WO2016169865A1 - Method for thermochemical conversion of a carbon-containing feedstock, performed continuously in a reactor at least partially using the energy from solar radiation - Google Patents

Method for thermochemical conversion of a carbon-containing feedstock, performed continuously in a reactor at least partially using the energy from solar radiation Download PDF

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Sylvain RODAT
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Definitions

  • the present invention relates to a novel process for the thermochemical conversion of a carbonaceous feedstock into conversion products, implemented continuously in a so-called "solar" reactor, that is to say using at least partly the energy of the radiation solar.
  • the present invention also relates to concentrating solar power plants for the implementation of this new process.
  • the main application of the invention is the conversion of a carbonaceous feedstock, in particular a hydrocarbon or a biomass, into a synthesis gas containing predominantly hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO), in particular to produce liquid fuels (Diesel Fischer-Tropsch "FT", Dimethyl ether “DME”, Methanol) or gaseous (synthetic natural gas, "SNG” or “Synthetic Natural Gas” in English) or other synthetic chemicals, such as methanol for example or unsaturated and / or aromatic hydrocarbons such as products from the steam cracking of light petroleum fractions.
  • FT Diesel Fischer-Tropsch "FT”, Dimethyl ether "DME”, Methanol
  • gaseous synthetic natural gas, "SNG” or “Synthetic Natural Gas” in English
  • other synthetic chemicals such as methanol for example or unsaturated and / or aromatic hydrocarbons such as products from the steam cracking of light petroleum fractions.
  • carbonaceous feedstock refers to any combustible material consisting of carbon-containing compounds.
  • biomass ie any inhomogeneous material of vegetable origin containing carbon, such as lignocellulosic biomass, forest or agricultural residues (straw), which can be almost dry or soaked with water as household waste.
  • It can also be a hydrocarbon, especially a fuel of fossil origin, such as coal.
  • the so-called “solar” reactors are chemical reactors adapted to convert at least partly the energy of the concentrated solar radiation into heat in order to implement endothermic reactions such as reforming, gasification, decarbonation, cracking, etc.
  • thermochemical conversion processes implemented in a solar reactor, in particular in order to make possible continuous stable operation for use on an industrial scale and to increase the material and energy.
  • the invention aims at solving at least part of this need and relates to a process for the thermochemical conversion of a carbonaceous feedstock into reaction products, implemented in a reactor whose enclosure comprises at least one reaction zone, at least an opening through which solar radiation is able to enter the reaction zone (s), the method comprising the following steps:
  • Step b / according to the invention is implemented within the (the) zone (s) reaction (s) of the same reactor, with a supplement with an external heat input.
  • the process according to the invention concerns reforming-type reactions and in particular autothermal reforming of methane, which up to now has not been carried out continuously with the addition of solar energy.
  • the heat input into the same reactor can be done either by solar energy, preferably concentrated, or by another energy source, or a combination of both.
  • the fact of being able to bring the solar energy directly within the reaction zone makes it possible to avoid losses related to one or more multiple exchangers required for an intermediate heat transfer fluid as in the publication [5].
  • the method according to the invention is advantageously autothermal, since it is possible to have a yield both of energy and of material of the increased carbon charge.
  • the reactor comprises a shutter of thermal insulating material, movable between a closed position in which it completely closes the opening and a plurality of open positions in each of which it leaves at least partially cleared the opening,
  • step a / is carried out with an opening of the shutter in one of the plurality of the open positions
  • step b / is carried out with closure of the shutter.
  • the solar radiation is concentrated before entering the opening of the reactor.
  • the method comprises:
  • step a / the simultaneous implementation of an exothermic reaction and an endothermic reaction within the reaction zone (s), the quantity of heat required by the reaction endothermic being provided in part by the amount of solar energy entering the (the) zone (s) reaction (s) and partly by the heat released by the exothermic reaction;
  • step b the simultaneous implementation of the same exothermic and endothermic reactions as in step a /, the quantity of heat required by the endothermic reaction being provided completely by the heat released by the exothermic reaction; .
  • the method comprises:
  • step a / the only implementation of an endothermic reaction within the reaction zone (s), the quantity of heat required by the endothermic reaction being provided completely by the quantity solar energy entering the reaction zone (s);
  • step b / the simultaneous implementation of the same endothermic reaction as that of step a / and of an exothermic reaction within the reaction zone (s), the amount of heat required by the endothermic reaction being provided completely by the heat generated by the exothermic reaction.
  • the endothermic reaction may be advantageously steam reforming or dry reforming and the exothermic reaction may be partial oxidation or catalytic partial oxidation.
  • the process according to the invention may constitute a method of autothermal conversion of a hydrocarbon to synthesis gas.
  • the method comprises:
  • step a / the only implementation of an endothermic reaction within the reaction zone (s), the quantity of heat required by the endothermic reaction being provided in part by the amount of solar energy entering the reaction zone (s) and in part by the heat generated by combustion in the enclosure;
  • step b / the only implementation of the same endothermic reaction as in step a /, the quantity of heat required by the endothermic reaction being provided completely by the heat released by combustion in the pregnant.
  • the method comprises:
  • step a / the only implementation of an endothermic reaction within the reaction zone (s), the quantity of heat required by the endothermic reaction being provided completely by the quantity solar energy entering the reaction zone (s);
  • step b / the only implementation of the same endothermic reaction as in step a /, the quantity of heat required by the endothermic reaction being provided completely by the heat released by combustion in the pregnant.
  • the combustion in the enclosure may be a combustion of a part of a reaction product, such as synthesis gas, or a combustion of the carbonaceous feedstock.
  • the endothermic reaction may advantageously be a gasification reaction of a biomass, especially a lignocellulosic biomass, or a cracking reaction or steam reforming of carbonaceous feedstock.
  • the displacement of the shutter and the flow rate of the reagents within the zone (s) are controlled according to sunshine data.
  • the endothermic reaction and, where appropriate the exothermic reaction, is carried out at high temperatures, typically above 500 ° C., in particular between 500 ° C. and 1500 ° C. It is specified that in the context of the invention, all the concentration or high concentration systems with mirrors or lenses used to concentrate the solar rays on a reduced surface, are suitable. It also specifies that the notions of concentration and high concentration are related to the concentration factor usually called "suns" (or “suns" in English), and indicates how much the incident energy of the sun is multiplied. Thus, usually, we define:
  • the low concentration from 2 to 100 "suns";
  • the average concentration from 100 to 300 "suns";
  • the invention also relates to a concentrating solar power plant, tower type, for implementing the method described above, comprising:
  • heliostats each adapted to concentrate the sun's rays towards a fireplace located on the tower
  • a reactor whose enclosure comprises at least one reaction zone, at least one opening through which solar radiation is likely to enter the reaction zone (s), and a shutter made of thermal insulating material, movable between a closed position in which it completely closes the opening and a plurality of open positions in each of which it leaves at least partially open the opening,
  • the tower is arranged in the center of the mirror field
  • the reactor is cylindrical, the opening of the reactor being carried out over the entire periphery of the enclosure, the reaction zones being constituted by tubes provided with a catalyst for the steam reforming or dry reforming reaction, the shutter being constituted by an annular shutter adapted to slide around the opening,
  • the reactor further comprises at least one burner adapted for carrying out a partial oxidation reaction within the tubes.
  • the tower is arranged on one side of the mirror field, the opening of the reactor is carried out on a part of the periphery of the enclosure, the reaction zones being constituted by tubes provided at the same time with a catalyst for the steam reforming or dry reforming reaction, and for a catalyst for the reaction partial catalytic oxidation.
  • the invention relates to a concentrating solar power plant, tower type, for implementing the method described above, comprising:
  • heliostats a field of mirrors, called heliostats, each adapted to focus the sun's rays towards a focal point in which the mirror (s) of reflection are (are) arranged
  • a reactor whose enclosure comprises at least one reaction zone, at least one opening through which solar radiation is likely to enter the reaction zone (s), and a shutter made of thermal insulating material, movable between a closed position in which it completely closes the opening and a plurality of open positions in each of which it leaves at least partially cleared the opening, the reactor further comprising at least one burner adapted for implementation a combustion around the tubes,
  • the reactor is arranged on the ground with its (their) aperture (s) arranged (s) at the focus of (the) mirror (s) reflection.
  • the solar power plant may advantageously comprise one or more photovoltaic cells (PV), where appropriate with their concentration or high concentration system, on the outer face of the shutter of the reactor.
  • PV photovoltaic cells
  • FIG. 1 shows, in the form of curves, the evolution of the molar flow rates of the various reagents and reaction products in an autothermal methane reforming process according to the invention, in which 100% of the energy required for the reaction can be brought by solar energy;
  • FIG. 2 shows, in the form of curves, the evolution of the molar flow rates of the various reagents and reaction products in an autothermal reforming process.
  • methane according to the invention wherein only 10% of the energy required for the reaction can be provided by solar energy.
  • FIG. 3 is a schematic view of a first example of a concentrated solar power station comprising a solar reactor, intended to implement an authothermic methane reforming process according to the invention
  • FIG. 4 is a diagrammatic view of a second example of a concentrated solar power station comprising a solar reactor, intended to implement an authentic methane reforming process according to the invention
  • FIG. 5 is a schematic view of a third example of a concentrated solar power station comprising a solar reactor, intended to implement a steam reforming process according to the invention.
  • the inventors of the present invention have considered the methane reforming reaction for the production of synthesis gas.
  • the steam reforming of methane is an endothermic reaction that produces synthesis gas and takes place at about 800 ° C and at a pressure of between 20-40 bar. It is written as follows:
  • Partial oxidation is a slightly exothermic reaction that also produces syngas and is written as follows:
  • the inventors have thought that it is possible to implement this reaction in a solar concentrating reactor, that is to say using as heat required by the steam reforming reaction, a concentrated amount of solar energy.
  • the endothermic reaction of steam reforming can be carried out entirely or partly thanks to the contribution of solar energy.
  • the decrease in the solar energy supply afferent is then offset by the simultaneous implementation of the exothermic partial oxidation reaction.
  • the inventors have thought to use a reactor with one or more openings through which (which) solar radiation is likely to enter the (the) zone (s) reaction (s), and a shutter of thermal insulating material, movable between a closed position in which it completely closes the opening and a plurality of open positions in each of which it leaves unobstructed at least partially opening,
  • the autothermal methane reforming process according to the invention comprises the following steps:
  • the present invention makes it possible to use a single reactor for methane reforming, in a continuous manner with an almost constant maintenance of the temperature and therefore of the stable operating conditions.
  • the method according to the invention makes it possible to ensure a controlled quality of the reaction products with continuous operation since even in the absence of solar energy, it is possible to implement a heat input by an exothermic reaction at within the reaction zone or an external heat input by combustion.
  • the process according to the invention makes it possible to increase the material yield, since the concentrated solar energy is preferred over the heat evolved by the partial oxidation reaction for the steam reforming reaction.
  • the solar energy provided makes it possible to burn less methane in the partial oxidation reaction, and thus to use more methane as a reagent in the steam reforming reaction.
  • Solar energy input can be used to save heat input by methane oxidation or to increase synthesis gas production.
  • the curves of FIGS. 1 and 2 show the molar flow rates of reagents and products involved as a function of the selectivity between reactions (1) and (2).
  • This selectivity is influenced by the molar ratio between oxygen (0 2 ) and methane (CH 4) in the reaction charge, which is varied according to the amount of solar energy brought in, in order to ensure that Generally energy-equilibrated process, ie autothermal reforming, in which the amount of solar energy supplied must compensate for the energy requirement for the steam reforming reaction.
  • Figure 1 shows that this choice of control induces a decrease in the production of H 2 and CO when there is a solar energy input. Indeed, the introduction of reagent to carry out the partial oxidation reaction is decreased or stopped. Below a certain predetermined value, the partial oxidation reaction conducted for the supply of heat to the steam reforming reaction also contributes to the production of synthesis gas.
  • Another advantage of limiting the contribution of solar energy to a certain percentage in the overall conversion process is to avoid having to completely stop the operation of the ( burner (s) dedicated to the implementation of the partial oxidation reaction or total combustion.
  • thermochemical conversion according to the invention for applications at high temperatures, typically between 500 and 1500 ° C., generally greater than 800 ° C., the inventors have thought of different variants of reactor construction and arrangement. in a concentrated solar power station. Concentration is required given the high temperatures above to be achieved.
