Domaines d’application
- Hydrogène : industrie alimentaire, chimie et pétrochimie, construction mécanique, laboratoires, raffineries pétrolières, industries des semi-conducteurs, du fer, de l’acier et du verre, aéronautique
- Dioxyde de carbone : industrie alimentaire, construction mécanique, médecine
- Gaz de synthèse : chimie et pétrochimie
Principe de fonctionnement
Production d’hydrogène
Il est possible d’obtenir de l’hydrogène par le reformage de gaz naturel ou d’hydrocarbures supérieurs. La première étape, le conditionnement du gaz brut, consiste à enrichir le gaz naturel à l’aide d’hydrogène. Avant de passer à l’étape suivante, la désulfuration, il convient de préchauffer la préparation à une température d’environ 380 °C. Des composés de soufre organiques sont convertis en sulfures d’hydrogène (H2S) dans la partie supérieure d’un réacteur. Dans la partie inférieure, les sulfures d’hydrogène sont absorbés par l’oxyde de zinc (ZnO). Leur teneur est réduite à un niveau <0,2 ppm au sein du gaz brut.
ZnO + H2S --> ZnS + H2O
Le gaz brut désulfuré est mélangé avec de la vapeur, surchauffé, puis introduit dans la phase de préreformage. Cette étape permet de convertir les hydrocarbures supérieurs. Le gaz brut préreformé est de nouveau surchauffé. La formation du mélange de gaz brut et de la vapeur a lieu au cours du procédé de reformage lui-même à l’aide d’un catalyseur à base de nickel. Ce processus permet d’obtenir ce que l’on appelle le gaz de synthèse, un mélange d’hydrogène, de monoxyde de carbone, de dioxyde de carbone et de méthane, en fonction de la température et des co-réactions, conformément aux deux équations chimiques suivantes :
CH4 + H2O → CO + 3 H2
CO + H2O → CO2 + H2
Le gaz de synthèse quitte le reformeur à une température approximative comprise entre 850° C et 950° C, puis arrive à la phase suivante, la conversion du monoxyde de carbone. À l’aide d’un catalyseur fonctionnant à base d’oxyde de fer, la plus grande partie du monoxyde de carbone est converti en dioxyde de carbone à partir de vapeur d’eau :
CO + H2O → CO2 + H2
Par conséquent, la quantité d’hydrogène obtenue augmente.
La dernière étape consiste à purifier l’hydrogène. Le gaz de synthèse issu du convertisseur est refroidi tandis que l’excédent de vapeur encore présente est condensé, puis transféré. Une unité AMP ou PSA (adsorption modulée en pression/pressure swing adsorption) permet ensuite de purifier le gaz enrichi en hydrogène jusqu’à plus de 99,999 % à partir d’un processus d’adsorption par inversion de pression. Une petite partie de l’hydrogène purifié fait ensuite l’objet d’une désulfuration.
Le gaz de purge, produit lors du nettoyage de l’unité AMP, est utilisé pour chauffer le réacteur de reformage. L’hydrogène purifié est enfin transmis au client à l’aide d’une conduite ou d’une remorque porte-tubes. Il est également possible de purifier l’hydrogène à partir d’une température extrêmement basse (cryogénisation) ou à l’aide de membranes.
Utilisation de l’énergie
La chaleur des gaz de reformage est récupérée via la production de vapeur, ainsi qu’à partir du réchauffement du gaz naturel et de l’eau d’alimentation des chaudières.