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Production d’hydrogène à partir d’hydrocarbures
Les procédés actuels permettant de produire de l’hydrogène à partir d’hydrocarbures concernent essentiellement le méthane ou le gaz naturel (composé à 90 % de méthane).
Vaporeformage
Le vaporeformage consiste à faire réagir le méthane avec de l’eau sous forme vapeur en présence d’un catalyseur à base de nickel. Deux réactions endothermiques peuvent se produire. Un apport externe de chaleur est donc nécessaire. Ces réactions se produisent généralement entre 600 et 900 °C, et à une pression pouvant atteindre 30 bar dans les procédés industriels.
CH4 + H2O ↔ CO + 3 H2 ΔH°(298K) = 206 kJ /mol
CH4 + 2 H2O ↔ CO2 + 4 H2 ΔH°(298K) = 165 kJ /mol
CH4 + 2 H2O ↔ CO2 + 4 H2 ΔH°(298K) = 165 kJ /mol
Le monoxyde de carbone produit dans la première réaction réagit aussi avec l’eau selon :
CO + H2O ↔ CO2 + 4 H2 ΔH°(298K) = -41 kJ /mol
Ces réactions n’étant pas totales, il reste toujours une quantité de CO en sortie du réacteur de reformage. Les gaz produits sont alors traités dans un réacteur de Water Gas Shift où s’effectue la réaction 3 dans des conditions plus appropriées de température (environ 200 °C). Enfin un réacteur Prox (dit d’oxydation préférentielle) permet l’élimination des dernières traces de CO par oxydation de celui-ci en CO2.
Les fractions molaires moyennes du mélange obtenu en fin de procédé sont données dans le tableau suivant.
| % H2 | 70 |
| % CO2 | 28 |
| % N2, CH4 | 2 |
| % CO | qques ppm |
| Composition du mélange gazeux en sortie de vaporeformage | |
Oxydation partielle
On peut aussi directement oxyder les hydrocarbures en présence d’air ou d’oxygène pur pour synthétiser de l’hydrogène. Dans le cas du méthane, les réactions sont :
CH4 + ½ O2 ↔ CO + 2 H2 ΔH°(298K) = -36 kJ /mol
CH4 + O2 ↔ CO2 + 2 H2 ΔH°(298K) = -319 kJ /mol
CH4 + O2 ↔ CO2 + 2 H2 ΔH°(298K) = -319 kJ /mol
Ces réactions sont exothermiques et ne nécessitent pas de catalyseurs. Mais en pratique, en sortie de réacteur, on obtient un mélange d’un grand nombre de composés qu’il faut donc séparer. Notamment des composés soufrés apparaissent, en raison de présence de soufre dans les hydrocarbures non préalablement traités. Aussi, une étape de désulfuration est nécessaire en fin de procédé pour éliminer les polluants soufrés.
« Autothermal reforming »
Le reformage autotherme est une combinaison de la réaction présentée dans l’équation ci-dessous :
CH4 + H2O ↔ CO + 3 H2 ΔH°(298K) = 206 kJ /mol
CH4 + 2 O2 ↔ CO2 + 2 H2O ΔH°(298K) = -802 kJ /mol
CH4 + 2 O2 ↔ CO2 + 2 H2O ΔH°(298K) = -802 kJ /mol
L’intérêt de ce procédé réside dans la complémentarité au niveau thermique de ces deux réactions. En effet, ici l’apport de chaleur (et d’eau) nécessaire à la première réaction (endothermique) est effectué par la combustion du méthane.