Production décentralisée d'hydrogène
La demande en hydrogène est en hausse, mais son stockage et son transport posent des défis logistiques. L'ammoniac offre une alternative pour le stockage de l'hydrogène : il contient 17,6 % d'hydrogène en poids à pression modérée et bénéficie d'une infrastructure de distribution déjà en place. L'ammoniac est également considéré comme un « carburant du futur ».
Les catalyseurs innovants d’ALSYS permettent le développement de systèmes de décomposition de l’ammoniac capables de produire de l’hydrogène à la demande à partir d’ammoniac comme matière première. Ils répondent aux besoins des installations nécessitant une production décentralisée d’hydrogène, sans la complexité du reformage du méthane à la vapeur ni les contraintes logistiques liées à la livraison d’hydrogène comprimé.
Fort de son expérience dans les applications industrielles de l'hydrogène en Europe, ALSYS propose des solutions de catalyseurs, depuis les essais de faisabilité jusqu'à la mise en service.
Les atouts d'ALSYS
ALSYS développe des solutions catalytiques uniques et brevetées qui offrent une activité et une durabilité élevées sur une large plage de températures et de pressions.
Technologie de production d'hydrogène à partir d'ammoniac
Les catalyseurs de craquage de l’ammoniac d’ALSYS sont conçus pour assurer une production fiable d’hydrogène dans diverses applications industrielles. Les formulations de catalyseurs et les conceptions des systèmes permettent de fonctionner dans des conditions allant d’une utilisation intermittente à petite échelle jusqu’à une production industrielle continue, notamment lorsque la logistique d’approvisionnement en hydrogène ou la complexité du reformage du méthane à la vapeur rendent le craquage de l’ammoniac avantageux.
Haute efficacité de conversion
Des formulations de catalyseurs permettant d'atteindre un taux de conversion de l'ammoniac supérieur à 99 %, produisant ainsi de l'hydrogène de haute pureté adapté à la plupart des applications industrielles.
Températures de fonctionnement modérées
Le craquage de l'ammoniac à une température comprise entre 450 et 600 °C réduit la consommation d'énergie et permet d'utiliser des matériaux de construction courants, contrairement aux procédés à plus haute température.
Conception de systèmes évolutifs
Systèmes complets de craquage de l'ammoniac, allant de la petite échelle (kg/h) à l'échelle industrielle (tonnes/jour), adaptés aux profils de demande en hydrogène.
Systèmes catalytiques pour la production d'hydrogène à la demande
Les catalyseurs de craquage de l'ammoniac d'ALSYS permettent la production d'hydrogène à partir de l'ammoniac dans les secteurs de la fabrication industrielle, du stockage d'énergie et des applications émergentes de l'hydrogène.
Présentation générale
Le craquage de l'ammoniac permet de transformer l'ammoniac (NH₃) en hydrogène et en azote à une température comprise entre 450 et 600 °C sur un catalyseur. Il s'agit d'une réaction endothermique, qui nécessite un apport de chaleur. Ce procédé est plus simple que le reformage du méthane à la vapeur d'eau, et le gaz produit ne contient ni CO ni CO₂.
Les applications vont de quelques kg/h à l'échelle du laboratoire et de la petite production à plusieurs tonnes/jour pour les grands utilisateurs industriels. Cette technologie est pertinente lorsque :
- La logistique de l'hydrogène comprimé est complexe ou coûteuse
- La demande en hydrogène est variable, ce qui rend le raccordement au réseau de gazoducs non rentable
- L'ampleur ou la complexité du reformage du méthane à la vapeur ne se justifie pas
- Une infrastructure de distribution d'ammoniac existe, mais il n'y en a pas pour l'hydrogène
Le coût de l’hydrogène produit à partir d’ammoniac dépend du coût de l’ammoniac livré, du coût d’investissement et des coûts d’exploitation du système de craquage, ainsi que des exigences en matière de pureté de l’hydrogène. Pour les utilisateurs moyens à importants (plus de 100 kg/jour), le coût total de l’hydrogène issu de l’ammoniac est généralement inférieur à celui de l’hydrogène comprimé livré.
