminologie anglo-saxonne), des carbonates alcalins supportes.
Ces adsorbants solides sont de plus en plus utilises dans le cas du captage de dioxyde de carbone de I’air. L’energie de regeneration des adsorbants avec physisorption dans ces cas, par exemple sur des zeolithes, sont de I’ordre de 0,6 a 0,9 GJ/t de dioxyde de carbone.
Pour les amines supportees sur solide, l’energie de regeneration est comprise entre 5,4 et 7,2 GJ/t de dioxyde de carbone.
Avantageusement, l’energie necessaire pour la regeneration du solvant aux amines et/ou la montee en temperature de I’adsorbant solide peut etre fournie au moins partiellement par la premiere vapeur d’eau 22 et optionnellement la deuxieme vapeur d’eau 23.
Cet apport d’energie a I’unite de captage de dioxyde de carbone 2 permet de maximiser I’efficacite energetique du procede.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, la temperature de la vapeur d’eau 22 et/ou 23 est d’au moins 110°C, preferablement au moins 120°C, tres preferablement au moins 130°C, par exemple en sortie de I’echangeur de chaleur 31 et/ou de I’unite reactionnelle FT 13.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, la temperature de la vapeur d’eau 22 et/ou 23 est comprise entre 110°C et270°C, preferablement entre 120°C et260°C, tres preferablement entre 130°C et 220°C, par exemple en sortie de I’echangeur de chaleur 31 et/ou de I’unite reactionnelle FT 13.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, la vapeur d’eau 22 et/ou 23 presente une5 WO 2024/110371 17 PCT/EP2023/082356 pression comprise entre 0,1 MPa et 4 MPa, preferablement entre 0,1 MPa et 3,5 MPa, tres preferablement entre 0,1 MPa et 1,7 MPa, par exemple en sortie de I’echangeur de chaleur 31 et/ou de l’unite reactionnelle FT 13.
Unite d’electrolyse de I’eau L’unite d’electrolyse de I’eau 5 traite de I’eau 4 provenant : d’une ligne d’appoint et/ou de la troisieme unite optionnelle de separation 10 et/ou de la premiere unite de separation 15.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, l’unite d’electrolyse de I’eau 5 comprend une section de pre-traitement adaptee pour extraire des composes oxygenes de I’eau 4, par exemple du premier effluent d’eau 16.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, l’unite d’electrolyse de I’eau 5 comprend au moins un electrolyseur de type alcalin. D’autres technologies d’electrolyseur peuvent etre utilisees pour l’unite d’electrolyse de I’eau, telles que I’electrolyse a membrane echangeuse de proton (PEM), I’electrolyse a oxyde solide (SOE), ou I’electrolyse a membrane echangeuse d’anions (AEM).
Les conditions operatoires (temperature, pression, nature de I’electrolyte, des electrodes et du diaphragme/membrane) sont alors propres a chaque technologie.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, l’unite d’electrolyse de I’eau 5 comprend au moins un reacteur utilise dans au moins une des conditions operatoires suivantes : Electrolyseur de type alcalin : - temperature comprise entre 60°C et 90°C, - pression comprise entre 0,1 MPa et 20 MPa, de preference entre 0,1 MPa et 4 MPa, - electrolyte comprenant du KOH, - electrodes comprenant un alliage metallique, - diaphragme comprenant de I’amiante du polytetrafluoroethylene et/ou de I’oxyde de nickel ; Electrolyseur de type membrane echangeuse de proton (PEM) : - temperature comprise entre 50°C et 80°C, - pression comprise entre 0,1 MPa et 20 MPa, de preference entre 1,8 MPa et 5,5 MPa, - electrolyte comprenant une membrane polymere, - electrodes comprenant un alliage metallique ; Electrolyseur a oxyde solide (SOE) : - temperature comprise entre 800°C et 900°C, - pression comprise entre 0,1 MPa et 2 MPa, de preference entre 0,1 MPa et 0,5 MPa, - electrolyte comprenant une membrane ceramique (e.g. type perovskite), - electrodes comprenant un alliage metallique ;5 WO 2024/110371 18 PCT/EP2023/082356 Electrolyseur de type membrane echangeuse d’anions (AEM) : - temperature comprise entre 50°C et 70°C, - pression comprise entre 0,1 MPa et 20 MPa, de preference entre 0,1 MPa et 3,5 MPa, - electrolyte comprenant une membrane polymere, - electrodes comprenant un alliage metallique.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’oxygene 6 produit par I’unite d’electrolyse de I’eau 5 comprend entre 99,0% poids et 99,8% poids d’O2 (apres sechage).
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’hydrogene 7 produit par I’unite d’electrolyse de I’eau 5 comprend entre 99,5% poids et 99,999% poids de H2 (apres sechage).
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’unite d’electrolyse de I’eau 5 est basee sur une technologie d’electrolyseur a oxyde solide (SOE) pour laquelle au moins une partie de I’eau 4 peut etre sous forme de vapeur fournie au moins partiellement par la premiere vapeur d’eau 22 et optionnellement la deuxieme vapeur d’eau 23.
Get apport d’energie a I’unite d’electrolyse 5 permet d’ameliorer I’efficacite energetique du procede.
Unite reactionnelle de RWGS L’unite reactionnelle de RWGS 8 produit un gaz de RWGS 9 (gaz de synthese) enrichi en CO (et appauvri en hydrogene) par rapport a I’ensemble des effluents riches en dioxyde de carbone 3 et 35 et contenant du dioxyde de carbone non converti et de I’eau. L’hydrogene 7 necessaire a la reaction de RWGS vient de I’unite d’electrolyse de I’eau 5.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’unite reactionnelle de RWGS 8 comprend au moins un reacteur utilise dans au moins une des conditions operatoires suivantes : - temperature comprise entre 700°C et 1200°C, preferentiellement comprise entre 800°C et 1100°C, et plus preferentiellement encore comprise entre 850°C et 1050°C ; - pression comprise entre 0,1 MPa et 10 MPa, preferentiellement comprise entre 0,1 MPa et 5 MPa, et plus preferentiellement comprise entre 0,1 MPa et 3,5 MPa ; - vitesse spatiale du gaz a I'entree du reacteur comprise entre 5000 NL/kgcata/h et 40000 NL/kgcata/h , - catalyseur a base des elements Ni, Cu, Fe, Co ou de metaux precieux tels que Pt, Pd, Ru, Ag et Au.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie catalyseur pour la reaction de RWGS comprend un support, par exemple a base d’alumine, de silice, de silice-alumine, d’alumine-silicee.