  • Figure 3 shows a device with a solar power station 1 which concentrates the energy on the tubes of a solar reactor.
  • the central 1 comprises a tower 10 and a field of mirrors, called heliostats 11 each adapted to focus the sun's rays to a focus on the tower 10.
  • the tower 10 is arranged in the center of the mirror field 11.
  • the plant 1 further comprises a cylindrical reactor 2 arranged on the top of the tower.
  • the chamber 20 of the reactor comprises tubes 22 parallel to each other which constitute the reaction zones of the reactor.
  • the tubes 22 are provided with a catalyst for the steam reforming or dry reforming reaction, On the entire periphery of the enclosure 20 is made an opening 21 through which solar radiation is likely to enter the tubes 22.
  • a sliding shutter 23, forming a guillotine flap, of annular thermal insulation material is mounted movably around the opening 21 between a closed position in which it completely closes the opening and a plurality of opening positions in each from which he leaves it released at least partially.
  • the reactor 2 comprises at least one burner 24, shown schematically, which is adapted for carrying out a partial oxidation reaction within the tubes.
  • the burner 24 is on the top of the chamber 20 of the reactor 2.
  • Other positions are possible. The chosen position is determined beforehand by modeling the configurations and thermal powers of the reactions envisaged.
  • the arrangement of the reactor 2 is such that the opening 21 is at the focus of the heliostats 11.
  • the cylindrical geometry of the reactor 2 the arrangement of the tower 10 in the center of the solar field 360 °, it It is possible to irradiate the tubes 22 at 360 °.
  • the flap 23 may thermally insulate the tubes 22, partially or completely in the absence of sunshine, which allows to drastically reduce the radiative losses, that is to say the losses associated with the radiation reemitted by the tubes and walls of the reactor, and therefore to increase the energy efficiency of the process.
  • These radiative thermal losses in play can be potentially important because they are proportional to the surface of the opening left by the flap 23.
  • the tower 10 is arranged on one side of the mirror field 11.
  • the reactor 2 does not comprise a burner.
  • the tubes 22 are here provided with both catalyst of the steam reforming reaction, and catalyst of the catalytic partial oxidation reaction.
  • the chosen oxidation and steam reforming catalysts and the regulation of the reactive gas flows as a function of the solar energy provided make it possible to ensure the good kinetics of the reactions (1) and (2) of the desired autothermal reforming. It is conceivable that a given tube 22 has a part dedicated to catalytic combustion or partial catalytic combustion which is upstream with respect to the direction of circulation of the reactive gases and a part dedicated to the steam reforming reaction which is downstream.
  • the opening 21 of the reactor is here carried out on only a part of the periphery of the enclosure 20.
  • the base of this additional concentration device is open and defines the opening 21.
  • the flap 23 can close more or less this opening 21.
  • the flap 23 may be a diaphragm type device, as illustrated. It is also possible to envisage a guillotine-type shutter 23 as in the example illustrated in FIG. 3. Whatever the shape of the shutter 23 retained, it must be able to completely close the opening 21 during the phases where the sun is not enough.
  • FIG. 1 Another configuration of solar power station 1 "intended to implement a non-autothermal steamforming process is shown in FIG.
  • Such a configuration is known by the British name “beam down”. It allows to obtain the concentrated radiation on the ground via a reflection secondary to the top of the tower 10 which is provided with a reflection mirror 12.
  • This configuration according to Figure 5 has the intrinsic advantage of allowing easier installation because at ground level.
  • the reactor 2 is thus arranged on the ground with the opening 21 arranged at the focus of the reflection mirror 12.
  • the opening 21 of the reactor 2 is always provided with a flap 23 whose displacement makes it possible to thermally isolate the enclosure 20 from the outside, in order to minimize the radiative losses, typically at the end of the day or during periods of low sun.
  • the reactor 2 comprises in its enclosure 20 a plurality of burners 24 each adapted for the implementation of a combustion around the tubes 22 internally coated catalyst only the steam reforming reaction. These burners 24 therefore have the function of achieving the total combustion of methane to compensate for the variability of the solar energy input. As shown, the burners 24 are arranged all around the enclosure 20. It can also be envisaged to arrange them at the top and / or bottom of the enclosure 20. A positioning at high point has the advantage of allowing to keep a flow solar energy penetrating through the opening 21 and a combustion flow in the same direction, which can promote the thermal stability as well as the reaction stability of the process. For the circulation of flue gases from combustion, it is possible to envisage a countercurrent or co-current circulation of the circulation of the reactive gases and of the synthesis gas.
  • the vaporeforming reaction can thus be implemented inside the tubes 22, the heat input being carried out in part or entirely by the solar energy concentrated by the mirrors 12 and partly or entirely by the combustion made by the burners 24.
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Abstract

The present invention relates to a method for thermochemical conversion of a carbon-containing feedstock into reaction products, including the following steps: a/ when the amount of solar energy received via an opening of a reactor is greater than a first predetermined value, performing an endothermic reaction for converting the carbon-containing feedstock within the reaction area(s) of the reactor, the amount of heat required by the endothermic reaction being supplied at least in part by the amount of solar energy entering the reaction area(s); b/ when the amount of solar energy received via the opening is lower than the first predetermined value, performing at least one reaction to convert the carbon-containing feedstock within the reaction area(s), steps a/ and b/ being carried out continuously.

Description

PROCEDE DE CONVERSION THERMOCHIMIQUE D'UNE CHARGE CARBONEE MIS EN ŒUVRE EN CONTINU DANS UN REACTEUR UTILISANT AU MOINS EN PARTIE L'ENERGIE DU RAYONNEMENT SOLAIRE.  METHOD OF THERMOCHEMICAL CONVERSION OF A CONTINUOUS CARBON CHARGE INTO A REACTOR USING AT LEAST PART THE ENERGY OF SOLAR RADIATION.
Domaine technique  Technical area
La présente invention concerne un nouveau procédé de conversion thermochimique d'une charge carbonée en produits de conversion, mis en œuvre en continu dans un réacteur dit « solaire », c'est-à-dire utilisant au moins en partie l'énergie du rayonnement solaire.  The present invention relates to a novel process for the thermochemical conversion of a carbonaceous feedstock into conversion products, implemented continuously in a so-called "solar" reactor, that is to say using at least partly the energy of the radiation solar.
La présente invention a également trait à des centrales solaires à concentration pour la mise en œuvre de ce nouveau procédé.  The present invention also relates to concentrating solar power plants for the implementation of this new process.
L'application principale visée de l'invention est la conversion d'une charge carbonée, en particulier un hydrocarbure ou une biomasse, en un gaz de synthèse contenant majoritairement de l'hydrogène (H2) et du monoxyde de carbone (CO), en vue de produire des carburants liquides (Diesel Fischer-Tropsch "FT", Diméthyl éther "DME", Méthanol) ou gazeux (gaz naturel synthétique, "SNG" ou "Synthetic Natural Gas" en anglais) ou autres produits chimiques de synthèse, tels que le méthanol par exemple ou bien en hydrocarbures insaturées et/ou aromatiques tels que des produits issus du vapocraquage des coupes pétrolières légères.  The main application of the invention is the conversion of a carbonaceous feedstock, in particular a hydrocarbon or a biomass, into a synthesis gas containing predominantly hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO), in particular to produce liquid fuels (Diesel Fischer-Tropsch "FT", Dimethyl ether "DME", Methanol) or gaseous (synthetic natural gas, "SNG" or "Synthetic Natural Gas" in English) or other synthetic chemicals, such as methanol for example or unsaturated and / or aromatic hydrocarbons such as products from the steam cracking of light petroleum fractions.
On désigne sous l'appellation « charge carbonée », tout matériau combustible constitué de composés contenant du carbone.  The term "carbonaceous feedstock" refers to any combustible material consisting of carbon-containing compounds.
Il peut donc s'agir de biomasse, c'est-à-dire tout matériau inhomogène d'origine végétale contenant du carbone, tel que de la biomasse ligno-cellulosique, des résidus forestiers ou agricoles (paille), qui peut être quasi-sec ou imbibé d'eau comme les déchets ménagers.  It can therefore be biomass, ie any inhomogeneous material of vegetable origin containing carbon, such as lignocellulosic biomass, forest or agricultural residues (straw), which can be almost dry or soaked with water as household waste.
II peut aussi s'agir d'un hydrocarbure, en particulier un combustible d'origine fossile, tel que le charbon.  It can also be a hydrocarbon, especially a fuel of fossil origin, such as coal.
Il peut aussi s'agir de déchets combustibles d'origine industrielle contenant du carbone, tel que des matières plastiques ou des pneumatiques.  It may also be industrial combustible waste containing carbon, such as plastics or tires.
II peut aussi s'agir d'une combinaison de biomasse et de combustible d'origine fossile. Etat de la technique It can also be a combination of biomass and fossil fuel. State of the art
Les réacteurs dits « solaires » sont des réacteurs chimiques adaptés pour convertir au moins en partie l'énergie du rayonnement solaire concentré en de la chaleur afin de mettre en œuvre des réactions endothermiques de type reformage, gazéification, décarbonatation, craquage, ....  The so-called "solar" reactors are chemical reactors adapted to convert at least partly the energy of the concentrated solar radiation into heat in order to implement endothermic reactions such as reforming, gasification, decarbonation, cracking, etc.
De l'art antérieur, on connaît bon nombre de conceptions de réacteurs solaires adaptés à plusieurs réactions chimiques ou de manière privilégiée pour un type de réaction. On peut citer ici la publication [1], qui fait une revue générale des conceptions de tous les réacteurs solaires connus, ou encore la publication [2] qui se focalise sur les réacteurs solaires adaptés particulièrement au reformage ou encore la publication [3] qui détaille ceux pour la gazéification.  From the prior art, many designs of solar reactors adapted to several chemical reactions or in a preferred manner for a type of reaction are known. We can cite here the publication [1], which makes a general review of the designs of all known solar reactors, or the publication [2] which focuses on solar reactors particularly adapted to reforming or publication [3] which details those for gasification.
Les inventeurs de la présente invention ont pu constater que la recherche sur les réacteurs solaires s'est nettement focalisée sur l'optimisation de leur architecture. Et, que, peu ou aucun des réacteurs connus ne permet de répondre à une problématique de première importance en génie chimique, à savoir la possibilité de mettre en œuvre une réaction en continu.  The inventors of the present invention have found that research on solar reactors has clearly focused on the optimization of their architecture. And, that little or none of the known reactors can answer a problem of primary importance in chemical engineering, namely the possibility of implementing a continuous reaction.
Ainsi, toutes les solutions de réacteurs solaires proposées à ce jour permettent seulement la mise en œuvre des réactions de manière limitée dans la journée, à savoir lors des phases d'ensoleillement. Or, un fonctionnement discontinu de réacteurs est peu compatible avec les procédés industriels conventionnels (chimie, raffinage...) qui demandent des conditions de fonctionnement stabilisées.  Thus, all the solar reactor solutions proposed to date only allow the implementation of reactions in a limited way during the day, namely during the sunning phases. However, a discontinuous operation of reactors is not very compatible with conventional industrial processes (chemistry, refining ...) that require stabilized operating conditions.
Pour les réactions à relativement basses températures, typiquement comprises entre 400 et 500°C, la plupart des concepteurs envisage d'associer aux réacteurs des systèmes de stockage de la chaleur, tels que ceux utilisés dans les centrales solaires de production électrique.  For the relatively low temperature reactions, typically between 400 and 500 ° C, most designers consider associating with the reactors heat storage systems, such as those used in solar power generation plants.
