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Auteur(s)
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Paul de MOLLIENS : Ancien Directeur Technique de la Société Cofaz
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Lire l’articleINTRODUCTION
La conversion du monoxyde de carbone par la vapeur d’eau constitue une étape essentielle de la production d’hydrogène à partir de sources carbonées (charbon) ou hydrocarbonées (pétrole, gaz naturel) préalablement transformées par oxydation en gaz de synthèse (CO + H2 ), l’agent oxydant étant soit de l’oxygène (craquage autothermique), soit de la vapeur d’eau (reformage catalytique).
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Bases thermodynamiques5. Calcul des réacteurs
La quantité de catalyseur à mettre en œuvre pour réaliser la conversion d’un gaz dans des conditions déterminées relève de la responsabilité des fournisseurs de catalyseur, le schéma de procédé et les conditions opératoires étant généralement fixés par les bailleurs de procédé ou par les sociétés d’ingénierie, conformément à leurs indications.
C’est ainsi que sont fixées les conditions d’entrée, pression, température et composition du gaz, ainsi que les conditions souhaitées en sortie, donc le taux de conversion à réaliser.
Il convient tout d’abord de vérifier que ces conditions sont compatibles du simple point de vue thermodynamique, c’est‐à‐dire qu’il existe un écart raisonnable entre la composition souhaitée en sortie et la composition à l’équilibre à la température atteinte. Est également fixé le diamètre du réacteur, le choix initial pouvant être revu en fonction des résultats obtenus pour le calcul des quantités de catalyseur et des pertes de charge.
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Calcul du volume de catalyseur
Pratiquement on procède de la façon suivante : on décompose la couche de catalyseur en tranches horizontales ; dans chaque tranche horizontale se produit une variation prédéterminée arbitrairement de la concentration molaire en oxyde de carbone, suffisamment faible pour que l’on puisse considérer l’ensemble de la tranche comme isotherme. Par exemple, on prend d [CO] = 0,1 mol %, correspondant à une variation de température de l’ordre de 1 oC entre l’entrée et la sortie de la tranche.
Les conditions de température et de pression à l’entrée de chaque couche sont les conditions à la sortie de la tranche précédente.
Pour chaque tranche :
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on calcule la composition du gaz sortant en appliquant la variation de concentration molaire à chacun des gaz réagissant [d [CO] = d [H2O] = – d [CO2] = – d [H2]] ;
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on calcule la capacité thermique massique du gaz (déduite par exemple des tables d’enthalpie) ;
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la connaissance de la chaleur dégagée par la réaction permet le calcul de la température à la sortie de la tranche;
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on procède ensuite au calcul du volume de catalyseur de chaque tranche. Pour cette...
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