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, la quantite d’hydrogene a I’entree de I’unite reactionnelle de RWGS 8 est ajustee de fapon a ce que Ie rapport molaire H2/CO en sortie de I’unite reactionnelle de RWGS 8 soit compatible avec Ie besoin de I’unite FT, c’est-a-dire compris entre 0,5 et 4, de preference entre 1 et 3, de maniere plus preferee entre 1,5 et 2,5.5 WO 2024/110371 19 PCT/EP2023/082356 Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie gaz de RWGS 9 presente une temperature de sortie de I’unite reactionnelle de RWGS 8 d’au moins 700°C, preferablement d’au moins 750°C, tres preferablement d’au moins 800°C.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, au moins une partie du gaz de RWGS 9 alimente en energie I’unite de regeneration de I’unite de captage de dioxyde de carbone 2, au moyen du premier echangeur de chaleur 31 produisant la deuxieme vapeur d’eau 23 par echange thermique (indirect) entre de I’eau (non representee) et Ie gaz de RWGS 9, preferablement directement en sortie de I’unite reactionnelle de RWGS 8.
Le gaz de RWGS 9 est preferablement envoye dans la troisieme unite de separation 10.
Unite reactionnelle Fischer-Tropsch Selon I'invention, dans I’unite reactionnelle FT 13, le monoxyde de carbone et I’hydrogene present dans le gaz de RWGS 9 (preferablement appauvri en eau) reagissent pour produire un flux comprenant un effluent FT 14 comprenant du gaz de synthese non converti, du dioxyde de carbone, des produits hydrocarbones gazeux et liquide et de I’eau.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, le gaz de RWGS 9 (preferablement appauvri en eau) envoye dans I’unite reactionnelle FT 13 comporte du monoxyde de carbone et de I’hydrogene avec un rapport molaire H2/CO compris entre 0,5 et 4, de preference entre 1 et 3, de maniere plus preferee entre 1,5 et 2,5.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, la quantite d’hydrogene en amont (e.g. a I’entree) de I’unite reactionnelle FT 13 est ajustee, par exemple au moyen d’une alimentation optionnelle en hydrogene, de fagon a ce que le rapport molaire H2/CO soit comme defini ci-dessus.
L’unite reactionnelle FT 13 est mise en oeuvre dans une unite reactionnelle comprenant un ou plusieurs reacteurs adaptes, dont la technologie est connue de I’homme de metier. II peut s’agir, par exemple, d’un ou plusieurs reacteurs a lit fixe multitubulaire, ou d’un ou plusieurs reacteurs de type colonne a bulles (« slurry bubble column » selon la terminologie anglosaxonne), ou d’un ou plusieurs reacteurs microcanaux.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’unite reactionnelle FT met en oeuvre un ou plusieurs reacteurs de type colonne a bulles.
La synthese etant fortement exothermique, ce mode de realisation permet, entre autres, d’ameliorer le controle thermique du reacteur et de creer peu de perte de charges.
Le catalyseur mis en oeuvre dans cette de synthese Fischer-Tropsch est generalement tout solide catalytique connu de I’homme du metier permettant de realiser la synthese FischerTropsch.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, le catalyseur mis en oeuvre dans la synthese Fischer-Tropsch comporte du cobalt ou du fer, de maniere preferee du cobalt.
Le5 WO 2024/110371 20 PCT/EP2023/082356 catalyseur mis en oeuvre est generalement un catalyseur supporte.
Le support peut etre, a titre d’exemple, a base d’alumine, de silice, de silice-alumine, d’alumine-silicee ou de titane.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’unite reactionnelle FT 13 comprend au moins un reacteur utilise dans au moins une des conditions operatoires suivantes : - temperature comprise entre 170°C et 280°C, de preference entre 190°C et 260°C et preferentiellement entre 210°C et 240°C, - pression absolue comprise entre 1,0 MPa et 6,0 MPa, de preference entre 1,5 MPa et 3,5 MPa et preferentiellement entre 2,0 MPa et 3,0 MPa.
L’effluent FT 14 est envoye vers la premiere unite de separation 15.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, l’effluent FT 14 presente une temperature de sortie de I’unite reactionnelle FT 13 d’au moins 170°C, preferablement d’au moins 190°C, tres preferablement d’au moins 210°C.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’unite reactionnelle FT 13 est adaptee pour produire la premiere vapeur d’eau 22 et alimenter en energie thermique I’unite de captage de dioxyde de carbone 2.
La premiere vapeur d’eau 22 est generee par exemple par la vaporisation d’eau (non representee) dans un echangeur de chaleur situe a I’interieur de I’unite reactionnelle FT 13 permettant d’eliminer les calories de la reaction de Fischer-Tropsch, reaction exothermique.
Premiere unite de separation Dans la premiere unite de separation 15, au moins une (premiere) partie de l’effluent FT 14 est traite pour produire : - l’effluent hydrocarbone 17 (appauvri en eau par rapport a l’effluent FT 14), - le premier effluent gazeux 33, et - le premier effluent d’eau 16.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, une deuxieme partie de l’effluent FT 14 est envoye directementdans I’unite reactionnelle a I’hydrogene 20.
Preferablement, ladite deuxieme partie de l’effluent FT 14 est une fraction liquide, preferablement ne contenant pas ou peu d’eau.
En sortie de la premiere unite de separation 15, l’effluent hydrocarbone 17 est envoye vers I’unite reactionnelle a I’hydrogene 20, et le premier effluent d’eau 16 est optionnellement envoye vers I’unite d’electrolyse de I’eau 5 au moyen d’une premiere ligne de recycle.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, l’effluent hydrocarbone 17 comprend : des nparaffines, des olefines et des composes oxygenes issus de la condensation des hydrocarbures gazeux dans les conditions operatoires de la reaction de Fischer-Tropsch.5 WO 2024/110371 21 PCT/EP2023/082356 Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’effluent hydrocarbone 17 comprend moins de 5% poids d’eau, preferablement moins de 2% poids d’eau, tres preferablement moins de 1% poids d’eau.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie premier effluent d’eau 16 est produit de la synthese Fischer-Tropsch issu de la condensation de I’eau gazeuse dans les conditions operatoires de la reaction de Fischer-Tropsch.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie premier effluent gazeux 33 comprend du gaz de synthese non converti, du dioxyde de carbone et des hydrocarbures gazeux tels que des paraffines de C1 a C4 (majoritairement), des olefines de C2 a C4, et des composes oxygenes de 01 a 03.
