Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les gaz de synthèse s’appliquent à des mélanges gazeux susceptibles de se combiner pour réaliser la synthèse de composés organiques ou celle de l'ammoniac. Constitués des quatre éléments les plus répandus dans la nature (le carbone, l'oxygène, l'hydrogène et l'azote), ils sont essentiellement issus des hydrocarbures (gaz naturel ou plus rarement coupes pétrolières). Les matières premières les plus légères font l'objet d'une conversion catalytique, utilisant la vapeur d'eau comme oxydant, appelée vaporeformage. Les différentes opérations de production et de traitement entourant ce procédé englobent des étapes de purification et une étape de conversion du monoxyde de carbone dans le cas de l’hydrogène.
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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.
Auteur(s)
-
Fabrice GIROUDIÈRE : IFP Énergies nouvelles
-
André LE GALL : Technip
INTRODUCTION
Ce dossier concerne uniquement la production d"hydrogène à partir de charges légères par vaporeformage, et ne concerne pas la production par oxydation partielle de charges lourdes (partial oxidation – POX en anglais), ni par gazéification du charbon [J 5 200].
Le terme gaz de synthèse peut prêter à une interprétation très vaste. En réalité, il est d'usage de considérer qu'il s'applique à des mélanges gazeux susceptibles de se combiner pour réaliser la synthèse de composés organiques ou celle de l'ammoniac.
On trouve systématiquement, dans les gaz de synthèse, deux ou plusieurs, combinés ou non, des quatre éléments les plus répandus dans la nature : le carbone, l'oxygène, l'hydrogène et l'azote. L'oxygène est pratiquement toujours combiné au carbone sous forme de monoxyde ou de dioxyde de carbone.
L'hydrogène est le composant essentiel du gaz de synthèse. L'azote est indispensable à la synthèse de l'ammoniac, mais serait inerte dans le cas des synthèses de produits organiques.
Les hydrocarbures (gaz naturel ou plus rarement coupes pétrolières) sont la source principale de gaz de synthèse.
Les matières premières les plus légères font l'objet d'une conversion catalytique, utilisant la vapeur d'eau comme oxydant, appelée vaporeformage. Les charges plus lourdes (résidus pétroliers, charbon, biomasse...) font l'objet d'une conversion à l'oxygène appelée oxydation partielle ou gazéification.
Après leur démarrage dans les années 1980, ces procédés de conversion sont devenus marginaux, mais connaissent depuis quelques années un regain d'intérêt, soit dans des contextes géographiques particuliers (Chine, Inde dans les années à venir), soit du fait de la raréfaction des débouchés futurs des résidus pétroliers (fuels à très haute teneur en soufre, coke de pétrole...).
La production de gaz de synthèse par oxydation partielle des fuels lourds et par gazéification du charbon fait l'objet des dossiers [J 5 440] et [J 5 200].
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de sept. 1983 par Jean-Paul MAZAUD
- Version archivée 2 de juin 1996 par Jean-Paul MAZAUD
DOI (Digital Object Identifier)
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Schémas alternatifs avec captage du CO23. Purification du gaz de synthèse
3.1 Conversion du CO par la vapeur d'eau
La conversion du monoxyde de carbone par la vapeur d'eau constitue une source importante d'hydrogène et, de ce fait, trouve tout naturellement sa place en aval du reformeur. Cette réaction contribue pour 15 % environ de la production totale d'hydrogène.
La réaction de conversion du monoxyde de carbone par la vapeur d'eau est connue et mise en œuvre depuis fort longtemps. Sa simplicité et l'absence de réactions secondaires ont fait considérer cette réaction du gaz à l'eau (Water Gas Shift WGS) :
Longuement étudiée au laboratoire, cette réaction voit son application industrielle croître sans cesse et se perfectionner, grâce à l'élaboration de nouveaux catalyseurs qui permettent des conditions opératoires plus sévères telles que la présence de soufre, une faible teneur en vapeur d'eau du mélange réactif, des températures basses, etc.
Les bases thermodynamiques et cinétiques ainsi que les réacteurs de conversion sont décrits dans le dossier [J 4 080].
Le tableau 3 présente les types de catalyseurs et conditions opératoires usuelles pour les conversions du CO haute et basse températures.
Le vieillissement des catalyseurs implique la nécessité d'augmenter les températures d'attaque des masses catalytiques : en début d'opération avec un catalyseur HT neuf, on règle la température d'attaque entre 320 et 360 oC, mais en fin de cycle de fonctionnement, après 4 ou 5 ans par exemple, il est nécessaire de travailler entre 380 et 400 oC.
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Purification du gaz de synthèse
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SIRCAR (S.), GOLDEN (T.C.) - Purification of hydrogen by pressure swing adsorption. - Separation Science and Technology, 35(5), p. 667-687 (2000).
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(2) - BENGAARD (H.S.), NORSKOV (J.K.), SEHESTED (J.), CLAUSEN (B.S.), NIELSEN (L.P.), MOLENBROEK (A.M.), ROSTRUP-NIELSEN (J.R.) - * - Journal of Catalysis, 209, p. 365-384 (2002).
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(3) - ROSTRUP-NIELSEN (J.R.) - * - Catalysis Today, 63, p. 159-164 (2000).
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(4) - ROSTRUP-NIELSEN (J.R.) - * - Journal of Catalysis, 11, p. 220-227 (1968).
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(5) - HASHEMNEJAD (S.), PARVARI (M.) - * - Chinese Journal of Catalysis, 32, p. 273-279 (2011).
-
(6) - LE DUIGOU (A.), MIGUET (M.) - Les marchés de l'hydrogène industriel français. - L'actualité chimique, no 347 (2010).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Manoir Industries, fabricant de tube pour réformeur http://www.manoir-industries.com
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FR2852358. Procédé et dispositif de cogénération par turbine à gaz avec chambre de postcombustion.
FR2918904. Réacteur échangeur à tube baïonnette permettant de fonctionner avec des différences de pression de l'ordre de 100 bar entre le côté tube et le côté calandre.
HAUT DE PAGE3.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
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