Vaporeformage Du Méthane

[Magdalena Liendo]

Levaporeformage des hydrocarbures (du mthane en particulier, qui est le principal constituant du gaz naturel, du biogaz et l'essentiel du biomthane) est une mthode fortement utilise pour produire de l'hydrogne[2],[3] dont la demande pourrait augmenter (avec le dveloppement des piles hydrogne notamment).

Cette raction prsente pour intrt qu' l'quilibre, le rapport H2/CO est gal l'unit. Ce ratio est trs recherch pour le procd Fischer-Tropsch et d'autres applications industrielles[6]. En outre, elle est l'une des ractions les plus importantes pour convertir le biogaz en hydrogne ou en gaz de synthse[7],[8].

Si vous disposez d'ouvrages ou d'articles de rfrence ou si vous connaissez des sites web de qualit traitant du thme abord ici, merci de complter l'article en donnant les rfrences utiles sa vrifiabilit et en les liant la section Notes et rfrences .

Le vaporeformage ou reformage la vapeur est un procd de production de gaz de synthse (syngas) riche en hydrogne. Cette raction d'hydrocarbures, principalement du mthane, en prsence de vapeur d'eau (par vaporeformage du mthane) est fortement endothermique. Ce procd est trs rpandu, notamment pour la production du syngas prcurseur de l'ammoniac (procd Haber-Bosch), celui prcurseur de la production du mthanol, la production de l'acide chlorhydrique (hydrochloride), le procd Fischer Tropsch et autres.

Une faon de faire dveloppe par la compagnie Air Products and Chemicals consiste employer des membranes cramiques avances dans le but de rduire la consommation nergtique de la production d'oxygne[4]. Ce procd est actuellement employ dans une usine pilote[5]. Une rduction du cot en capital de la production du syngas par reformage autothermique de 30 % est anticip[2].

En effet, ce processus industriel permet de crer de l'hydrogne turquoise avec jusqu' 7 fois moins d'lectricit que pour d'autres procds de production. C'est une technologie avec une forte valeur ajoute pour l'avenir.

La pression est aussi un lment important pour que la raction se produise. Celle-ci doit tre ralise pression modre, voire leve. La pression peut tre plus ou moins importante en fonction des objectifs du processus de production.

On peut le dire : les avantages de la pyrolyse du mthane sont nombreux, entre production de produits utiles et rduction des gaz effet de serre. Le dfi reste maintenant le dploiement de ce processus industriel grandes chelles pour faire baisser les cots de production.

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Synthesis gas is the name given to gas mixtures that can be combined to achieve the synthesis of organic or ammonium compounds. Consisting of the four most common elements found in nature (carbon, oxygen, hydrogen and nitrogen), they are primarily derived from hydrocarbons (natural gas, or more rarely petroleum fractions). The lightest raw materials undergo catalytic conversion, using steam as an oxidant; this method is called steam reforming. The various production and processing operations surrounding this method cover the purification steps and, in the case of hydrogen, the conversion of carbon monoxide.

Le terme gaz de synthse peut prter une interprtation trs vaste. En ralit, il est d'usage de considrer qu'il s'applique des mlanges gazeux susceptibles de se combiner pour raliser la synthse de composs organiques ou celle de l'ammoniac.

On trouve systmatiquement, dans les gaz de synthse, deux ou plusieurs, combins ou non, des quatre lments les plus rpandus dans la nature : le carbone, l'oxygne, l'hydrogne et l'azote. L'oxygne est pratiquement toujours combin au carbone sous forme de monoxyde ou de dioxyde de carbone.

Les matires premires les plus lgres font l'objet d'une conversion catalytique, utilisant la vapeur d'eau comme oxydant, appele vaporeformage. Les charges plus lourdes (rsidus ptroliers, charbon, biomasse...) font l'objet d'une conversion l'oxygne appele oxydation partielle ou gazification.

Aprs leur dmarrage dans les annes 1980, ces procds de conversion sont devenus marginaux, mais connaissent depuis quelques annes un regain d'intrt, soit dans des contextes gographiques particuliers (Chine, Inde dans les annes venir), soit du fait de la rarfaction des dbouchs futurs des rsidus ptroliers (fuels trs haute teneur en soufre, coke de ptrole...).

Dans le paragraphe 3.3, sont prsents les procds de dcarbonatation ayant comme objectif premier l'limination du CO2 en tant qu'impuret, comme par exemple dans le cas des units de synthse d'ammoniac.

Les contraintes environnementales (protocole de Kyoto sign le 11 dcembre 1997) visant rduire les missions de gaz effet de serre, notamment le dioxyde de carbone, ont incit les chercheurs , d'une part accrotre le rendement nergtique des units de production de gaz de synthse et d'autre part envisager le captage du CO2 sur ces units en vue de le stocker dans le sous-sol.