Deuxieme unite de separation Dans la deuxieme unite de separation 34, Ie premier effluent 33 issu de la premiere unite de separation 15 est traite pour produire : - I’effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone 18 ; et - I’effluent gazeux riche en dioxyde de carbone 35, par rapport a la teneur en dioxyde de carbone du premier effluent 33.
Selon un premier mode de realisation, la deuxieme unite de separation 34 est une unite de separation par membrane.
Les procedes de separation par membrane ont ete, dans un premier temps, peu preconises pour Ie captage du dioxyde de carbone en post-combustion, les procedes d’absorption gaz-liquide dans un solvant chimique etant consideres comme la technologie la plus mature et la plus adaptee pour assurer cette operation.
Cependant les technologies les plus recentes permettent de separer Ie dioxyde de carbone d’une fagon economique avec des membranes (polymeres denses, materiaux inorganiques, matrices hybrides, membranes liquides).
On peut se referer a I’article de revue : Oil Gas Sci.
TechnoL - Rev. IFP Energies nouvelles, Volume 69, Number 6, November-December 2014.
La principale performance est un taux de capture et une purete du dioxyde de carbone superieurs a 90%.
Selon un deuxieme mode de realisation, la deuxieme unite de separation 34 est une unite de captage de dioxyde de carbone basee sur I’absorption du dioxyde de carbone dans un solvant.
Selon un troisieme mode de realisation, la deuxieme unite de separation 34 est une unite de captage de dioxyde de carbone basee sur I’adsorption du dioxyde de carbone sur un solide.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, une (premiere) partie 19 de I’effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone 18 est envoyee dans I’unite reactionnelle FT 13 au moyen d’une deuxieme ligne de recycle.5 WO 2024/110371 22 PCT/EP2023/082356 Selon un ou plusieurs modes de realisation, au moins une (deuxieme) partie 24 de I’effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone 18 est traite par la premiere turbine 26 pour produire de I’electricite, Ie gaz 27 sortant de la premiere turbine 26 est envoye dans I’unite reactionnelle de combustion a I’air 28.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, une (troisieme) partie de I’effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone 18 est recyclee dans I’unite reactionnelle de RWGS 8 (non represente) afin d'etre convertie en gaz de synthese et ameliorer ainsi Ie rendement massique de la chaTne de procede.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, une (quatrieme) partie de I’effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone 18 est envoyee dans une unite independante de production de gaz de synthese (non representees), par exemple de type : - oxydation partielle (ou « POx » pour « Partial oxydation » selon la terminologie anglo-saxonne) ; - reformage du methane a la vapeur d’eau (ou « SMR » pour « Steam Methane Reforming » selon la terminologie anglo-saxonne) ; - reformage autotherme (ou « ATR » pour « Autothermal Reforming » selon la terminologie anglo-saxonne) ; - reformage a transfert de chaleur ameliore (ou « EHTR » pour « Enhanced Heat Transfer Reformer » selon la terminologie anglo-saxonne).
Selon un ou plusieurs modes de realisation, ledit gaz de synthese produit dans I’unite independante est recycle a I’entree ou en sortie de I’unite reactionnelle de RWGS 8.
Unite reactionnelle de combustion a I’air Selon un ou plusieurs mode de realisation, au moins une partie 24 de I’effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone 18 est envoye dans I’unite reactionnelle de combustion a I’air 28, dans laquelle les composes hydrocarbones, Ie monoxyde de carbone et I’hydrogene presents (i.e., CO, H2, paraffines et olefines de 1 a 7 atomes de carbone par molecule, et composes alcools de 1 a 3 atomes de carbone par molecule) sont convertis au moins partiellement en dioxyde de carbone et en eau en presence d’air 30, pour produire un gaz de combustion comprenant (e.g. essentiellement) du dioxyde de carbone et de I’eau.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’unite reactionnelle de combustion a I’air 28 comprend au moins un reacteur utilise dans au moins une des conditions operatoires suivantes : - pression absolue comprise entre 0,1 MPa et 4 MPa ; - temperature comprise entre 600°C et 2000°C, de preference entre 800°C et 1800°C et de maniere preferee entre 900°C et 1500°C ;5 WO 2024/110371 23 PCT/EP2023/082356 - presence d’air 30 avec untaux d’aeration compris entre 1 et2, et preferablement d’au moins egal a 1,2, notamment pour limiter la concentration en gaz imbrules CO et H2.
Le taux d’aeration est defini comme Ie ratio du debit molaire d’air injecte par rapport au debit d’air theorique pour une oxydation complete de tous les combustibles.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, une coupe hydrocarbonee dite « legere » (non representee) issue de I’unite reactionnelle a I’hydrogene 20 est envoyee au moins en partie dans I’unite reactionnelle de combustion a I’air 28 (non represente).
Selon un ou plusieurs modes de realisation, la coupe hydrocarbonee comprend des hydrocarbures gazeux tels que des paraffines de C1 a C4 (majoritairement), des olefines de C2 a C4, et des composes oxygenes de C1 a C3.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, le gaz de combustion produit dans I’unite reactionnelle de combustion a fair 28, presente une temperature comprise entre 600°C et 2000°C et de preference entre 800°C et 1800°C et de maniere preferee entre 900°C et 1500°C, et une pression absolue comprise entre 0,1 MPa et 4 MPa.