Pour les réactions aux plus hautes températures, typiquement comprises entre 500 et 1500°C, en particulier supérieures à 700°C, les systèmes de stockage de chaleur s'avèrent non adaptés car les pertes thermiques sont élevées voire très élevées et les matériaux de stockage ne sont pas nécessairement disponibles du fait des cyclages thermiques importants auxquels ils sont soumis, de la conductivité, de la durabilité possible... Parmi les tentatives d'amélioration, on peut citer la publication [4] qui propose l'hybridation d'un réacteur solaire en positionnant un brûleur externe afin d'introduire de la chaleur externe issue de la combustion, en lieu et place de la chaleur issue du rayonnement solaire, à l'ouverture de la cavité, cavité qui est la zone réactionnelle. De fait, la chaleur externe par combustion est introduite exactement à l'endroit où le rayonnement solaire concentré pénètre, ce qui ne peut pas permettre d'envisager un fonctionnement à l'échelle industrielle, i.e. stable en continu, de la réaction de décarbonatation visée. En effet, le changement de type de chaleur apportée à la réaction, i.e. la chaleur solaire à la chaleur par combustion et vice-versa, introduit nécessairement une discontinuité dans la réaction. For the reactions at the highest temperatures, typically between 500 and 1500 ° C, in particular above 700 ° C, the heat storage systems are unsuitable because the thermal losses are high or very high and the storage materials are not necessarily available because of the important thermal cycling to which they are subjected, the conductivity, the possible durability ... Among the attempts at improvement, one can quote the publication [4] which proposes the hybridization of a solar reactor by positioning an external burner in order to introduce external heat resulting from the combustion, instead of the heat from the solar radiation, at the opening of the cavity, which cavity is the reaction zone. In fact, the external combustion heat is introduced exactly where the concentrated solar radiation penetrates, which can not make it possible to envisage an operation on an industrial scale, ie continuously stable, of the decarbonation reaction aimed at . Indeed, the change of type of heat brought to the reaction, ie solar heat to heat by combustion and vice versa, necessarily introduces a discontinuity in the reaction.
L'étude résumée dans la publication [5] envisage quant à elle l'apport de chaleur externe au moyen d'un fiuide caloporteur, c'est-à-dire la réalisation d'un réacteur allotherme. L'inconvénient de ce type de réacteur est que, par définition, l'apport d'énergie n'est pas direct puisqu'un fiuide caloporteur intermédiaire est utilisé. Or, utiliser un fluide caloporteur intermédiaire chauffé au préalable par de l'énergie solaire, implique nécessairement la mise en œuvre d'un échangeur supplémentaire avec les pertes thermiques associées. En outre, il est délicat de trouver un fluide caloporteur pour des applications dans lesquelles les températures rencontrées sont élevées voire très élevées, notamment supérieures à 1000°C.  The study summarized in the publication [5] for its part envisages the supply of external heat by means of a heat transfer fluid, that is to say the realization of an allothermal reactor. The disadvantage of this type of reactor is that, by definition, the energy input is not direct since an intermediate heat transfer fluid is used. However, using an intermediate heat transfer fluid previously heated by solar energy, necessarily involves the implementation of an additional heat exchanger with the associated heat losses. In addition, it is difficult to find a heat transfer fluid for applications in which the temperatures encountered are high or very high, especially above 1000 ° C.
Les auteurs de la publication [6] ont quant à eux proposés un réacteur solaire muni d'un diaphragme afin d'ajuster la taille d'ouverture du réacteur à la puissance solaire disponible sans pour autant proposer de solution pour assurer la continuité de réaction pendant la période sans ensoleillement.  The authors of the publication [6] have proposed a solar reactor equipped with a diaphragm to adjust the opening size of the reactor to the available solar power without providing a solution to ensure the continuity of reaction for the period without sunshine.
Ainsi, les inventeurs ont pu constater qu'il existe peu de solutions pour assurer la continuité au sein des réacteurs solaires. Or, toutes les modélisations dynamiques montrent que le temps de montée en température d'un réacteur est long et contraignant, ce qui est incompatible avec une utilisation industrielle.  Thus, the inventors have found that there are few solutions to ensure continuity in solar reactors. However, all the dynamic models show that the temperature rise time of a reactor is long and constraining, which is incompatible with industrial use.
L'utilisation de l'énergie solaire en complément d'un apport de combustible fossile ou de biomasse a déjà fait l'objet d'étude pour la réaction de gazéification : voir publication [7]. Mais, dans cette étude, les réacteurs de combustion et gazéification sont découplés, ce qui est néfaste au rendement matière et énergétique du procédé global. Il existe donc un besoin général pour améliorer les procédés de conversion thermochimique mis en œuvre dans un réacteur solaire, notamment afin de rendre possible un fonctionnement stable en continu en vue d'une utilisation à l'échelle industrielle et d'augmenter les rendements matière et énergétique. The use of solar energy in addition to a contribution of fossil fuel or biomass has already been studied for the gasification reaction: see publication [7]. But in this study, the combustion and gasification reactors are decoupled, which is detrimental to the material and energy efficiency of the overall process. There is therefore a general need to improve the thermochemical conversion processes implemented in a solar reactor, in particular in order to make possible continuous stable operation for use on an industrial scale and to increase the material and energy.
Exposé de l'invention  Presentation of the invention
L'invention vise à résoudre au moins en partie ce besoin et a pour objet un procédé de conversion thermochimique d'une charge carbonée en produits de réaction, mis en œuvre dans un réacteur dont l'enceinte comprend au moins une zone réactionnelle, au moins une ouverture par laquelle un rayonnement solaire est susceptible d'entrer dans la(les) zone(s) réactionnelle (s), le procédé comprenant les étapes suivantes :  The invention aims at solving at least part of this need and relates to a process for the thermochemical conversion of a carbonaceous feedstock into reaction products, implemented in a reactor whose enclosure comprises at least one reaction zone, at least an opening through which solar radiation is able to enter the reaction zone (s), the method comprising the following steps:
a/ lorsque la quantité d'énergie solaire reçue par l'ouverture est supérieure à une première valeur prédéterminée mise en œuvre d'une réaction endothermique de conversion de la charge carbonée au sein de la (des) zone(s) réactionnelle(s), la quantité de chaleur requise par la réaction endothermique étant apportée au moins en partie par la quantité d'énergie solaire entrant dans la (les) zone(s) réactionnelle(s);  a / when the quantity of solar energy received by the opening is greater than a first predetermined value implementing an endothermic conversion of the carbonaceous charge within the reaction zone (s) the amount of heat required by the endothermic reaction being provided at least in part by the amount of solar energy entering the reaction zone (s);
b/ lorsque la quantité d'énergie solaire reçue par l'ouverture, est inférieure à la première valeur déterminée, mise en œuvre d'au moins une réaction de conversion de la charge carbonée au sein de la (des) zone(s) réactionnelle(s), du même réacteur, la quantité de chaleur requise étant apportée par une autre source d'énergie que la quantité d'énergie solaire reçue  b / when the quantity of solar energy received by the opening is less than the first determined value, implementation of at least one conversion reaction of the carbonaceous charge within the reaction zone (s) (s), the same reactor, the amount of heat required is provided by another source of energy than the amount of solar energy received
les étapes a/ et b/ étant réalisées en continu.  the steps a / and b / being carried out continuously.
L'étape b/ selon l'invention est mise en œuvre au sein de la (des) zone(s) réactionnelle(s) du même réacteur, avec un complément avec un apport de chaleur externe.  Step b / according to the invention is implemented within the (the) zone (s) reaction (s) of the same reactor, with a supplement with an external heat input.
Avantageusement, le procédé selon l'invention concerne les réactions de type reformage et en particulier le reformage autotherme de méthane qui jusqu'à présent n'a pas été réalisée en continu avec l'apport d'énergie solaire.  Advantageously, the process according to the invention concerns reforming-type reactions and in particular autothermal reforming of methane, which up to now has not been carried out continuously with the addition of solar energy.
Ainsi, selon l'invention, l'apport de chaleur dans un même réacteur peut se faire soit par l'énergie solaire, de préférence concentrée, soit par une autre source d'énergie, soit une combinaison des deux.  Thus, according to the invention, the heat input into the same reactor can be done either by solar energy, preferably concentrated, or by another energy source, or a combination of both.
Le fait de pouvoir apporter l'énergie solaire directement au sein de la zone réactionnelle, permet d'éviter des pertes liées à un ou des échangeurs multiples requis pour un fluide caloporteur intermédiaire comme dans la publication [5]. Le procédé selon l'invention est avantageusement autotherme, car on peut avoir un rendement à la fois énergétique et de matière de la charge carbonée augmenté. The fact of being able to bring the solar energy directly within the reaction zone makes it possible to avoid losses related to one or more multiple exchangers required for an intermediate heat transfer fluid as in the publication [5]. The method according to the invention is advantageously autothermal, since it is possible to have a yield both of energy and of material of the increased carbon charge.
Selon un mode de réalisation avantageux, le réacteur comprend un obturateur en matériau isolant thermique, mobile entre une position de fermeture dans laquelle il ferme complètement l'ouverture et une pluralité de positions d'ouverture dans chacune desquelles il laisse dégagée au moins partiellement l'ouverture,  According to an advantageous embodiment, the reactor comprises a shutter of thermal insulating material, movable between a closed position in which it completely closes the opening and a plurality of open positions in each of which it leaves at least partially cleared the opening,
- l'étape a/ est réalisée avec une ouverture de l'obturateur dans une de la pluralité des positions d'ouverture, et  the step a / is carried out with an opening of the shutter in one of the plurality of the open positions, and
- l'étape b/ est réalisée avec une fermeture de l'obturateur.  step b / is carried out with closure of the shutter.
De préférence, on concentre le rayonnement solaire avant son entrée dans l'ouverture du réacteur.  Preferably, the solar radiation is concentrated before entering the opening of the reactor.
Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé comprend:  According to an advantageous embodiment, the method comprises:
- lors de l'étape a/, la mise en œuvre, simultanément d'une réaction exothermique et d'une réaction endothermique au sein de la (des) zone(s) réactionnelle(s), la quantité de chaleur requise par la réaction endothermique étant apportée en partie par la quantité d'énergie solaire entrant dans la (les) zone(s) réactionnelle(s) et en partie par la chaleur dégagée par la réaction exothermique;  during step a /, the simultaneous implementation of an exothermic reaction and an endothermic reaction within the reaction zone (s), the quantity of heat required by the reaction endothermic being provided in part by the amount of solar energy entering the (the) zone (s) reaction (s) and partly by the heat released by the exothermic reaction;
- lors de l'étape b/, la mise en œuvre, simultanément des mêmes réactions exothermique et endothermique que lors de l'étape a/, la quantité de chaleur requise par la réaction endothermique étant apportée complètement par la chaleur dégagée par la réaction exothermique.  during step b, the simultaneous implementation of the same exothermic and endothermic reactions as in step a /, the quantity of heat required by the endothermic reaction being provided completely by the heat released by the exothermic reaction; .
Selon un autre mode de réalisation avantageux, le procédé comprend: According to another advantageous embodiment, the method comprises:
- lors de l'étape a/, la seule mise en œuvre d'une réaction endothermique au sein de la (des) zone(s) réactionnelle(s), la quantité de chaleur requise par la réaction endothermique étant apportée complètement par la quantité d'énergie solaire entrant dans la (les) zone(s) réactionnelle(s); during step a /, the only implementation of an endothermic reaction within the reaction zone (s), the quantity of heat required by the endothermic reaction being provided completely by the quantity solar energy entering the reaction zone (s);
- lors de l'étape b/, la mise en œuvre, simultanément de la même réaction endothermique que celle de l'étape a/ et d'une réaction exothermique au sein de la (des) zone(s) réactionnelle(s), la quantité de chaleur requise par la réaction endothermique étant apportée complètement par la chaleur dégagée par la réaction exothermique. La réaction endothermique peut être avantageusement le vaporeformage ou le reformage à sec et, la réaction exothermique peut être l'oxydation partielle ou l'oxydation partielle catalytique. during step b /, the simultaneous implementation of the same endothermic reaction as that of step a / and of an exothermic reaction within the reaction zone (s), the amount of heat required by the endothermic reaction being provided completely by the heat generated by the exothermic reaction. The endothermic reaction may be advantageously steam reforming or dry reforming and the exothermic reaction may be partial oxidation or catalytic partial oxidation.
Le procédé selon l'invention peut constituer un procédé de conversion autotherme d'un hydrocarbure en gaz de synthèse.  The process according to the invention may constitute a method of autothermal conversion of a hydrocarbon to synthesis gas.
