Introduction
Le processus de production d'hydrogène à partir de gaz naturel comprend principalement quatre étapes : le prétraitement du gaz d'alimentation, la conversion du gaz naturel en vapeur, la conversion du monoxyde de carbone et la purification de l'hydrogène.
La première étape consiste en le prétraitement de la matière première. Ce prétraitement concerne principalement la désulfuration du gaz brut. En pratique, on utilise généralement un désulfurant à base d'oxyde de zinc hydrogéné au cobalt-molybdène pour convertir le soufre organique du gaz naturel en soufre inorganique, qui est ensuite éliminé. Le débit de gaz naturel brut traité étant important, il est possible d'utiliser une source de gaz naturel à haute pression ou de prévoir une marge de sécurité importante lors du choix du compresseur.
La deuxième étape consiste en la conversion du gaz naturel à la vapeur. Un catalyseur au nickel est utilisé dans le reformeur pour convertir les alcanes contenus dans le gaz naturel en un gaz d'alimentation dont les principaux composants sont le monoxyde de carbone et l'hydrogène.
Le monoxyde de carbone réagit ensuite avec la vapeur d'eau en présence d'un catalyseur pour produire de l'hydrogène et du dioxyde de carbone, donnant ainsi un gaz de conversion dont les principaux composants sont l'hydrogène et le dioxyde de carbone. Selon la température de conversion, on distingue deux types de conversion : la conversion à moyenne température (environ 360 °C) et la conversion à haute température (environ 320 °C). Grâce aux progrès techniques, le procédé en deux étapes (conversion à haute et basse température) est devenu courant ces dernières années, permettant ainsi de réduire la consommation de ressources. Cependant, lorsque la teneur en monoxyde de carbone du gaz de conversion est faible, seule la conversion à moyenne température est appropriée.
La dernière étape consiste à purifier l'hydrogène. Le système de purification d'hydrogène le plus couramment utilisé est le système PAS, également appelé système de purification et de séparation PSA. Ce système se caractérise par une faible consommation d'énergie, un procédé simple et une production d'hydrogène de haute pureté. Dans les conditions maximales, la pureté de l'hydrogène peut atteindre 99,99 %.
Équipements de traitement principaux
| N° de série | Nom de l'équipement | Caractéristiques principales | Matériaux principaux | Poids unitaire tonne | Qté | Remarques |
| I | section de conversion à la vapeur de gaz naturel | |||||
| 1 | Four de reformage | 1 ensemble | ||||
| charge thermique | Section de rayonnement : 0,6 mW | |||||
| Section de convection : 0,4 mW | ||||||
| Brûleur | Charge thermique : 1,5 mW/ensemble | matériau composite | 1 | |||
| Tube de reformage haute température | HP-Nb | |||||
| queue de cochon supérieure | 304SS | 1 ensemble | ||||
| queue de cochon inférieure | Incoloy | 1 ensemble | ||||
| Échangeur de chaleur à convection | ||||||
| Préchauffage des matières premières mélangées | 304SS | 1 groupe | ||||
| préchauffage du gaz d'alimentation | 15CrMo | 1 groupe | ||||
| chaudière à déchets de gaz de combustion | 15CrMo | 1 groupe | ||||
| Collecteur | Incoloy | 1 groupe | ||||
| 2 | cheminée | DN300 H=7000 | 20# | 1 | ||
| Température de conception : 300 °C | ||||||
| Pression de conception : pression ambiante | ||||||
| 3 | Tour de désulfuration | Φ400 H＝2000 | 15CrMo | 1 | ||
| Température de conception : 400 °C | ||||||
| Pression de conception : 2,0 MPa | ||||||
| 4 | chaudière à gaz de conversion | Φ200/Φ400 H＝3000 | 15CrMo | 1 | ||
| Température de conception : 900 ℃ / 300 ℃ | ||||||
| Pression de conception : 2,0 MPa | ||||||
| Charge thermique : 0,3 mW | ||||||
| Côté chaud : gaz de conversion à haute température | ||||||
| Côté froid : eau de la chaudière | ||||||
| 5 | Pompe d'alimentation de chaudière | Q=1m3/h | 1Cr13 | 2 | 1+1 | |
| Température de conception : 80 °C | ||||||
| Pression d'entrée : 0,01 MPa | ||||||
| Pression de sortie : 3,0 MPa | ||||||
| Moteur antidéflagrant : 5,5 kW | ||||||
| 6 | préchauffeur d'eau d'alimentation de chaudière | Q = 0,15 MW | 304SS/20R | 1 | Épingle à cheveux | |
| Température de conception : 300 °C | ||||||
| Pression de conception : 2,0 MPa | ||||||
| Côté chaud : gaz de conversion | ||||||
| Côté froid : eau dessalée | ||||||
| 7 | Refroidisseur d'eau à gaz reformé | Q = 0,15 MW | 304SS/20R | 1 | ||
| Température de conception : 180 °C | ||||||
| Pression de conception : 2,0 MPa | ||||||
| Côté chaud : gaz de conversion | ||||||
| Côté froid : eau de refroidissement en circulation | ||||||
| 8 | Séparateur gaz-eau de reformage | Φ300 H＝1300 | 16MnR | 1 | ||
| Température de conception : 80 °C | ||||||
| Pression de conception : 2,0 MPa | ||||||
| Désembueur : 304SS | ||||||
| 9 | Système de dosage | phosphate | Q235 | 1 ensemble | ||
| Désoxydant | ||||||
| 10 | Réservoir de dessalement | Φ1200 H＝1200 | Q235 | 1 | ||
| Température de conception : 80 °C | ||||||
| Pression de conception : pression ambiante | ||||||
| 11 | compresseur à gaz naturel | Volume d'échappement : 220 m³3 / h | ||||
| Pression d'aspiration : 0,02 mPa | ||||||
| Pression d'échappement : 1,7 m/s | ||||||
| lubrification sans huile | ||||||
| Moteur antidéflagrant | ||||||
| Puissance du moteur : 30 kW | ||||||
| 12 | réservoir tampon de gaz naturel | Φ300 H＝1000 | 16MnR | 1 | ||
| Température de conception : 80 °C | ||||||
| Pression de conception : 0,6 MPa | ||||||
| II | Partie PSA | |||||
| 1 | tour d'adsorption | DN700 H=4000 | 16MnR | 5 | ||
| Température de conception : 80 °C | ||||||
| Pression de conception : 2,0 MPa | ||||||
| 2 | Réservoir tampon de gaz de désorption | DN2200 H=10000 | 20R | 1 | ||
| Température de conception : 80 °C | ||||||
| Pression de conception : 0,2 MPa |
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