Le gaz de combustion produit dans I’unite reactionnelle de combustion a I’air 28 etant a haute temperature permet, par la ligne d’alimentation 32, d’apporter une partie des calories necessaires vers I’unite reactionnelle de RWGS 8 et/ou I’unite de captage de dioxyde de carbone 2.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’unite reactionnelle de combustion a I’air 28 est adaptee pour produire de la chaleur utilisee pour apporter des calories a I’unite reactionnelle de RWGS 8 et/ou I’unite de captage de dioxyde de carbone 2 (via une ligne d’alimentation 32, par exemple par echange de chaleur pour chauffer I’effluent riche en dioxyde de carbone 3 et/ou I’effluent gazeux riche en dioxyde de carbone 35 et/ou I’hydrogene 7, ou integration de la section reactionnelle de I’unite reactionnelle de RWGS 8 au sein de la chambre de I’unite de combustion a I’air 28.
L’apport de calories peut se faire par exemple par un echange de chaleur avec de la vapeur d’eau produite par I’unite reactionnelle de combustion a I’air 28 et/ou un echange de chaleur au sein de la chambre de combustion de I’unite reactionnelle de combustion a I’air 28 et/ou un echange de chaleur avec I’effluent gazeux a haute temperature en aval de I’unite reactionnelle de combustion a I’air 28.
Par exemple, apres le transfert des calories, par exemple vers la reaction de RWGS 8, du gaz de combustion dans la chambre de combustion, la chaleur residuelle contenue dans I’effluent de combustion 29 en sortie de I’unite reactionnelle de combustion a I’air 28 peut etre utilisee pour produire de la vapeur, envoyee par exemple vers I’unite de captage de dioxyde de carbone 2.5 WO 2024/110371 24 PCT/EP2023/082356 Avantageusement, runite reactionnelle de combustion a l’air 28 permet de convertir en dioxyde de carbone sensiblement tous les sous-produits hydrocarbones du procedes, et done de les valoriser sous forme des produits desires.
Ainsi Ie rendement en produits desires du procede selon I’invention est ameliore.
L’effluent de combustion 29 en sortie de I’unite reactionnelle de combustion a l’air 28 est recycle a I’entree de I’unite de captage de dioxyde de carbone 2.
Unite reactionnelle a I’hydrogene L’effluent hydrocarbone 17 est envoye dans I’unite reactionnelle a I’hydrogene 20 pour subir une reaction d'hydrotraitement et/ou d’hydrocraquage et/ou d'hydroisomerisation, dans laquelle une ou plusieurs coupes hydrocarbonees 21 peuvent etre valorisees, en particulier des carburants de synthese, a savoir de I’essence, du kerosene, du gazole, et/ou d’autres produits hydrocarbones, tels du naphta, ou des bases lubrifiantes de tres haute qualite (essentiellement depourvue de soufre, d’aromatiques, d’azote).
Une option possible est la production de coupes paraffiniques, produits de bases pour des procedes de petrochimie, par exemple la production d’une coupe C10-C13 destinee a la production d’alkyl benzene lineaire (ou « LAB » pour « Linear Alkyl Benzene » selon la terminologie anglo-saxonne), ou encore de cires pour diverses applications industrielles.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’unite reactionnelle a I’hydrogene 20 comprend au moins un reacteur utilise dans au moins une des conditions operatoires suivantes : - temperature comprise entre 250°C et 450°C, plus preferentiellement entre 280°C et 450°C, et encore plus preferentiellement entre 320°C et 420°C ; - pression comprise entre 0,2 MPa et 15 MPa, de preference entre 0,5 MPa et 12 MPa, plus preferablement entre 1 MPa et 10 MPa ; - vitesse spatiale definie comme etant Ie rapport du debit volumique de la charge a temperature et pression ambiantes au volume du catalyseur, comprise entre 0,1 It1 et 10 h-1, de preference entre 0,2 h'1et 7 It1, plus preferentiellement entre 0,5 It1 et 5 It1 ; - debit d'hydrogene compris entre 100 et 2000 litres normaux d'hydrogene par litre de charge par heure et de preference entre 150 et 1500 litres normaux d'hydrogene par litre de charge et plus preferentiellement entre 300 et 1500 litres normaux d'hydrogene par litre de charge.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie catalyseur d'hydrotraitement et/ou d’hydrocraquage et/ou d'hydroisomerisation comprend au moins un metal hydrogenantdeshydrogenant choisi dans Ie groupe comprenant les metaux du groupe VIB et du groupe VIIIB du tableau periodique et au moins un solide qui est un acide Bronsted, e'est-a-dire un solide pouvant liberer un ou plusieurs protons, et eventuellement un liant.5 WO 2024/110371 25 PCT/EP2023/082356 Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie catalyseur d'hydrotraitement et/ou d’hydrocraquage et/ou d'hydroisomerisation comprend au moins un metal noble du groupe VIIIB choisi parmi Ie ruthenium, Ie rhodium, Ie palladium, I'osmium, I'iridium et Ie platine, pris seuls ou en melange, et de preference parmi Ie platine et Ie palladium pris seuls ou en melange, et de preference utilises sous leur forme reduite.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie catalyseur d'hydrotraitement et/ou d’hydrocraquage et/ou d'hydroisomerisation comprend : au moins un metal choisi parmi Ie nickel, Ie molybdene, Ie tungstene, Ie cobalt, Ie ruthenium, I’indium, Ie palladium, Ie platine ; au moins un support choisi parmi les alumines, les oxydes de bore, les magnesies, les zircones, les oxydes de titane, les argiles.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie support est une alumine, silice-alumine, alumine-silicee, silice.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie catalyseur d'hydrotraitement et/ou d’hydrocraquage et/ou d'hydroisomerisation comprend au moins un metal de base du groupe VIIIB choisi parmi Ie nickel et Ie cobalt en combinaison avec au moins un metal du groupe VIB choisi parmi Ie molybdene et Ie tungstene, utilise seul ou en melange, et de preference utilise sous leur forme sulfuree.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, dans Ie cas ou ledit catalyseur d'hydrotraitement et/ou d’hydrocraquage et/ou d'hydroisomerisation comprend au moins un metal noble du groupe VIIIB, la teneur en metal noble dudit catalyseur est comprise entre 0,01% et 5% en poids, de preference entre 0,05% et 4% en poids et tres preferentiellement entre 0,10% et 2% en poids, par rapport au poids total du catalyseur.