Selon encore un autre mode de réalisation avantageux, le procédé comprend: According to yet another advantageous embodiment, the method comprises:
- lors de l'étape a/, la seule mise en œuvre d'une réaction endothermique au sein de la (des) zone(s) réactionnelle(s), la quantité de chaleur requise par la réaction endothermique étant apportée en partie par la quantité d'énergie solaire entrant dans la (les) zone(s) réactionnelle(s) et en partie par la chaleur dégagée par une combustion dans l'enceinte; during step a /, the only implementation of an endothermic reaction within the reaction zone (s), the quantity of heat required by the endothermic reaction being provided in part by the amount of solar energy entering the reaction zone (s) and in part by the heat generated by combustion in the enclosure;
- lors de l'étape b/, la seule mise en œuvre de la même réaction endothermique que lors de l'étape a/, la quantité de chaleur requise par la réaction endothermique étant apportée complètement par la chaleur dégagée par une combustion dans l'enceinte.  during step b /, the only implementation of the same endothermic reaction as in step a /, the quantity of heat required by the endothermic reaction being provided completely by the heat released by combustion in the pregnant.
Selon encore un autre mode de réalisation avantageux, le procédé comprend: According to yet another advantageous embodiment, the method comprises:
- lors de l'étape a/, la seule mise en œuvre d'une réaction endothermique au sein de la (des) zone(s) réactionnelle(s), la quantité de chaleur requise par la réaction endothermique étant apportée complètement par la quantité d'énergie solaire entrant dans la (les) zone(s) réactionnelle(s); during step a /, the only implementation of an endothermic reaction within the reaction zone (s), the quantity of heat required by the endothermic reaction being provided completely by the quantity solar energy entering the reaction zone (s);
- lors de l'étape b/, la seule mise en œuvre de la même réaction endothermique que lors de l'étape a/, la quantité de chaleur requise par la réaction endothermique étant apportée complètement par la chaleur dégagée par une combustion dans l'enceinte.  during step b /, the only implementation of the same endothermic reaction as in step a /, the quantity of heat required by the endothermic reaction being provided completely by the heat released by combustion in the pregnant.
La combustion dans l'enceinte peut être une combustion d'une partie d'un produit de réaction, tel que du gaz de synthèse, ou une combustion de la charge carbonée.  The combustion in the enclosure may be a combustion of a part of a reaction product, such as synthesis gas, or a combustion of the carbonaceous feedstock.
La réaction endothermique peut être avantageusement une réaction de gazéification d'une biomasse, notamment une biomasse ligno-cellulosique, ou une réaction de craquage ou de vaporeformage de charge carbonée.  The endothermic reaction may advantageously be a gasification reaction of a biomass, especially a lignocellulosic biomass, or a cracking reaction or steam reforming of carbonaceous feedstock.
Selon une variante, on commande le déplacement de l'obturateur et le débit des réactifs au sein de la (des) zone(s) en fonction de données d'ensoleillement.  According to one variant, the displacement of the shutter and the flow rate of the reagents within the zone (s) are controlled according to sunshine data.
La réaction endothermique et, le cas échéant la réaction exothermique, est réalisée à des hautes températures, typiquement supérieures à 500°C, notamment comprises entre 500°C et 1500°C. On précise que dans le cadre de l'invention, tous les systèmes de concentration ou de haute concentration avec des miroirs ou des lentilles utilisés afin de concentrer les rayons solaires sur une surface réduite, conviennent. On précise également que les notions de concentration et haute concentration sont liées au facteur de concentration appelé usuellement « soleils » (ou « suns » en anglais), et indique de combien l'énergie incidente du soleil est multipliée. Ainsi, usuellement, on définit : The endothermic reaction and, where appropriate the exothermic reaction, is carried out at high temperatures, typically above 500 ° C., in particular between 500 ° C. and 1500 ° C. It is specified that in the context of the invention, all the concentration or high concentration systems with mirrors or lenses used to concentrate the solar rays on a reduced surface, are suitable. It also specifies that the notions of concentration and high concentration are related to the concentration factor usually called "suns" (or "suns" in English), and indicates how much the incident energy of the sun is multiplied. Thus, usually, we define:
la basse concentration : de 2 à 100 « soleils » ;  the low concentration: from 2 to 100 "suns";
la moyenne concentration : de 100 à 300 « soleils » ;  the average concentration: from 100 to 300 "suns";
la haute concentration : au-delà de 300 « soleils ».  the high concentration: beyond 300 "suns".
L'invention concerne également une centrale solaire à concentration, de type à tour, destinée à mettre en œuvre le procédé décrit précédemment, comprenant :  The invention also relates to a concentrating solar power plant, tower type, for implementing the method described above, comprising:
- une tour,  - a tower,
- un champ de miroirs, appelés héliostats, adaptés chacun pour concentrer les rayons du soleil vers un foyer situé sur la tour,  a field of mirrors, called heliostats, each adapted to concentrate the sun's rays towards a fireplace located on the tower,
- un réacteur dont l'enceinte comprend au moins une zone réactionnelle, au moins une ouverture par laquelle un rayonnement solaire est susceptible d'entrer dans la(les) zone(s) réactionnelle (s), et un obturateur en matériau isolant thermique, mobile entre une position de fermeture dans laquelle il ferme complètement l'ouverture et une pluralité de positions d'ouverture dans chacune desquelles il laisse dégagée au moins partiellement l'ouverture,  a reactor whose enclosure comprises at least one reaction zone, at least one opening through which solar radiation is likely to enter the reaction zone (s), and a shutter made of thermal insulating material, movable between a closed position in which it completely closes the opening and a plurality of open positions in each of which it leaves at least partially open the opening,
centrale dans laquelle l'(les) ouverture(s) du réacteur est (sont) agencée(s) au foyer des héliostats.  central in which the (the) aperture (s) of the reactor is (are) arranged (s) at the focus of heliostats.
Selon une première variante de réalisation :  According to a first embodiment variant:
- la tour est agencée au centre du champ de miroirs,  - the tower is arranged in the center of the mirror field,
- le réacteur est cylindrique, l'ouverture du réacteur étant réalisée sur toute la périphérie de l'enceinte, les zones réactionnelles étant constituées par des tubes munis de catalyseur de la réaction de vaporeformage ou de reformage à sec, l'obturateur étant constitué par un volet de forme annulaire adapté pour coulisser autour de l'ouverture,  the reactor is cylindrical, the opening of the reactor being carried out over the entire periphery of the enclosure, the reaction zones being constituted by tubes provided with a catalyst for the steam reforming or dry reforming reaction, the shutter being constituted by an annular shutter adapted to slide around the opening,
- le réacteur comprend en outre au moins un brûleur adapté pour la mise en œuvre d'une réaction d'oxydation partielle au sein des tubes.  - The reactor further comprises at least one burner adapted for carrying out a partial oxidation reaction within the tubes.
Selon une deuxième variante de réalisation :  According to a second variant embodiment:
- la tour est agencée d'un côté du champ de miroirs, - l'ouverture du réacteur est réalisée sur une partie de la périphérie de l'enceinte, les zones réactionnelles étant constituées par des tubes munis à la fois de catalyseur de la réaction de vaporeformage ou de reformage à sec, et de catalyseur de la réaction d'oxydation partielle catalytique. the tower is arranged on one side of the mirror field, the opening of the reactor is carried out on a part of the periphery of the enclosure, the reaction zones being constituted by tubes provided at the same time with a catalyst for the steam reforming or dry reforming reaction, and for a catalyst for the reaction partial catalytic oxidation.
L'invention concerne enfin une centrale solaire à concentration, de type à tour, destinée à mettre en œuvre le procédé décrit précédemment, comprenant :  Finally, the invention relates to a concentrating solar power plant, tower type, for implementing the method described above, comprising:
- une tour équipée d'un ou plusieurs miroirs, dits miroir(s) de réflexion, - a tower equipped with one or more mirrors, said mirror (s) of reflection,
- un champ de miroirs, appelés héliostats, adaptés chacun pour concentrer les rayons du soleil vers un foyer au sein duquel est (sont) agencé(s) le(s) miroir(s) de réflexion, a field of mirrors, called heliostats, each adapted to focus the sun's rays towards a focal point in which the mirror (s) of reflection are (are) arranged,
- un réacteur dont l'enceinte comprend au moins une zone réactionnelle, au moins une ouverture par laquelle un rayonnement solaire est susceptible d'entrer dans la(les) zone(s) réactionnelle (s), et un obturateur en matériau isolant thermique, mobile entre une position de fermeture dans laquelle il ferme complètement l'ouverture et une pluralité de positions d'ouverture dans chacune desquelles il laisse dégagée au moins partiellement l'ouverture, le réacteur comprenant en outre au moins un brûleur adapté pour la mise en œuvre d'une combustion autour des tubes,  a reactor whose enclosure comprises at least one reaction zone, at least one opening through which solar radiation is likely to enter the reaction zone (s), and a shutter made of thermal insulating material, movable between a closed position in which it completely closes the opening and a plurality of open positions in each of which it leaves at least partially cleared the opening, the reactor further comprising at least one burner adapted for implementation a combustion around the tubes,
centrale dans laquelle le réacteur est agencé au sol avec son (ses) ouverture(s) agencée(s) au foyer du (des) miroir(s) de réflexion.  central in which the reactor is arranged on the ground with its (their) aperture (s) arranged (s) at the focus of (the) mirror (s) reflection.
La centrale solaire peut avantageusement comprendre une ou plusieurs cellules photovoltaïques (PV), le cas échéant avec leur système de concentration ou de haute concentration, sur la face extérieure de l'obturateur du réacteur.  The solar power plant may advantageously comprise one or more photovoltaic cells (PV), where appropriate with their concentration or high concentration system, on the outer face of the shutter of the reactor.
Description détaillée  detailed description
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée de l'invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes parmi lesquelles :  Other advantages and features of the invention will emerge more clearly from a reading of the detailed description of the invention, given by way of illustration and without limitation with reference to the following figures among which:
- la figure 1 montre sous formes de courbes l'évolution des débits molaires des différents réactifs et produits de réactions dans un procédé de reformage autotherme de méthane conforme à l'invention, selon lequel 100% de l'énergie nécessaire pour la réaction peut être apporté par énergie solaire;  FIG. 1 shows, in the form of curves, the evolution of the molar flow rates of the various reagents and reaction products in an autothermal methane reforming process according to the invention, in which 100% of the energy required for the reaction can be brought by solar energy;
- la figure 2 montre sous formes de courbes l'évolution des débits molaires des différents réactifs et produits de réactions dans un procédé de reformage autotherme de méthane conforme à l'invention, selon lequel seulement 10% de l'énergie nécessaire pour la réaction peut être apporté par énergie solaire. la figure 3 est une vue schématique d'un premier exemple de centrale solaire à concentration comportant un réacteur solaire, destinée à mettre en œuvre un procédé de reformage authotherme de méthane selon l'invention, FIG. 2 shows, in the form of curves, the evolution of the molar flow rates of the various reagents and reaction products in an autothermal reforming process. methane according to the invention, wherein only 10% of the energy required for the reaction can be provided by solar energy. FIG. 3 is a schematic view of a first example of a concentrated solar power station comprising a solar reactor, intended to implement an authothermic methane reforming process according to the invention,
- la figure 4 une vue schématique d'un deuxième exemple de centrale solaire à concentration comportant un réacteur solaire, destinée à mettre en œuvre un procédé de reformage authotherme de méthane selon l'invention,  FIG. 4 is a diagrammatic view of a second example of a concentrated solar power station comprising a solar reactor, intended to implement an authentic methane reforming process according to the invention,
- la figure 5 une vue schématique d'un troisième exemple de centrale solaire à concentration comportant un réacteur solaire, destinée à mettre en œuvre un procédé de vaporeformage selon l'invention.  FIG. 5 is a schematic view of a third example of a concentrated solar power station comprising a solar reactor, intended to implement a steam reforming process according to the invention.
On précise que sur chacune des figures 3 à 5, le réacteur solaire 2 conforme à l'invention est agrandi à des fins de clarté.  It is specified that in each of Figures 3 to 5, the solar reactor 2 according to the invention is enlarged for the sake of clarity.
Les inventeurs de la présente invention ont considéré la réaction de reformage du méthane pour la production de gaz de synthèse.  The inventors of the present invention have considered the methane reforming reaction for the production of synthesis gas.
Le vaporeformage du méthane est une réaction endothermique qui permet de produire du gaz de synthèse et qui a lieu à environ 800°C et à une pression comprise entre 20-40 bars. Elle s'écrit de la manière suivante:  The steam reforming of methane is an endothermic reaction that produces synthesis gas and takes place at about 800 ° C and at a pressure of between 20-40 bar. It is written as follows:
CH4+H20-»CO+3H2 (1) CH 4 + H 2 O-> CO + 3H 2 (1)
avec une enthalpie associée ΔΗ° (25°C) égale à 206 kJ/mol.  with an enthalpy associated ΔΗ ° (25 ° C) equal to 206 kJ / mol.