Dans l'unit de production d'hydrogne, le gaz naturel pralablement dsulfur est mlang avec de la vapeur en excs, puis le mlange est chauff par change thermique avec les produits de la raction et envoy dans le four de vaporeformage o le mthane est converti en gaz de synthse. L'nergie requise par la raction est apporte par change thermique avec des fumes trs chaudes (temprature suprieure 1 000 oC) gnralement obtenues par combustion de la purge du PSA (Pressure Swing Adsorption ), complte d'un appoint de gaz naturel.

Dans le cas d'une unit sans captage de CO2 , la purge du PSA contient donc tout le CO2 du gaz de synthse issu de la section de conversion du monoxyde de carbone. Il en rsulte que les fumes de combustion d'une telle purge rejettent une quantit importante de CO2.

Dissocier une molcule de mthane ou d'eau pour obtenir deux atomes d'hydrogne (H2) requiert beaucoup d'nergie. En ce sens, peut-on considrer que l'hydrogne est propre ? Tout dpend en ralit de l'nergie utilise pour sa production.

L'hydrogne fossile est la forme la plus courante. Constitu de gaz naturel, cet atome est obtenu partir du vaporeformage du gaz fossile, c'est--dire par la sparation des molcules de carbone et d'hydrogne.

L'hydrogne brun ou noir est obtenu via la gazification par traitement thermique. Ce procd de fabrication consiste transformer du charbon ou de la matire fossile ou organique en gaz. La molcule d'hydrogne est ensuite isole par vaporeformage.

L'hydrogne bleu est quant lui obtenu grce au vaporeformage du mthane. Lors de sa production, les missions de CO2 sont captes puis stockes dans le sol. Le but ? viter de polluer l'atmosphre en les relchant. Cela en fait une source d'nergie dite bas carbone , puisque malgr tout, 10 20 % de ces missions ne peuvent tre captes.

Actuellement en cours d'exprimentation en Allemagne, la pyrolyse de mthane consiste en la dissociation thermiquedu mthane du gaz naturel. Celui-ci est spar trs forte temprature pour isoler l'hydrogne gazeux et le carbone solide.

Les atomes d'hydrogne obtenus sont utiliss pour alimenter les voitures et produire de l'lectricit. Quant au carbone solide, il est capt par divers procds et peut tre utilis, par exemple, pour constituer des mines de crayon.

Qu'ils soient plus ou moins efficaces en termes de rduction des missions de gaz effet de serre et de consommation d'nergie, les procds de fabrication d'hydrogne sont nombreux. Tous les regards sont donc braqus sur cet atome, qui semble prometteur sur le plan cologique. Haut les cœurs !

SEFE, Securing Energy For Europe est un nergticien ddi aux professionnels et prsent sur la plupart des tapes de la chane gazire, du transport la vente au dtail en passant par le trading et le stockage. Le sige est Berlin et l'entreprise est dtenue par l'Etat Allemand.

Aujourd'hui, les sources d'nergie fossiles restent les plus utilises (gaz naturel, charbon,essence, uranium). Cette dominance s'explique par des cots infrieurs ceux des autres procds

L'Hydrogne est ainsi produit selon plusieurs methodes:

Le gaz naturel est la matire premire principalement utilise actuellement pourla production d'hydrogne. Mais d'autres produits peuvent tre utiliss. Selon l'IFP, la part du gaz naturel est de 48%, celle deshydrocarbures de 30% et celle du charbon de 20%.

Cette mthode s'applique aux rsidus ptroliers lourds ainsi qu'au charbon. Elle met enœuvre des tempratures trs leves (1200 1500C), des pressions importantes (de 20 90 bar ou plus) , de l'oxygne et de lavapeur d'eau.

Ce procd est une combinaison des deux procds prcdents: le carburant estmlang avec de l'air et de l'eau. Cela permet d'utiliser l'exothermicit(cf lexique) de l'oxydation partiellepour palier l'endothermicitdu vaporeformage et obtenir un racteur "autotherme"(mlange eau, carburant et air), qui n'a pas besoin d'apport de chaleur. Au dmarragecependant,il est ncessaire d'en fournir : le racteur est donc aliment en carburant et en air (oxydation partielle), puis lorsquela temprature a atteint un niveau suffisamment lev, le reformeur passe en fonctionnement autotherme.

Cependant, l'une des principales revendications de l'Hydrogneest d'tre une alternative cologique au ptrole.

Ainsi, ces mthodes se basant sur les nergies fossiles, et riches en gaz effet de serres sont exclure; en effet, l'aspect cologiqueque prne ses partisans n'est alors pas rellement justifi si les gaz effets de serre conomiss lors de son utilisation sontcompenss par ceux rejets lors de la production du carburant

D'un point de vue environnemental, l'intrt du recours la biomasse plutt qu'un combustible fossile, est que le CO2 dgag par la conversion eau-gaz est compens par le CO2 qui a t absorblors de la photosynthsedurant la croissance des plantes utilises. De mme, la dpense nergtique ncessaire la ralisation des deux ractions pourraittre effectue en utilisant de la biomasse comme combustibles. D'o un bilan global qui pourrait tre neutre en termes de gaz effet de serre.

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