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, dans Ie cas ou ledit catalyseur d'hydrotraitement et/ou d’hydrocraquage et/ou d'hydroisomerisation comprend au moins un metal du groupe VIB en combinaison avec au moins un metal non noble du groupe VIII choisi parmi Ie nickel et Ie cobalt, la teneur en metal du groupe VIB dudit catalyseur est comprise en equivalent oxyde entre 5% et 40% en poids, de preference entre 10% et 35% en poids, et la teneur en metal du groupe VIIIB dans ledit catalyseur est comprise en equivalent oxyde entre 0,5% et 15% en poids, de preference entre 1% et 10% en poids, de preference entre 1% et 8% en poids, et tres preferentiellement entre 1,5% et 6% en poids, par rapport au poids total du catalyseur.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie catalyseur d'hydrotraitement et/ou d’hydrocraquage et/ou d'hydroisomerisation comprend ou consiste en au moins un metal noble et un support comprenant ou consistant en au moins une zeolithe et au moins un liant.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie catalyseur d'hydrotraitement et/ou d’hydrocraquage et/ou d'hydroisomerisation a base de zeolithe est avantageusement de type5 WO 2024/110371 26 PCT/EP2023/082356 bifonctionnel, c'est-a-dire qu'il possede une fonction hydro-deshydrogenante et une fonction hydro-isomerisante.
Troisieme unite de separation Dans la troisieme unite de separation 10, Ie gaz de RWGS 9 est traite, par exemple par condensation, pour produire Ie gaz de RWGS appauvri en eau 12 (par rapport au gaz de RWGS 9) et recycler par exemple Ie deuxieme effluent d’eau 11 vers I’unite d’electrolyse de I’eau 5.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie gaz de RWGS appauvri en eau 12 comprend moins de 1% mole d’eau, preferablement moins de 0,5% mole d’eau, tres preferablement moins de 0,25% mole d’eau.
Le gaz de RWGS appauvri en eau 12 est envoye dans I’unite reactionnelle FT 13.
Turbine En reference a la figure 1, selon un ou plusieurs modes de realisation, la presente invention permet de recuperer de I’energie sous forme d’electricite au moyen d’au moins une turbine 26.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, la premiere turbine 26 est adaptee pour traiter au moins une partie 24 de I’effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone 18 pour produire de I’electricite.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, une deuxieme turbine (non representee) est adaptee pour traiter au moins en partie la premiere vapeur d’eau 22 et/ou la deuxieme vapeur d’eau 23 pour produire de I’electricite (non represente).
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’electricite est utilisee pour apporter des calories a I’unite reactionnelle de RWGS 8 et/ou a I’unite de captage de dioxyde de carbone 2 et/ou a I’unite d’electrolyse de I’eau 5.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’electricite 25 est utilisee pour apporter des calories a I’unite reactionnelle de RWGS 8.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’electricite 25 peut etre utilisee pour alimenter un four electrique permettant de prechauffer la charge de I’unite reactionnelle de RWGS 8.
Unite de separation de dioxyde de carbone Selon un ou plusieurs modes de realisation, le dispositif comprend en outre une unite de separation de dioxyde de carbone et optionnellement de methane (non-representee), composes potentiellement present dans le gaz de RWGS 9.
Avantageusement, le dioxyde de carbone peut etre recycle dans I’unite reactionnelle de RWGS 8.5 WO 2024/110371 27 PCT/EP2023/082356 Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’unite de separation de dioxyde de carbone est disposee entre I’unite reactionnelle de RWGS 8 et I’unite reactionnelle FT 13.
Avantageusement, la taille de I’unite reactionnelle FT 13 peut ainsi etre diminuee.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’unite de separation de dioxyde de carbone est disposee en sortie de I’unite reactionnelle FT 13.
Unite d’oxycombustion Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’oxygene 6 issu de I’unite d’electrolyse de I’eau est valorise dans une unite d’oxycombustion (oxydation partielle ou totale), par exemple pour convertir Ie methane forme present dans Ie gaz de RWGS 9 separe par I’unite de separation de dioxyde de carbone.
Unites de purification des effluents Selon un ou plusieurs modes de realisation, I’effluent riche en dioxyde de carbone 3 et/ou I’effluent gazeux riche en dioxyde de carbone 35 sont purifies, separement ou apres melange, avant d’etre introduits dans I’unite reactionnelle de RWGS 8.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie gaz de RWGS 9 est purifie avant d'etre introduit dans I’unite reactionnelle FT 13, en amont ou en aval de la troisieme unite de separation 10.
Selon un ou plusieurs modes de realisation, Ie premier effluent d’eau 16 est purifie avant d'etre introduit dans I’unite d’electrolyse de I’eau 5.
Les etapes de purification des effluents visent a eliminer au moins partiellement les composes soufres, azotes, les halogenes, les metaux lourds et metaux de transition.
Les principales technologies de purification des gaz sont : adsorption, absorption, reactions catalytiques.
Dans la presente description, les groupes d'elements chimiques sont donnes par defaut selon la classification CAS (CRC Handbook of Chemistry and Physics, editeurCRC press, redacteur en chef D.R.
Lide, 81erne edition, 2000-2001).
Par exemple, Ie groupe VIIIB selon la classification CAS correspond aux metaux des colonnes 8, 9 et 10 selon la nouvelle classification IUPAC ; Ie groupe VIB selon la classification CAS correspond aux metaux de la colonne 6 selon la nouvelle classification IUPAC.
Exemple Les differents exemples concernent des enchainements, conformes ou non-conformes a I’invention, dont I’objectif est de produire une coupe hydrocarbonee a partir de fumees contenant 21% poids de dioxyde de carbone.
Le debit de fumees a traiter est de 3641 kg/h pour I’ensemble des exemples.