L'oxydation partielle est une réaction légèrement exothermique qui permet également de produire du gaz de synthèse et s'écrit de la manière suivante :  Partial oxidation is a slightly exothermic reaction that also produces syngas and is written as follows:
CH4+l/202-»CO+2H2 (2), CH 4 + 1/20 2 -> CO + 2H 2 (2),
avec une enthalpie associée ΔΗ° (25°C)=-44 kJ/mol.  with an enthalpy associated ΔΗ ° (25 ° C) = - 44 kJ / mol.
La mise en œuvre simultanée de ces deux réactions est connue en tant que telle et elle permet de réaliser le reformage dit autotherme dans lequel la chaleur dégagée par la réaction d'oxydation partielle peut être utilisée pour la réaction de vaporeformage.  The simultaneous implementation of these two reactions is known as such and it allows the so-called autothermal reforming in which the heat generated by the partial oxidation reaction can be used for the steam reforming reaction.
Les inventeurs ont pensé qu'il était possible de mettre en œuvre cette réaction dans un réacteur solaire à concentration, c'est-à-dire en utilisant en tant que chaleur requise par la réaction de vaporeformage, une quantité d'énergie solaire concentrée.  The inventors have thought that it is possible to implement this reaction in a solar concentrating reactor, that is to say using as heat required by the steam reforming reaction, a concentrated amount of solar energy.
Autrement dit, tant que le dispositif de concentration solaire associé au réacteur solaire délivre une quantité d'énergie suffisante, la réaction endothermique de vaporeformage peut être réalisée intégralement ou en partie grâce à l'apport d'énergie solaire. Au fur et à mesure que l'ensoleillement diminue, la diminution de l'apport d'énergie solaire afférente est alors compensée par la mise en œuvre simultanée de la réaction exothermique d'oxydation partielle. In other words, as long as the solar concentration device associated with the solar reactor delivers a sufficient quantity of energy, the endothermic reaction of steam reforming can be carried out entirely or partly thanks to the contribution of solar energy. As sunshine decreases, the decrease in the solar energy supply afferent is then offset by the simultaneous implementation of the exothermic partial oxidation reaction.
Pour réaliser cette compensation, il est alors nécessaire d'augmenter le débit d'oxygène dans la zone réactionnelle du réacteur pour favoriser la réaction d'oxydation partielle.  To achieve this compensation, it is then necessary to increase the flow of oxygen in the reaction zone of the reactor to promote the partial oxidation reaction.
Avantageusement, pour automatiser cette compensation, on peut envisager de faire un suivi des concentrations des produits de réaction, avec des moyens de mesure, tels que des analyseurs de gaz en ligne, en sortie du réacteur. Alternativement, on peut aussi le faire en connaissant l'énergie solaire incidente sur le réacteur à partir d'un modèle météorologique susceptible de déterminer en fonction de l'heure et de l'ensoleillement reçu la part d'énergie qu'il faut fournir avec la réaction d'oxydation partielle. On peut encore envisager un contrôle-commande par mesure de température au sein du réacteur.  Advantageously, to automate this compensation, it is possible to consider monitoring the concentrations of the reaction products, with measuring means, such as on-line gas analyzers, at the outlet of the reactor. Alternatively, it can also be done knowing the solar energy incident on the reactor from a weather model that can determine depending on the time and sunshine received the share of energy that must be provided with the partial oxidation reaction. One can still consider a control-command by temperature measurement within the reactor.
Pour moduler à souhait la part de quantité d'énergie solaire que l'on veut utiliser dans le procédé, les inventeurs ont pensé à utiliser un réacteur avec une ou plusieurs ouvertures par laquelle (lesquelles) un rayonnement solaire est susceptible d'entrer dans la(les) zone(s) réactionnelle(s), et un obturateur en matériau isolant thermique, mobile entre une position de fermeture dans laquelle il ferme complètement l'ouverture et une pluralité de positions d'ouverture dans chacune desquelles il laisse dégagée au moins partiellement l'ouverture,  To modulate at will the amount of solar energy that is to be used in the process, the inventors have thought to use a reactor with one or more openings through which (which) solar radiation is likely to enter the (the) zone (s) reaction (s), and a shutter of thermal insulating material, movable between a closed position in which it completely closes the opening and a plurality of open positions in each of which it leaves unobstructed at least partially opening,
Ainsi, le procédé de reformage autotherme du méthane selon l'invention comprend les étapes suivantes :  Thus, the autothermal methane reforming process according to the invention comprises the following steps:
a/ lorsque la quantité d'énergie solaire reçue par l'ouverture est supérieure à une première valeur prédéterminée, ouverture de l'obturateur dans une de la pluralité des positions d'ouverture, et mise en œuvre d'une réaction endothermique de conversion de la charge carbonée au sein de la (des) zone(s) réactionnelle(s), la quantité de chaleur requise par la réaction endothermique étant apportée au moins en partie par la quantité d'énergie solaire entrant dans la (les) zone(s) réactionnelle(s);  a / when the amount of solar energy received by the aperture is greater than a first predetermined value, opening the shutter in one of the plurality of open positions, and performing an endothermic conversion reaction; the carbon load within the reaction zone (s), the quantity of heat required by the endothermic reaction being provided at least in part by the amount of solar energy entering the zone (s) ) reactionary (s);
b/ lorsque la quantité d'énergie solaire reçue par l'ouverture, est inférieure à la première valeur déterminée, fermeture de l'obturateur et mise en œuvre d'au moins une réaction de conversion de la charge carbonée au sein de la (des) zone(s) réactionnelle(s) du même réacteur, la quantité de chaleur requise étant apportée par une autre source d'énergie que la quantité d'énergie solaire reçue, b / when the quantity of solar energy received by the opening is less than the first determined value, closure of the shutter and implementation of at least one conversion reaction of the carbonaceous charge within the (of the ) reaction zone (s) of same reactor, the quantity of heat required being provided by another source of energy than the quantity of solar energy received,
les étapes a/ et b/ étant réalisées en continu.  the steps a / and b / being carried out continuously.
Ainsi, la présente invention permet d'utiliser un seul réacteur pour le reformage de méthane, de manière continue avec un maintien quasi-constant de la température et donc des conditions de fonctionnement stables.  Thus, the present invention makes it possible to use a single reactor for methane reforming, in a continuous manner with an almost constant maintenance of the temperature and therefore of the stable operating conditions.
Par conséquent, le procédé selon l'invention permet d'assurer une qualité contrôlée des produits de réactions avec un fonctionnement en continu puisque même en l'absence d'énergie solaire, on peut mettre en œuvre un apport de chaleur par une réaction exothermique au sein de la zone réactionnelle ou un apport de chaleur externe par combustion.  Therefore, the method according to the invention makes it possible to ensure a controlled quality of the reaction products with continuous operation since even in the absence of solar energy, it is possible to implement a heat input by an exothermic reaction at within the reaction zone or an external heat input by combustion.
Comparativement à un procédé avec un réacteur solaire selon l'état de l'art qui ne peut être utilisé que le jour, et encore sous certaines conditions impératives d'ensoleillement, la rentabilité du procédé selon l'invention est bien meilleure.  Compared to a method with a solar reactor according to the state of the art that can be used only during the day, and still under certain imperative conditions of sunshine, the profitability of the process according to the invention is much better.
Enfin, le procédé selon l'invention permet d'augmenter le rendement matière, puisque l'énergie solaire concentrée est privilégiée par rapport à la chaleur dégagée par la réaction d'oxydation partielle pour la réaction de vaporeformage.  Finally, the process according to the invention makes it possible to increase the material yield, since the concentrated solar energy is preferred over the heat evolved by the partial oxidation reaction for the steam reforming reaction.
Autrement dit, l'énergie solaire apportée permet de brûler moins de méthane dans la réaction d'oxydation partielle, et donc d'utiliser plus de méthane en tant que réactif dans la réaction de vaporeformage. L'apport d'énergie solaire peut être utilisé pour économiser l'apport de chaleur par oxydation de méthane ou pour augmenter la production de gaz de synthèse.  In other words, the solar energy provided makes it possible to burn less methane in the partial oxidation reaction, and thus to use more methane as a reagent in the steam reforming reaction. Solar energy input can be used to save heat input by methane oxidation or to increase synthesis gas production.
Pour valider le procédé selon l'invention, les inventeurs ont effectué des calculs simplifiés, faits sur des bilans matières à partir des équations (1) et (2) avec les enthalpies associées.  To validate the process according to the invention, the inventors have carried out simplified calculations, made on material balances from equations (1) and (2) with the associated enthalpies.
Ces calculs montrent qu'il est toujours possible de maintenir la réaction de reformage autotherme par ajustement des débits des différents réactifs (CH4, H20, 02) et ce en fonction de l'apport d'énergie solaire concentrée dans la zone réactionnelle. These calculations show that it is still possible to maintain the autothermal reforming reaction by adjusting the flow rates of the various reagents (CH 4 , H 2 0, 0 2 ) and this as a function of the solar energy input concentrated in the zone. reaction.
Les courbes montrées en figures 1 et 2 permettent d'illustrer le fonctionnement d'un réacteur solaire respectivement avec une hybridation solaire totale ou limitée à 10%  The curves shown in FIGS. 1 and 2 make it possible to illustrate the operation of a solar reactor respectively with a total solar hybridization or limited to 10%
Ainsi, les courbes des figures 1 et 2 montrent les débits molaires de réactifs et produits mis enjeu en fonction de la sélectivité entre les réactions (1) et (2). Cette sélectivité est influencée par le ratio molaire entre oxygène (02) et méthane (CH4) dans la charge de réaction, que l'on fait varier en fonction de la quantité d'énergie solaire apportée, afin d'assurer d'avoir un procédé globalement équilibré énergétiquement, c'est-à-dire un reformage autotherme, dans lequel la quantité d'énergie solaire apportée doit compenser le besoin énergétique pour la réaction de vaporeformage. Autrement dit, en fonction des débits d'oxygène et de méthane injectés dans la(les) zone(s) réactionnelle(s) du réacteur, on va favoriser l'une ou l'autre des réactions (1) et (2), car les concentrations de ces réactifs vont influer sur les équilibres thermodynamiques et sur les cinétiques des réactions. Thus, the curves of FIGS. 1 and 2 show the molar flow rates of reagents and products involved as a function of the selectivity between reactions (1) and (2). This selectivity is influenced by the molar ratio between oxygen (0 2 ) and methane (CH 4) in the reaction charge, which is varied according to the amount of solar energy brought in, in order to ensure that Generally energy-equilibrated process, ie autothermal reforming, in which the amount of solar energy supplied must compensate for the energy requirement for the steam reforming reaction. In other words, depending on the flow rates of oxygen and methane injected into the reaction zone (s) of the reactor, one or the other of the reactions (1) and (2) will be favored, because the concentrations of these reagents will influence the thermodynamic equilibrium and the kinetics of the reactions.
La figure 1 montre que ce choix de pilotage induit une baisse de la production de H2 et de CO lorsqu'il y a un apport d'énergie solaire. En effet, l'introduction de réactif pour mener la réaction d'oxydation partielle est diminuée ou stoppée. En dessous d'une certaine valeur prédéterminée, la réaction d'oxydation partielle conduite pour l'apport de chaleur à la réaction de vaporeformage contribue également à la production de gaz de synthèse. Figure 1 shows that this choice of control induces a decrease in the production of H 2 and CO when there is a solar energy input. Indeed, the introduction of reagent to carry out the partial oxidation reaction is decreased or stopped. Below a certain predetermined value, the partial oxidation reaction conducted for the supply of heat to the steam reforming reaction also contributes to the production of synthesis gas.
On observe en outre que lorsqu'il y a apport d'énergie solaire, on obtient une diminution significative de méthane consommé liée au fait que l'apport d'énergie carbonée par oxydation partielle du méthane est compensé par l'apport d'énergie solaire.  It is further observed that when there is solar energy input, a significant reduction in methane consumption is obtained, due to the fact that the contribution of carbon energy by partial oxidation of the methane is compensated by the contribution of solar energy. .