Exemple 1 non conforme a I’invention5 WO 2024/110371 28 PCT/EP2023/082356 L’exemple de dispositif non conforme a I’invention est similaire au dispositif represents sur la figure 1 a la difference que la deuxieme unite de separation 34 n’est pas presente et qu’il n’y a ainsi pas d’effluent gazeux riche en dioxyde de carbone 35 dirige vers I’unite reactionnelle de RWGS 8.
Cet exemple illustre Ie fonctionnement de I’enchainement avec la valorisation de la partie 24 de I’effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone 18 issu de la premiere unite de separation 15 avec etape de combustion afin de generer de la chaleur pour I’unite reactionnelle de RWGS 8.
Le dioxyde de carbone present dans I’effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone 18 n’est pas separe avant d’entrer dans I’unite reactionnelle de combustion a Pair 28.
Le debit en fumees alimentant de I’unite de captage de dioxyde de carbone 2 est de 3641 kg/h auquel il faut ajouter le debit en fumees de I’effluent de combustion 29, ce qui donne un debit total de charge 1 de 5509 kg/h.
Le debit de I’effluent riche en dioxyde de carbone 3 issu de I’unite de captage de dioxyde de carbone 2 est de 1283 kg/h, envoye dans I’unite reactionnelle de RWGS 8. 1331 kg/h d’eau 4 alimente I’unite d’electrolyse de I’eau 5 dont 672 kg/h est de I’eau fraiche.
La consommation electrique de I’unite d’electrolyse de I’eau 5 est de 5,8 MWe.
La quantite de premiere vapeur d’eau 22 produite par I’unite reactionnelle FT 13 est de 1310 kg/h. L’echangeur de chaleur 31 produit 1295 kg/h de deuxieme vapeur d’eau 23 sur 2103 kg/h necessaire pour le fonctionnement de I’unite de captage de dioxyde de carbone 2.
Les besoins en vapeur du rebouilleur de I’unite de captage de dioxyde de carbone 2 sont couverts.
La production de coupe hydrocarbonee 21 est de 177 kg/h.
La table 1 resume les debits en entree et sortie des unites du procede.
Table 1 - Entree Sortie - 3 4 6 11 16 24 21 Debit en kg/h 1 283 1 331 1 208 358 301 571 177 Besoins : - consommation de I’unite d’electrolyse de I’eau 5 : 5,8 MWe ; - chaleur consommee par I’unite reactionnelle de RWGS 8 a 864°C : 0,2 MWth ; - besoin de chaleur pour prechauffer la charge (3+7) en entree d’unite 8 a 864°C : 0,8 MWth ; - vapeur au rebouilleur de I’unite de captage de dioxyde de carbone 2 : 2103 kg/h.5 WO 2024/110371 29 PCT/EP2023/082356 Recuperation d’energie : - chaleur degagee par I’unite reactionnelle de combustion a Pair 28 a 1200°C (avec un exces d’air de 20%) : 0,35 MWth ; - chaleur recuperee lors du refroidissement des fumees en sortie d’unite reactionnelle de combustion a I’air 28 de 1200°C a 150°C : 0,7 MWth (pour prechauffer la charge (3+7) en entree d’unite 8) ; - vapeur produite au niveau de I’echangeur de chaleur 31 : 1295 kg/h ; - vapeur produite dans I’unite reactionnelle FT 13 : 1310 kg/h ; - production d’electricite a la premiere turbine 26 : 5 kWe.
Exemple 2 conforme a la figure 1 L’exemple 2 est conforme a I’invention selon la figure 1.
Get exemple illustre Ie fonctionnement de I’enchainement avec la valorisation de la partie 24 de I’effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone 18 vers une unite de combustion a I’air afin de generer de la chaleur pour I’unite reactionnelle de RWGS 8. L’effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone 18 est issu de la deuxieme unite de separation 34, permettant d’eliminer une partie du dioxyde de carbone de l’effluent 33 issu de la premiere unite de separation 15. L’effluent gazeux riche en dioxyde de carbone 35 est dirige vers I’unite reactionnelle de RWGS 8.
La partie 24 de l’effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone 18 est dirigee vers I’unite de combustion.
Le debit en fumees alimentant de I’unite de captage de dioxyde de carbone 2 est de 3641 kg/h auquel il faut ajouter le debit en fumees de l’effluent de combustion 29, ce qui donne un debit total de charge 1 de 5332 kg/h.
Le debit de l’effluent riche en dioxyde de carbone 3 issu de I’unite de captage de dioxyde de carbone 2 est melange avec l’effluent gazeux riche en dioxyde de carbone 35, et leur debit total s’eleve a 1352 kg/h envoye dans I’unite reactionnelle de RWGS 8. 1403 kg/h d’eau 4 alimente I’unite d’electrolyse de I’eau 5 dont 708 kg/h est de I’eau fraiche.
La consommation electrique de I’unite d’electrolyse de I’eau 5 est de 6,6 MWe.
La quantite de premiere vapeur d’eau 22 produite par I’unite reactionnelle FT 13 est de 1377 kg/h. L’echangeur de chaleur 31 produit 1332 kg/h de deuxieme vapeur d’eau 23 sur 2392 kg/h necessaire pour le fonctionnement de I’unite de captage de dioxyde de carbone 2 et de la deuxieme unite de separation 34.
Les besoins en vapeur du rebouilleur de I’unite de captage de dioxyde de carbone 2 et de la deuxieme unite de separation 34 sont couverts.
Avec la meme quantite en fumees traitees que l’exemple 1, la production de coupe hydrocarbonee 21 est de 186 kg/h au lieu des 177 kg/h precedemment.
La table 2 resume les debits en entree et sortie des unites du procede.WO 2024/110371 30 PCT/EP2023/082356 Table 2 - Entree Sortie - 3+35 4 6 11 16 24 21 Debit en kg/h 1 283 1 331 1 208 358 301 571 177 Besoins : - consommation de I’unite d’electrolyse de I’eau 5 : 6,6 MWe ; - chaleur consommee par I’unite reactionnelle de RWGS 8 a 864°C : 0,2 MWth ; 5 - besoin de chaleur pour prechauffer la charge (3+ 35+7) en entree d’unite 8 a 864°C : 0,8 MWth ; - vapeur au rebouilleur de I’unite de captage de dioxyde de carbone 2 : 2002 kg/h. - vapeur au rebouilleur de la deuxieme unite de separation 34 : 390 kg/h.
Recuperation d’energie : 10 - chaleur degagee par I’unite reactionnelle de combustion a I’air 28 a 1200°C (avec un exces d’air de 20%) : 0,56 MWth ; - chaleur recuperee lors du refroidissement des fumees en sortie d’unite reactionnelle de combustion a I’air 28 de 1200°C a 150°C : 0,7 MWth (pour prechauffer la charge (3+ 35+7) en entree d’unite 8) ; 15 - vapeur produite au niveau de I’echangeur de chaleur 31 : 1332 kg/h ; - vapeur produite dans I’unite reactionnelle FT 13 : 1377 kg/h ; - production d’electricite a la premiere turbine 26 : 3.5 kWe.