On pourrait également chercher les conditions opératoires permettant une production constante de H2 ou de CO, mais l'équilibre entre ces deux productions est très difficile à atteindre, compte tenu du fait que les stœchiométries des réactions (1) et (2) ne sont pas équivalentes. En effet, on constate que lorsqu'on apporte uniquement de l'énergie solaire, le ratio de production entre H2 et CO est environ égal à 3 fois, ce qui correspond à la stœchiométrie de la réaction (1), tandis qu'il est d'environ de 2 durant la phase sans apport d'énergie solaire durant laquelle la réaction (2) exothermique, est prépondérante. Ces fortes variations sur les gaz produits peuvent être difficiles à gérer dans certains procédés en aval, mais peuvent être très bien valorisées dans d'autres notamment dans des piles à combustible de type SOFC ou via l'utilisation d'un stockage tampon. One could also look for the operating conditions allowing a constant production of H 2 or CO, but the balance between these two productions is very difficult to reach, considering that the stoichiometries of the reactions (1) and (2) are not not equivalent. Indeed, it is found that when only solar energy is supplied, the ratio of production between H 2 and CO is approximately equal to 3 times, which corresponds to the stoichiometry of the reaction (1), while is about 2 during the phase without solar energy input during which the exothermic reaction (2) is preponderant. These large variations in the gases produced can be difficult to manage in some downstream processes, but can be very well valued in others, particularly in SOFC fuel cells or via the use of a buffer storage.
Afin de pouvoir assurer une stabilité de production et de qualité du gaz de synthèse, il est possible de réduire l'apport d'énergie solaire à une valeur de 10% par exemple, comme présenté sur la Figure 2. Sur cette figure 2, on constate que la diminution en proportion de la part d'énergie solaire apportée, qui est donc au maximum de 10% contre 100% en figure 1, permet d'avoir des débits molaires des gaz produits relativement constants. On peut ainsi envisager un apport d'énergie solaire réduit, ici égale à 10%>, qui permet de ne pas déstabiliser les procédés en aval, parmi lesquels on peut citer une purification, un procédé Fisher-Tropsch.... In order to be able to ensure production and quality stability of the synthesis gas, it is possible to reduce the solar energy input to a value of 10% for example, as shown in FIG. In this Figure 2, we see that the decrease in proportion to the share of solar energy provided, which is therefore at most 10% against 100% in Figure 1, allows to have relatively constant molar rates of gas produced. It is thus possible to envisage a reduced solar energy input, here equal to 10%>, which makes it possible not to destabilize the downstream processes, among which may be mentioned a purification, a Fisher-Tropsch process ....
Outre cet avantage de pouvoir conserver une composition des gaz produits plus stable, un autre avantage de limiter à un certain pourcentage l'apport d'énergie solaire dans le procédé de conversion global est d'éviter d'avoir à arrêter complètement le fonctionnement du(des) brûleur(s) dédié(s) à la mise en œuvre de la réaction d'oxydation partielle ou de combustion totale.  In addition to the advantage of being able to maintain a more stable composition of the product gases, another advantage of limiting the contribution of solar energy to a certain percentage in the overall conversion process is to avoid having to completely stop the operation of the ( burner (s) dedicated to the implementation of the partial oxidation reaction or total combustion.
En revanche, dans l'exemple illustré du reformage autotherme du méthane montré en figures 1 et 2, la production des gaz varie en fonction de la quantité d'énergie solaire apportée, car la réaction exothermique d'oxydation partielle consomme du méthane.  On the other hand, in the illustrated example of the autothermal methane reforming shown in FIGS. 1 and 2, the production of the gases varies as a function of the quantity of solar energy supplied, since the partial oxidation exothermic reaction consumes methane.
Pour mettre en œuvre la conversion thermochimique selon l'invention pour des applications à hautes températures, typiquement comprises entre 500 et 1500°C, en général supérieures à 800°C, les inventeurs ont pensé à différentes variantes de réalisation de réacteurs et d'agencement dans une centrale solaire à concentration. La concentration est requise compte tenu des hautes températures ci-dessus à atteindre.  To implement the thermochemical conversion according to the invention for applications at high temperatures, typically between 500 and 1500 ° C., generally greater than 800 ° C., the inventors have thought of different variants of reactor construction and arrangement. in a concentrated solar power station. Concentration is required given the high temperatures above to be achieved.
Différents exemples de réalisation pour le reformage autotherme du méthane ou le vaporeformage du méthane sont décrits en relation avec les figures 3 à 5.  Various exemplary embodiments for the autothermal reforming of methane or steam reforming of methane are described in relation to FIGS. 3 to 5.
La figure 3 présente un dispositif avec une centrale solaire 1 à tour qui concentre l'énergie sur les tubes d'un réacteur solaire.  Figure 3 shows a device with a solar power station 1 which concentrates the energy on the tubes of a solar reactor.
Plus précisément, la centrale 1 comprend une tour 10 et un champ de miroirs, appelés héliostats 11 adaptés chacun pour concentrer les rayons du soleil vers un foyer situé sur la tour 10. La tour 10 est agencée au centre du champ de miroirs 11.  More specifically, the central 1 comprises a tower 10 and a field of mirrors, called heliostats 11 each adapted to focus the sun's rays to a focus on the tower 10. The tower 10 is arranged in the center of the mirror field 11.
La centrale 1 comprend en outre un réacteur 2 cylindrique agencé sur le dessus de la tour.  The plant 1 further comprises a cylindrical reactor 2 arranged on the top of the tower.
L'enceinte 20 du réacteur comprend des tubes 22 parallèles entre eux qui constituent les zones réactionnelles du réacteur. Les tubes 22 sont munis de catalyseur de la réaction de vaporeformage ou de reformage à sec, Sur toute la périphérie de l'enceinte 20 est réalisée une ouverture 21 par laquelle un rayonnement solaire est susceptible d'entrer dans les tubes 22. The chamber 20 of the reactor comprises tubes 22 parallel to each other which constitute the reaction zones of the reactor. The tubes 22 are provided with a catalyst for the steam reforming or dry reforming reaction, On the entire periphery of the enclosure 20 is made an opening 21 through which solar radiation is likely to enter the tubes 22.
Un volet 23 coulissant, formant un volet guillotine, en matériau isolant thermique, de forme annulaire est monté mobile autour de l'ouverture 21 entre une position de fermeture dans laquelle il ferme complètement l'ouverture et une pluralité de positions d'ouverture dans chacune desquelles il la laisse dégagée au moins partiellement.  A sliding shutter 23, forming a guillotine flap, of annular thermal insulation material is mounted movably around the opening 21 between a closed position in which it completely closes the opening and a plurality of opening positions in each from which he leaves it released at least partially.
Enfin, le réacteur 2 comprend au moins un brûleur 24, représenté schématiquement, qui est adapté pour la mise en œuvre d'une réaction d'oxydation partielle au sein des tubes. Tel que schématisé, le brûleur 24 est sur le dessus de l'enceinte 20 du réacteur 2. D'autres positions sont envisageables. La position choisie est déterminée au préalable par modélisation des configurations et puissances thermiques des réactions envisagées.  Finally, the reactor 2 comprises at least one burner 24, shown schematically, which is adapted for carrying out a partial oxidation reaction within the tubes. As shown schematically, the burner 24 is on the top of the chamber 20 of the reactor 2. Other positions are possible. The chosen position is determined beforehand by modeling the configurations and thermal powers of the reactions envisaged.
L'agencement du réacteur 2 est tel que l'ouverture 21 est au foyer des héliostats 11. Ainsi, avec cet agencement, la géométrie cylindrique du réacteur 2, l'agencement de la tour 10 au centre du champ solaire à 360°, il est possible d'irradier les tubes 22 à 360°.  The arrangement of the reactor 2 is such that the opening 21 is at the focus of the heliostats 11. Thus, with this arrangement, the cylindrical geometry of the reactor 2, the arrangement of the tower 10 in the center of the solar field 360 °, it It is possible to irradiate the tubes 22 at 360 °.
Le volet 23 peut isoler thermiquement les tubes 22, partiellement ou complètement en l'absence d'ensoleillement, ce qui permet de diminuer drastiquement les pertes radiatives, c'est-à-dire les pertes liées au rayonnement réémis par les tubes et parois du réacteur, et donc d'augmenter le rendement énergétique du procédé. Ces pertes thermiques radiatives en jeu peuvent être potentiellement importantes puisqu'elles sont proportionnelles à la surface de l'ouverture laissée par le volet 23. Pour connaître le positionnement du volet 23 à réaliser de manière optimale, on peut envisager de réaliser un contrôle-commande de son déplacement par prise en compte de la température interne du réacteur.  The flap 23 may thermally insulate the tubes 22, partially or completely in the absence of sunshine, which allows to drastically reduce the radiative losses, that is to say the losses associated with the radiation reemitted by the tubes and walls of the reactor, and therefore to increase the energy efficiency of the process. These radiative thermal losses in play can be potentially important because they are proportional to the surface of the opening left by the flap 23. To know the positioning of the shutter 23 to achieve optimally, we can consider performing a control-command of its displacement by taking into account the internal temperature of the reactor.
De manière avantageuse, on peut envisager de réaliser le contrôle-commande du volet 23 ainsi que du brûleur 24, et des débits de produits réactifs à partir d'un modèle prédéfini et/ou de prévisions météorologiques à court terme afin de réaliser le procédé global de reformage autotherme dans des conditions stabilisées, et ce en réduisant au minimum les pertes radiatives. En particulier, de manière préférentielle, on envisage le positionnement du volet 23 dans sa position de fermeture dès lors que les pertes radiatives deviennent supérieures à la quantité d'énergie solaire apportée. La centrale solaire représentée en figure 4 constitue une variante de celle représentée en figure 3. Advantageously, it is conceivable to carry out control-control of the shutter 23 as well as the burner 24, and flow rates of reactive products from a predefined model and / or short-term weather forecasts in order to achieve the overall process. autothermal reforming under stabilized conditions, while minimizing radiative losses. In particular, it is preferable to consider positioning the flap 23 in its closed position as soon as the radiative losses become greater than the quantity of solar energy supplied. The solar power station shown in FIG. 4 is a variant of that represented in FIG.
Ici, la tour 10 est agencée d'un côté du champ de miroirs 11.  Here, the tower 10 is arranged on one side of the mirror field 11.
Le réacteur 2 ne comporte pas ici de brûleur.  The reactor 2 does not comprise a burner.
En effet, les tubes 22 sont ici munis à la fois de catalyseur de la réaction de vaporeformage, et de catalyseur de la réaction d'oxydation partielle catalytique. Les catalyseurs d'oxydation et de vaporeformage choisis ainsi que la régulation des débits de gaz réactif en fonction de l'énergie solaire apportée permettent d'assurer la bonne cinétique des réactions (1) et (2) du reformage autotherme recherché. On peut envisager qu'un tube donné 22 ait une partie dédiée à la combustion catalytique ou à la combustion catalytique partielle qui soit en amont par rapport au sens de circulation des gaz réactifs et une partie dédiée à la réaction de vaporeformage qui soit en aval.  Indeed, the tubes 22 are here provided with both catalyst of the steam reforming reaction, and catalyst of the catalytic partial oxidation reaction. The chosen oxidation and steam reforming catalysts and the regulation of the reactive gas flows as a function of the solar energy provided make it possible to ensure the good kinetics of the reactions (1) and (2) of the desired autothermal reforming. It is conceivable that a given tube 22 has a part dedicated to catalytic combustion or partial catalytic combustion which is upstream with respect to the direction of circulation of the reactive gases and a part dedicated to the steam reforming reaction which is downstream.
L'ouverture 21 du réacteur est ici réalisée sur une partie seulement de la périphérie de l'enceinte 20.  The opening 21 of the reactor is here carried out on only a part of the periphery of the enclosure 20.
Dans cet exemple illustré afin d'obtenir des facteurs de concentration solaire plus importants que par celui uniquement généré par les miroirs 11, on peut envisager avantageusement un dispositif supplémentaire de concentration solaire sur les parois de l'enceinte du réacteur autour de l'ouverture 2. Ainsi, on peut envisager avantageusement, un dispositif de forme tronconique autour de l'ouverture. En augmentant ainsi le facteur de concentration on peut réduire les pertes radiatives liées aux réactions : par exemple, doubler la concentration permet de faire passer la même énergie solaire par une surface d'ouverture diminuée de moitié, soit 50% de pertes radiatives en moins.  In this illustrated example in order to obtain more important solar concentration factors than by the one only generated by the mirrors 11, it is advantageous to envisage an additional solar concentration device on the walls of the reactor enclosure around the opening 2 Thus, it is advantageous to envisage a device of frustoconical shape around the opening. By increasing the concentration factor, the radiative losses associated with the reactions can be reduced: for example, doubling the concentration makes it possible to pass the same solar energy through an opening area halved, ie 50% less radiative losses.
La base de ce dispositif supplémentaire de concentration est ouverte et définie l'ouverture 21. Ainsi, le volet 23 peut venir obturer plus ou moins cette ouverture 21.  The base of this additional concentration device is open and defines the opening 21. Thus, the flap 23 can close more or less this opening 21.
Le volet 23 peut être un dispositif de type diaphragme, comme illustré. On peut aussi envisager un volet 23 de type à guillotine comme dans l'exemple illustré en figure 3. Quel que soit la forme du volet 23 retenue, celui-ci doit pouvoir fermer complètement l'ouverture 21 lors des phases où l'ensoleillement n'est pas suffisant.  The flap 23 may be a diaphragm type device, as illustrated. It is also possible to envisage a guillotine-type shutter 23 as in the example illustrated in FIG. 3. Whatever the shape of the shutter 23 retained, it must be able to completely close the opening 21 during the phases where the sun is not enough.
Une autre configuration de centrale solaire 1 " destiné à mettre en œuvre un procédé de vaporeformage non autotherme est montrée en figure 5.  Another configuration of solar power station 1 "intended to implement a non-autothermal steamforming process is shown in FIG.
Une telle configuration est connue sous la dénomination anglo-saxonne « beam down ». Elle permet d'obtenir le rayonnement concentré au sol via une réflexion secondaire en haut de la tour 10 qui est munie d'un miroir de réflexion 12. Cette configuration selon la figure 5 a pour avantage intrinsèque de permettre une installation plus aisée car au niveau du sol. Such a configuration is known by the British name "beam down". It allows to obtain the concentrated radiation on the ground via a reflection secondary to the top of the tower 10 which is provided with a reflection mirror 12. This configuration according to Figure 5 has the intrinsic advantage of allowing easier installation because at ground level.
Ici, le réacteur 2 est donc agencé au sol avec l'ouverture 21 agencée au foyer du miroir de réflexion 12.  Here, the reactor 2 is thus arranged on the ground with the opening 21 arranged at the focus of the reflection mirror 12.
L'ouverture 21 du réacteur 2 est toujours munie d'un volet 23 dont le déplacement permet d'isoler thermiquement l'enceinte 20 de l'extérieur, pour réduire au minimum les pertes radiatives, typiquement en fin de journée ou lors de période de faible ensoleillement.  The opening 21 of the reactor 2 is always provided with a flap 23 whose displacement makes it possible to thermally isolate the enclosure 20 from the outside, in order to minimize the radiative losses, typically at the end of the day or during periods of low sun.
Le réacteur 2 comprend dans son enceinte 20 une pluralité de brûleurs 24 adaptés chacun pour la mise en œuvre d'une combustion autour des tubes 22 revêtus intérieurement de catalyseur uniquement de la réaction de vaporeformage. Ces brûleurs 24 ont donc pour fonction de réaliser la combustion totale du méthane afin de compenser la variabilité de l'apport d'énergie solaire. Comme montré, les brûleurs 24 sont agencés tout autour de l'enceinte 20. On peut aussi envisager de les agencer en haut et/ou en bas de l'enceinte 20. Un positionnement en point haut a pour avantage de permettre de garder un flux d'énergie solaire pénétrant par l'ouverture 21 et un flux de combustion dans la même direction, ce qui peut favoriser la stabilité thermique ainsi que la stabilité réactionnelle du procédé. Pour la circulation des fumées issues de la combustion, on peut envisager une circulation à contrecourant ou à co-courant de la circulation des gaz réactifs et du gaz de synthèse.  The reactor 2 comprises in its enclosure 20 a plurality of burners 24 each adapted for the implementation of a combustion around the tubes 22 internally coated catalyst only the steam reforming reaction. These burners 24 therefore have the function of achieving the total combustion of methane to compensate for the variability of the solar energy input. As shown, the burners 24 are arranged all around the enclosure 20. It can also be envisaged to arrange them at the top and / or bottom of the enclosure 20. A positioning at high point has the advantage of allowing to keep a flow solar energy penetrating through the opening 21 and a combustion flow in the same direction, which can promote the thermal stability as well as the reaction stability of the process. For the circulation of flue gases from combustion, it is possible to envisage a countercurrent or co-current circulation of the circulation of the reactive gases and of the synthesis gas.
La réaction de vaporeformage peut être ainsi mise en œuvre à l'intérieur des tubes 22, l'apport de chaleur étant réalisé en partie ou intégralement par l'énergie solaire concentrée par les miroirs 12 et en partie ou intégralement par la combustion faite par les brûleurs 24.  The vaporeforming reaction can thus be implemented inside the tubes 22, the heat input being carried out in part or entirely by the solar energy concentrated by the mirrors 12 and partly or entirely by the combustion made by the burners 24.
Quelle que soit la configuration de centrale solaire 1, , 1 " envisagée, avec le réacteur solaire hybride 2, on obtient un procédé de conversion de méthane en gaz de synthèse que l'on peut faire fonctionner en continu de manière stable.  Whatever the configuration of the solar power station 1, 1 "envisioned, with the hybrid solar reactor 2, there is obtained a process for converting methane into synthesis gas which can be operated continuously in a stable manner.
D'autres améliorations et variantes peuvent être prévues sans pour autant sortir du cadre de l'invention.  Other improvements and variations may be provided without departing from the scope of the invention.
Ainsi, bien que décrites en référence à un procédé de reformage autotherme (figures 3 et 4) ou à un vaporeformage (figure 5), les centrales solaires à concentration peuvent tout à fait être mises en œuvre pour un procédé de reformage à sec autotherme ou non. On peut envisager le reformage à sec aussi bien avec du biogaz (riche en CO2) que sur des gaz acides actuellement peut exploités également en raison de leur forte teneur en CO2. Thus, although described with reference to an autothermal reforming process (FIGS. 3 and 4) or to a steam reforming process (FIG. 5), concentrated solar power plants can be used for autothermal dry reforming process or not. Dry reforming can be envisaged as well with biogas (rich in CO2) as on acid gases currently can also be exploited because of their high CO2 content.
On peut envisager de mettre en œuvre d'autres procédés de conversion aux hautes températures, tels que la gazéification ou le craquage d'hydrocarbures et plus généralement tout procédé dont une partie de la charge ou des produits de réaction sont consommés pour l'apport de chaleur dans la zone réactionnelle ou pour l'apport externe de chaleur par brûleur.  Other methods of conversion at high temperatures, such as gasification or cracking of hydrocarbons and, more generally, any process in which part of the feedstock or reaction products are consumed for heat in the reaction zone or for external heat input by burner.
Par ailleurs, bien que non représenté, on peut munir avantageusement le volet 23 de réacteur d'une ou plus cellules photovoltaïques (PV), le cas échéant avec leur système de concentration ou de haute concentration. Ainsi, on peut récupérer la part de l'énergie solaire concentrée que l'on n'utilise pas sous forme de chaleur dans le procédé de conversion au sein du réacteur : cette part d'énergie solaire est ainsi transformée en électricité par la(les) cellule(s) PV.  Furthermore, although not shown, one can advantageously provide the flap 23 of the reactor with one or more photovoltaic cells (PV), if necessary with their concentration system or high concentration. Thus, we can recover the share of concentrated solar energy that is not used in the form of heat in the conversion process in the reactor: this part of solar energy is thus transformed into electricity by the (the ) cell (s) PV.
Dans les réacteurs solaires 2 montrés en figures 4 et 5, au lieu d'avoir une seule ouverture 21, on peut envisager d'en avoir plusieurs, notamment si la puissance thermique requise par le procédé mis en œuvre est supérieure.  In the solar reactors 2 shown in FIGS. 4 and 5, instead of having a single opening 21, one can envisage having several of them, especially if the thermal power required by the process used is greater.
On peut envisager une combinaison entre les trois solutions représentées respectivement aux figures 3, 4 et 5. It is possible to envisage a combination between the three solutions represented respectively in FIGS. 3, 4 and 5.
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Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de conversion thermochimique d'une charge carbonée en produits de réaction, mis en œuvre dans un réacteur dont l'enceinte comprend au moins une zone réactionnelle, au moins une ouverture par laquelle un rayonnement solaire est susceptible d'entrer dans la(les) zone(s) réactionnelle (s),  Process for the thermochemical conversion of a carbonaceous feedstock into reaction products, carried out in a reactor whose enclosure comprises at least one reaction zone, at least one opening through which solar radiation is likely to enter the reactor the reaction zone (s),
le procédé comprenant les étapes suivantes :  the method comprising the following steps:
a/ lorsque la quantité d'énergie solaire reçue par l'ouverture est supérieure à une première valeur prédéterminée, mise en œuvre d'une réaction endothermique de conversion de la charge carbonée au sein de la (des) zone(s) réactionnelle(s), la quantité de chaleur requise par la réaction endothermique étant apportée au moins en partie par la quantité d'énergie solaire entrant dans la (les) zone(s) réactionne lle(s);  a / when the quantity of solar energy received by the opening is greater than a first predetermined value, implementing an endothermic conversion of the carbonaceous charge within the reaction zone (s) (s) ), the amount of heat required by the endothermic reaction being provided at least in part by the amount of solar energy entering the reaction zone (s);
b/ lorsque la quantité d'énergie solaire reçue par l'ouverture, est inférieure à la première valeur déterminée, mise en œuvre d'au moins une réaction de conversion de la charge carbonée au sein de la (des) zone(s) réactionnelle(s) du même réacteur, la quantité de chaleur requise étant apportée par une autre source d'énergie que la quantité d'énergie solaire reçue  b / when the quantity of solar energy received by the opening is less than the first determined value, implementation of at least one conversion reaction of the carbonaceous charge within the reaction zone (s) (s) the same reactor, the amount of heat required is provided by another source of energy than the amount of solar energy received
les étapes a/ et b/ étant réalisées en continu, le réacteur comprenant un obturateur (23) en matériau isolant thermique, mobile entre une position de fermeture dans laquelle il ferme complètement l'ouverture et une pluralité de positions d'ouverture dans chacune desquelles il laisse dégagée au moins partiellement l'ouverture,  the steps a / and b / being carried out continuously, the reactor comprising a shutter (23) of thermal insulating material, movable between a closed position in which it completely closes the opening and a plurality of opening positions in each of which it leaves at least partially open the opening,
- l'étape a/ étant réalisée avec une ouverture de l'obturateur dans une de la pluralité des positions d'ouverture, et  the step a / being carried out with an opening of the shutter in one of the plurality of the open positions, and
- l'étape b/ étant réalisée avec une fermeture de l'obturateur.  step b / being carried out with closure of the shutter.
2. Procédé de conversion thermochimique selon la revendication 1, selon lequel on concentre le rayonnement solaire avant son entrée dans l'ouverture du réacteur.  2. Thermochemical conversion process according to claim 1, wherein the solar radiation is concentrated before entering the opening of the reactor.
3. Procédé de conversion thermochimique autotherme selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant :  3. autothermal thermochemical conversion method according to one of claims 1 or 2, comprising:
- lors de l'étape a/, la mise en œuvre, simultanément d'une réaction exothermique et d'une réaction endothermique au sein de la (des) zone(s) réactionnelle(s), la quantité de chaleur requise par la réaction endothermique étant apportée en partie par la quantité d'énergie solaire entrant dans la (les) zone(s) réactionnelle(s) et en partie par la chaleur dégagée par la réaction exothermique; - lors de l'étape b/, la mise en œuvre, simultanément des mêmes réactions exothermique et endothermique que lors de l'étape a/, la quantité de chaleur requise par la réaction endothermique étant apportée complètement par la chaleur dégagée par la réaction exothermique. during step a /, the simultaneous implementation of an exothermic reaction and an endothermic reaction within the reaction zone (s), the quantity of heat required by the reaction endothermic being provided in part by the amount of solar energy entering the (the) zone (s) reaction (s) and partly by the heat released by the exothermic reaction; during step b, the simultaneous implementation of the same exothermic and endothermic reactions as in step a /, the quantity of heat required by the endothermic reaction being provided completely by the heat released by the exothermic reaction; .