Claims (3)

  1. WO 2024/110371 31 PCT/EP2023/082356 Revendications 1. Dispositif de captage et de conversion d’une charge contenant du dioxyde de carbone, comprenant les unites suivantes : - une unite de captage de dioxyde de carbone (2) de la charge (1) adaptee pour produire un effluent riche en dioxyde de carbone (3) ; - une unite d’electrolyse de I’eau (5) adaptee pour convertir de I’eau (4) pour produire de I’oxygene (6) et de I’hydrogene (7) ; - une unite reactionnelle de conversion du gaz a I'eau inversee RWGS (8) adaptee pour traiter I’effluent riche en dioxyde de carbone (3) avec I’hydrogene (7) et produire un gaz de RWGS (9) enrichi en monoxyde de carbone et en eau ; - une unite reactionnelle Fischer-Tropsch (13) adaptee pour convertir Ie gaz de RWGS (9) et produire un effluent FT (14) ; - une premiere unite de separation (15) adaptee pour traiter au moins une partie I’effluent FT (14) et produire un effluent hydrocarbone (17), un premier effluent d’eau (16), et un premier effluent gazeux (33) ; - une deuxieme unite de separation (34) adaptee pour traiter Ie premier effluent gazeux (33) et produire un effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone (18) et envoyer au moins en partie un effluent gazeux riche en dioxyde de carbone (35) dans I’unite reactionnelle de RWGS (8) ; et - une unite reactionnelle a I’hydrogene (20) adaptee pour traiter I’effluent hydrocarbone (17) et produire au moins une coupe hydrocarbonee (21).
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant une unite reactionnelle de combustion a I’air (28) adaptee pour oxyder au moins en partie I’effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone (18), produire un effluent de combustion (29) comprenant du dioxyde de carbone et de I’eau, et envoyer I’effluent de combustion (29) dans I’unite de captage de dioxyde de carbone (2).
  3. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel I’unite reactionnelle de combustion a I’air (28) est adaptee pour produire de la chaleur utilisee pour apporter des calories a I’unite reactionnelle de RWGS (8) et/ou I’unite de captage de dioxyde de carbone (2).5 WO 2024/110371 32 PCT/EP2023/082356 4. Dispositif selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans lequel I’unite reactionnelle de combustion a I’air (28) est adaptee pour produire de la chaleur utilisee pour apporter des calories a I’unite reactionnelle de RWGS (8). 5. Dispositif selon I’une quelconque des revendication 2 a 4, dans lequel I’unite reactionnelle de combustion a I’air (28) est adaptee pour chauffer I’effluent riche en dioxyde de carbone (3) et/ou I’effluent gazeux riche en dioxyde de carbone (35) et/ou I’hydrogene (7), ou integrer la section reactionnelle de I’unite reactionnelle de RWGS (8) au sein d’une chambre de combustion. 6. Dispositif selon I’une quelconque des revendications precedentes, dans lequel I’unite reactionnelle Fischer-Tropsch (13) est adaptee pour generer une premiere vapeur d’eau (22) pour alimenter en energie thermique I’unite de captage de dioxyde de carbone (2). 7. Dispositif selon I’une quelconque des revendications precedentes, comprenant un premier echangeur de chaleur (31) adapte pour generer une deuxieme vapeur d’eau (23) par echange thermique entre de I’eau et Ie gaz de RWGS (9). 8. Dispositif selon I’une quelconque des revendications precedentes, comprenant une premiere turbine (26) pour traiter au moins en partie I’effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone (18) pour produire de I’electricite. 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel I’electricite est utilisee pour apporter des calories a I’unite reactionnelle de RWGS (8) et/ou I’unite de captage de dioxyde de carbone (2) et/ou I’unite d’electrolyse de I’eau (5). 10. Dispositif selon I’une quelconque des revendications precedentes, dans lequel I’unite d’electrolyse de I’eau (5) traite de I’eau provenant d’une ligne d’appoint et/ou du gaz de RWGS (9) et/ou de I’effluent FT (14). 11. Dispositif selon I’une quelconque des revendications precedentes, dans lequel I’eau du gaz de RWGS (9) est separee en partie ou totalement par une troisieme unite de separation (10) pour etre envoyee dans I’unite d’electrolyse de I’eau (5). 12. Dispositif selon I’une quelconque des revendications precedentes, comprenant une unite de separation de dioxyde de carbone disposee entre I’unite reactionnelle de RWGS (8) et I’unite reactionnelle Fischer-Tropsch (13).5 WO 2024/110371 33 PCT/EP2023/082356 13. Procede de captage et de conversion du dioxyde de carbone, comprenant les etapes suivantes : - traiter la charge (1) dans une unite de captage de dioxyde de carbone (2) pour produire un effluent riche en dioxyde de carbone (3) ; - convertirde I’eau (4) dans une unite d’electrolyse de I’eau (5) pour produire de I’oxygene (6) et de I’hydrogene (7) ; -traiter I’effluent riche en dioxyde de carbone (3) avec I’hydrogene (7) dans une unite reactionnelle de conversion du gaz a I'eau inversee RWGS (8) pour produire un gaz de RWGS enrichi en CO et en eau (9) - convertir Ie gaz de RWGS (9) dans une unite reactionnelle Fischer-Tropsch (13) pour produire un effluent FT (14) ; - traiter I’effluent FT (14) dans une premiere unite de separation (15) pour produire au moins un effluent hydrocarbone (17), un premier effluent d’eau (16) et un premier effluent gazeux (33) ; separer Ie premier effluent gazeux (33) dans une deuxieme unite de separation (34) pour produire un effluent gazeux riche en dioxyde de carbone (35) et un effluent gazeux appauvri en dioxyde de carbone (18) ; - envoyer au moins en partie I’effluent gazeux riche en dioxyde de carbone (35) dans I’unite reactionnelle de RWGS (8) ; et -traiter I’effluent hydrocarbone (17) dans une unite reactionnelle a I’hydrogene (20) pour produire au moins une coupe hydrocarbonee (21). 14. Procede selon la revendication 13, dans lequel I’unite reactionnelle de RWGS (8) comprend au moins un reacteur utilise dans au moins une des conditions operatoires suivantes : - temperature comprise entre 700°C et 1200°C ; - pression comprise entre 0,1 MPa et 10 MPa ; - vitesse spatiale du gaz a I'entree du reacteur comprise entre 5000 NL/kgcata/h et 40000 NL/kgcata/h , - catalyseur comprenant au moins un metal choisi parmi Ie groupe consistant en les elements Ni, Cu, Fe, Co, Pt, Pd, Ru, Ag et Au, et/ou dans lequel I’unite reactionnelle FT (13) comprend au moins un reacteur utilise dans au moins une des conditions operatoires suivantes :WO 2024/110371 34 PCT/EP2023/082356 temperature comprise entre 170°C et 280°C ; pression absolue comprise entre 1,0 MPa et 6,0 MPa ; catalyseur comprenant du cobalt ou du fer. 15. Procede selon I’une quelconque des revendications 13 a 14, dans lequel I’unite 5 reactionnelle de combustion a I’air (28) comprend au moins un reacteur utilise dans au moins une des conditions operatoires suivantes : - pression absolue comprise entre 0,1 MPa et 4 MPa ; - temperature comprise entre 600°C et 2000°C ; - presence d’air utilise pour la combustion, avec un taux d’aeration compris entre 1 et 2, 10 Ie taux d’aeration etant defini comme Ie ratio du debit molaire d’air injecte par rapport au debit d’air theorique pour une oxydation complete de tous les combustibles.
CA3268366A 2022-11-25 2023-11-20 Production of synthetic fuels from carbon dioxide with carbon dioxide separation Pending CA3268366A1 (fr)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FRFR2212353 2022-11-25
FR2212353A FR3142478B1 (fr) 2022-11-25 2022-11-25 Production de carburants de synthèse à partir de dioxyde de carbone avec séparation de dioxyde de carbone
PCT/EP2023/082356 WO2024110371A1 (fr) 2022-11-25 2023-11-20 Production de carburants de synthèse à partir de dioxyde de carbone avec séparation de dioxyde de carbone

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CA3268366A1 true CA3268366A1 (fr) 2024-05-30

Family

ID=85018386

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CA3268366A Pending CA3268366A1 (fr) 2022-11-25 2023-11-20 Production of synthetic fuels from carbon dioxide with carbon dioxide separation

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20260193554A1 (fr)
EP (1) EP4623047A1 (fr)
JP (1) JP2025538590A (fr)
CN (1) CN120225638A (fr)
AU (1) AU2023386313A1 (fr)
CA (1) CA3268366A1 (fr)
FR (1) FR3142478B1 (fr)
WO (1) WO2024110371A1 (fr)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12097464B2 (en) * 2021-09-24 2024-09-24 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Amine CO2 separation process integrated with hydrocarbons processing
DE102024136913A1 (de) 2024-12-10 2026-06-11 Ineratec Gmbh Vorbehandlung von FT-Abgas zur Rückführung in einen Konvertierungsreaktor

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7432310B2 (en) 2003-08-22 2008-10-07 Sasol Technology (Proprietary) Limited Process for synthesising hydrocarbons
WO2006099573A1 (fr) * 2005-03-16 2006-09-21 Fuelcor Llc Systemes, procedes et compositions permettant de produire des composes hydrocarbones synthetiques
FR2898284B1 (fr) 2006-03-10 2009-06-05 Inst Francais Du Petrole Procede de desacidification d'un gaz par solution absorbante avec regeneration fractionnee par chauffage.
US8198338B2 (en) * 2006-03-20 2012-06-12 Cri Ehf Process for producing liquid fuel from carbon dioxide and water
US20100280135A1 (en) 2007-03-19 2010-11-04 Doty Scientific, Inc. Hydrocarbon and alcohol fuels from variable, renewable energy at very high efficiency
WO2010112982A1 (fr) 2009-04-02 2010-10-07 Phoenix Canada Oil Company Limited Système, méthode et procédé pour la production de gaz de synthèse à partir d'une charge d'alimentation séparée d'hydrogène et de monoxyde de carbone
BR112019013078B1 (pt) * 2016-12-23 2024-01-02 Carbon Engineering Ltd Método e sistema para sintetizar combustível a partir de fonte de dióxido de carbono diluído

Also Published As

Publication number Publication date
FR3142478B1 (fr) 2026-06-05
FR3142478A1 (fr) 2024-05-31
WO2024110371A1 (fr) 2024-05-30
AU2023386313A1 (en) 2025-05-15
CN120225638A (zh) 2025-06-27
EP4623047A1 (fr) 2025-10-01
JP2025538590A (ja) 2025-11-28
US20260193554A1 (en) 2026-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101528336B (zh) 用于制氢的超临界方法、反应器和系统
JP2023545341A (ja) 炭化水素の合成プロセス
Zuben et al. Is hydrogen indispensable for a sustainable world? A review of H2 applications and perspectives for the next years
US20250011656A1 (en) Methods and systems for synthesizing fuel from carbon dioxide
US6225358B1 (en) System and method for converting light hydrocarbons to heavier hydrocarbons with improved water disposal
Liuzzi et al. Advances in membranes and membrane reactors for the Fischer-Tropsch synthesis process for biofuel production
CA3268373A1 (fr) Production of synthetic fuels from co2 with partial oxy-fuel combustion of by-products and separation of co2
JP5288840B2 (ja) 水素製造システム
UA126089C2 (uk) Процеси і системи для риформінгу метану та світлих вуглеводнів у рідкі вуглеводневі палива
CN117677686A (zh) 在不排放二氧化碳的情况下生产合成燃料的设备和方法
WO2011024651A1 (fr) Procédé de préparation d'une suspension, appareil utilisable pour la préparation d'une suspension, appareil utilisable pour la mise en œuvre d'une réaction de synthèse d'hydrocarbures et système utilisable pour la mise en œuvre d'une réaction de synthèse d'hydrocarbures
WO2024110371A1 (fr) Production de carburants de synthèse à partir de dioxyde de carbone avec séparation de dioxyde de carbone
RU2418840C2 (ru) Система синтеза жидкого топлива
RU2425089C2 (ru) Система синтеза жидкого топлива
WO2024110372A1 (fr) Production de carburants de synthèse à partir de dioxyde de carbone avec oxycombustion partielle ou totale de sous-produits
WO2011024652A1 (fr) Appareil utilisable pour la mise en œuvre d'une réaction de synthèse d'hydrocarbures, système utilisable pour la mise en œuvre d'une réaction de synthèse d'hydrocarbures et procédé de mise en œuvre d'une réaction de synthèse d'hydrocarbures
US20240059978A1 (en) One-step process for the production of hydrocarbons from carbon dioxide
JP5036969B2 (ja) エネルギーステーション
WO2024110349A1 (fr) Production de carburants de synthèse à partir de dioxyde de carbone avec combustion à l'air de sous-produits
WO2024110402A1 (fr) Valorisation énergétique pour la production de carburants de synthèse à partir de dioxyde de carbone
RU2747327C1 (ru) Системы и способы получения жидкого топлива из свалочных газов
EA030387B1 (ru) Способ получения парафинового продукта
FR3157418A1 (fr) Production de carburants de synthèse à partir de CO 2 avec conversion de sous- produits et séparation de CO 2
RU2487159C2 (ru) Способ осуществления процесса фишера-тропша при низком давлении
WO2025190801A1 (fr) Production de carburants de synthèse à partir de co2 avec conversion de sous-produits en gaz de synthèse et séparation de co2

Legal Events

Date Code Title Description
A00 Application filed

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-0-1-A10-A00-A101 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE); EVENT TEXT: APPLICATION RECEIVED - PCT

Effective date: 20250320

A00 Application filed

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-1-1-A10-A00-A102 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE); EVENT TEXT: COMPLIANCE REQUIREMENTS DETERMINED MET

Effective date: 20250630

A15 Pct application entered into the national or regional phase

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-1-1-A10-A15-X000 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE); EVENT TEXT: NATIONAL ENTRY REQUIREMENTS DETERMINED COMPLIANT

Effective date: 20250630

P18 Priority claim added or amended

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-1-1-P10-P18-P105 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE); EVENT TEXT: PRIORITY CLAIM REQUIREMENTS DETERMINED COMPLIANT

Effective date: 20250630

W00 Other event occurred

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-1-1-W10-W00-W100 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE); EVENT TEXT: LETTER SENT

Effective date: 20250630

P22 Classification modified

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-1-1-P10-P22-P110 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE); EVENT TEXT: CLASSIFICATION MODIFIED

Effective date: 20250702

MFA Maintenance fee for application paid

Free format text: FEE DESCRIPTION TEXT: MF (APPLICATION, 2ND ANNIV.) - STANDARD

Year of fee payment: 2

U00 Fee paid

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-1-1-U10-U00-U101 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE); EVENT TEXT: MAINTENANCE REQUEST RECEIVED

Effective date: 20251111

U11 Full renewal or maintenance fee paid

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-1-1-U10-U11-U102 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE); EVENT TEXT: MAINTENANCE FEE PAYMENT PAID IN FULL

Effective date: 20251111