4. Procédé de conversion thermochimique autotherme selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant :  4. autothermal thermochemical conversion method according to one of claims 1 or 2, comprising:
- lors de l'étape a/, la seule mise en œuvre d'une réaction endothermique au sein de la (des) zone(s) réactionnelle(s), la quantité de chaleur requise par la réaction endothermique étant apportée complètement par la quantité d'énergie solaire entrant dans la (les) zone(s) réactionnelle(s);  during step a /, the only implementation of an endothermic reaction within the reaction zone (s), the quantity of heat required by the endothermic reaction being provided completely by the quantity solar energy entering the reaction zone (s);
- lors de l'étape b/, la mise en œuvre, simultanément de la même réaction endothermique que celle de l'étape a/ et d'une réaction exothermique au sein de la (des) zone(s) réactionnelle(s), la quantité de chaleur requise par la réaction endothermique étant apportée complètement par la chaleur dégagée par la réaction exothermique.  during step b /, the simultaneous implementation of the same endothermic reaction as that of step a / and of an exothermic reaction within the reaction zone (s), the amount of heat required by the endothermic reaction being provided completely by the heat generated by the exothermic reaction.
5. Procédé de conversion thermochimique autotherme selon l'une des revendications 3 ou 4, la réaction endothermique étant le vaporeformage ou le re formage à sec et, la réaction exothermique étant l'oxydation partielle ou l'oxydation partielle catalytique.  5. autothermal thermochemical conversion process according to one of claims 3 or 4, the endothermic reaction being steam reforming or dry reforming and, the exothermic reaction being partial oxidation or catalytic partial oxidation.
6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5 constituant un procédé de conversion autotherme d'un hydrocarbure en gaz de synthèse.  6. Method according to one of claims 3 to 5 constituting a method of autothermal conversion of a hydrocarbon to synthesis gas.
7. Procédé de conversion thermochimique selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant :  7. Thermochemical conversion process according to one of claims 1 to 3, comprising:
- lors de l'étape a/, la seule mise en œuvre d'une réaction endothermique au sein de la (des) zone(s) réactionnelle(s), la quantité de chaleur requise par la réaction endothermique étant apportée en partie par la quantité d'énergie solaire entrant dans la (les) zone(s) réactionnelle(s) et en partie par la chaleur dégagée par une combustion dans l'enceinte;  during step a /, the only implementation of an endothermic reaction within the reaction zone (s), the quantity of heat required by the endothermic reaction being provided in part by the amount of solar energy entering the reaction zone (s) and in part by the heat generated by combustion in the enclosure;
- lors de l'étape b/, la seule mise en œuvre de la même réaction endothermique que lors de l'étape a/, la quantité de chaleur requise par la réaction endothermique étant apportée complètement par la chaleur dégagée par une combustion dans l'enceinte.  during step b /, the only implementation of the same endothermic reaction as in step a /, the quantity of heat required by the endothermic reaction being provided completely by the heat released by combustion in the pregnant.
8. Procédé de conversion thermochimique selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant : - lors de l'étape a/, la seule mise en œuvre d'une réaction endothermique au sein de la (des) zone(s) réactionnelle(s), la quantité de chaleur requise par la réaction endothermique étant apportée complètement par la quantité d'énergie solaire entrant dans la (les) zone(s) réactionnelle(s); 8. Thermochemical conversion process according to one of claims 1 or 2, comprising: during step a /, the only implementation of an endothermic reaction within the reaction zone (s), the quantity of heat required by the endothermic reaction being provided completely by the quantity solar energy entering the reaction zone (s);
- lors de l'étape b/, la seule mise en œuvre de la même réaction endothermique que lors de l'étape a/, la quantité de chaleur requise par la réaction endothermique étant apportée complètement par la chaleur dégagée par une combustion dans l'enceinte.  during step b /, the only implementation of the same endothermic reaction as in step a /, the quantity of heat required by the endothermic reaction being provided completely by the heat released by combustion in the pregnant.
9. Procédé de conversion thermochimique selon la revendication 8, la combustion dans l'enceinte étant une combustion d'une partie d'un produit de réaction, tel que du gaz de synthèse, ou une combustion de la charge carbonée.  9. Thermochemical conversion process according to claim 8, the combustion in the chamber being a combustion of a portion of a reaction product, such as synthesis gas, or a combustion of the carbonaceous feedstock.
10. Procédé de conversion thermochimique selon l'une des revendications 8 ou 10. Thermochemical conversion process according to one of claims 8 or
9, la réaction endothermique étant une réaction de gazéification d'une biomasse, notamment une biomasse ligno-cellulosique, ou une réaction de craquage ou de vaporeformage. 9, the endothermic reaction being a gasification reaction of a biomass, in particular a lignocellulosic biomass, or a cracking or steam reforming reaction.
11. Procédé de conversion thermochimique selon l'une des revendications 1 à 11. Thermochemical conversion process according to one of claims 1 to
10, selon lequel on commande le déplacement de l'obturateur et le débit des réactifs au sein de la (des) zone(s) en fonction de données d'ensoleillement. 10, according to which the control of the displacement of the shutter and the flow rate of the reagents within the zone (s) as a function of sunlight data.
12. Procédé de conversion thermochimique selon l'une des revendications précédentes, selon lequel la réaction endothermique et, le cas échéant la réaction exothermique, est réalisée à des hautes températures, typiquement supérieures à 500°C, notamment comprises entre 500°C et 1500°C.  12. Thermochemical conversion process according to one of the preceding claims, wherein the endothermic reaction and, where appropriate the exothermic reaction, is carried out at high temperatures, typically greater than 500 ° C, especially between 500 ° C and 1500 ° C.
13. Procédé de production d'électricité, comprenant les étapes suivantes :  13. A method of generating electricity, comprising the steps of:
- mise en place d'une ou plusieurs cellules photovoltaïques (PV), le cas échéant avec leur système de concentration ou de haute concentration sur la face extérieure de l'obturateur du réacteur mettant en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 123,  - Establishment of one or more photovoltaic cells (PV), where appropriate with their concentration or high concentration system on the outer face of the shutter of the reactor implementing the method according to any one of claims 1 at 123,
- récupération de l'électricité convertie par la ou les cellules PV lorsque l'obturateur est soit dans une de ses positions d'ouverture partielle soit dans sa position de fermeture.  recovery of the electricity converted by the PV cell or cells when the shutter is either in one of its partial opening positions or in its closed position.
14. Centrale solaire à concentration (1, , 1 "), de type à tour, destinée à mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 13, comprenant :  14. Concentrating solar plant (1, 1 "), tower type, for implementing the method according to any one of claims 2 to 13, comprising:
- une tour (10), - un champ de miroirs (11), appelés héliostats, adaptés chacun pour concentrer les rayons du soleil vers un foyer situé sur la tour, - a tower (10), a field of mirrors (11), called heliostats, each adapted to concentrate the rays of the sun towards a focus located on the tower,
- un réacteur (2) dont l'enceinte (20) comprend au moins une zone réactionnelle (22), au moins une ouverture (21) par laquelle un rayonnement solaire est susceptible d'entrer dans la(les) zone(s) réactionnelle (s), et un obturateur (23) en matériau isolant thermique, mobile entre une position de fermeture dans laquelle il ferme complètement l'ouverture et une pluralité de positions d'ouverture dans chacune desquelles il laisse dégagée au moins partiellement l'ouverture,  a reactor (2) whose enclosure (20) comprises at least one reaction zone (22), at least one opening (21) through which solar radiation is capable of entering the reaction zone (s); (s), and a shutter (23) of thermal insulating material, movable between a closed position in which it completely closes the opening and a plurality of open positions in each of which it leaves at least partially open the opening,
centrale dans laquelle l'(les) ouverture(s) du réacteur est (sont) agencée(s) au foyer des héliostats.  central in which the (the) aperture (s) of the reactor is (are) arranged (s) at the focus of heliostats.
15. Centrale solaire (1) selon la revendication 14, dans laquelle  15. Solar power station (1) according to claim 14, wherein
- la tour (10) est agencée au centre du champ de miroirs (11),  the tower (10) is arranged in the center of the mirror field (11),
- le réacteur (2) est cylindrique, l'ouverture (21) du réacteur étant réalisée sur toute la périphérie de l'enceinte (20), les zones réactionnelles étant constituées par des tubes (22) munis de catalyseur de la réaction de vaporeformage ou de reformage à sec, l'obturateur étant constitué par un volet (23) de forme annulaire adapté pour coulisser autour de l'ouverture,  - The reactor (2) is cylindrical, the opening (21) of the reactor being formed over the entire periphery of the enclosure (20), the reaction zones being constituted by tubes (22) provided with a catalyst for the steam reforming reaction. or dry reforming, the shutter being constituted by a shutter (23) of annular shape adapted to slide around the opening,
- le réacteur comprend en outre au moins un brûleur (24) adapté pour la mise en œuvre d'une réaction d'oxydation partielle au sein des tubes.  - The reactor further comprises at least one burner (24) adapted for carrying out a partial oxidation reaction within the tubes.
16. Centrale solaire (1 ') selon la revendication 14, dans laquelle  16. Solar power plant (1 ') according to claim 14, wherein
- la tour (10) est agencée d'un côté du champ de miroirs (11),  the tower (10) is arranged on one side of the mirror field (11),
- l'ouverture (21) du réacteur est réalisée sur une partie de la périphérie de l'enceinte (20), les zones réactionnelles étant constituées par des tubes (22) munis à la fois de catalyseur de la réaction de vaporeformage ou de reformage à sec, et de catalyseur de la réaction d'oxydation partielle catalytique.  - The opening (21) of the reactor is carried out on a part of the periphery of the enclosure (20), the reaction zones being constituted by tubes (22) provided with both catalyst of the steam reforming or reforming reaction. dry, and catalyst of the catalytic partial oxidation reaction.
17. Centrale solaire (1 ") à concentration, de type à tour, destinée à mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, comprenant :  17. A tower-type concentrating solar power station (1 ") for carrying out the method according to any one of claims 1 to 12, comprising:
- une tour (10) équipée d'un ou plusieurs miroirs (12), dits miroir(s) de réflexion,  a tower (10) equipped with one or more mirrors (12), called mirror (s) of reflection,
- un champ de miroirs (11), appelés héliostats, adaptés chacun pour concentrer les rayons du soleil vers un foyer au sein duquel est (sont) agencé(s) le(s) miroir(s) de réflexion, - un réacteur (2) dont l'enceinte (20) comprend au moins une zone réactionnelle (22), au moins une ouverture (21) par laquelle un rayonnement solaire est susceptible d'entrer dans la(les) zone(s) réactionnelle (s), et un obturateur (23) en matériau isolant thermique, mobile entre une position de fermeture dans laquelle il ferme complètement l'ouverture et une pluralité de positions d'ouverture dans chacune desquelles il laisse dégagée au moins partiellement l'ouverture, le réacteur comprenant en outre au moins un brûleur (24) adapté pour la mise en œuvre d'une combustion autour des tubes, centrale dans laquelle le réacteur est agencé au sol avec son (ses) ouverture(s) agencée(s) au foyer du (des) miroir(s) de réflexion. a field of mirrors (11), called heliostats, each adapted to focus the sun's rays towards a focal point in which the mirror (s) of reflection are (are) arranged, a reactor (2) whose enclosure (20) comprises at least one reaction zone (22), at least one opening (21) through which solar radiation is capable of entering the reaction zone (s); (s), and a shutter (23) of thermal insulating material, movable between a closed position in which it completely closes the opening and a plurality of open positions in each of which it leaves at least partially open the opening, the reactor further comprising at least one burner (24) adapted for the implementation of a combustion around the tubes, central in which the reactor is arranged on the ground with its (their) opening (s) arranged (s) at home mirror (s) of reflection.
18. Centrale solaire selon l'une des revendications 14 à 17, comprenant une ou plusieurs cellules photovoltaïques (PV), le cas échéant avec leur système de concentration ou de haute concentration, sur la face extérieure de l'obturateur du réacteur.  18. Solar power station according to one of claims 14 to 17, comprising one or more photovoltaic cells (PV), where appropriate with their concentration or high concentration system, on the outer face of the shutter of the reactor.
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