Le parcours d'ALSYS
Les systèmes de craquage de l'ammoniac transforment l'ammoniac en hydrogène et en azote à une température comprise entre 450 et 600 °C, grâce à des formulations catalytiques qui permettent d'atteindre un taux de conversion supérieur à 99 %, fonctionnent en continu, adaptent la production d'hydrogène à la demande grâce à des commandes automatisées et produisent de l'hydrogène contenant moins de 1 % d'ammoniac et d'azote résiduels, ce qui convient à la plupart des applications industrielles.
Systèmes fournis pour le traitement des métaux (traitement thermique, brasage, frittage), la fabrication de composants électroniques (atmosphères protectrices, traitement des semi-conducteurs), la production chimique (hydrogénation, produits chimiques de spécialité) et les applications liées aux piles à combustible (piles à combustible fixes destinées à l'alimentation de secours et à la production décentralisée).
Une purification de l'hydrogène à plus de 99,99 % par PSA ou par séparation membranaire est disponible lorsque de l'hydrogène de haute pureté est nécessaire pour les piles à combustible ou d'autres applications exigeantes. Pour de nombreuses applications industrielles, le produit issu du craquage direct (plus de 99 % d'hydrogène, moins de 1 % d'ammoniac et moins de 1 % d'azote) est suffisant.
Les systèmes de sécurité intègrent la détection d’ammoniac, l’arrêt automatique en cas de détection, une ventilation adaptée ainsi que des équipements homologués pour les applications hydrogène. ALSYS conçoit des systèmes conformes aux codes et normes applicables pour la manipulation de l’ammoniac et de l’hydrogène.
Solutions associées
- Catalyseur de craquage à l'ammoniac pour la production d'hydrogène à haut rendement
- Conception complète du système, comprenant le stockage de l'ammoniac, la vaporisation, le réacteur de craquage et la distribution d'hydrogène, ainsi que les systèmes de purification de l'hydrogène et les systèmes de sécurité intégrés conformes aux normes applicables aux zones à risque.
Marchés connexes
Questions sur l'hydrogène issu de l'ammoniac
Nous répondons ici aux questions les plus fréquentes concernant la technologie d'ALSYS permettant de produire de l'hydrogène à partir d'ammoniac. Découvrez la rentabilité, la pureté, la sécurité et les performances de nos systèmes de craquage dans diverses applications industrielles.
L'ammoniac contient 17,6 % d'hydrogène en poids. L'ammoniac livré revient nettement moins cher par kg d'hydrogène contenu que l'hydrogène comprimé livré en bouteilles ou en camions-citernes.
Si l'on ajoute les coûts d'investissement et d'exploitation du système de craquage (énergie nécessaire au craquage, remplacement du catalyseur, maintenance), le coût total de l'hydrogène produit à partir de l'ammoniac est généralement inférieur à celui de l'hydrogène comprimé livré pour les utilisateurs de taille moyenne à grande (plus de 100 kg d'hydrogène par jour).
Pour les petits consommateurs (moins de 50 kg/jour), l’approvisionnement en hydrogène par bouteilles livrées peut être une solution plus économique, évitant ainsi l’investissement dans un système de craquage. Pour les très grands consommateurs (plus de 1 000 kg/jour), l’hydrogène acheminé par pipeline ou la production sur site par reformage du méthane à la vapeur peuvent être des solutions plus économiques, lorsque les infrastructures nécessaires sont disponibles.
Le point d’équilibre dépend des coûts de l’hydrogène et de l’ammoniac livrés, de l’échelle du système de craquage et des exigences de pureté de l’hydrogène. Une analyse économique basée sur les coûts spécifiques au site permet de déterminer l’approche optimale.
La production issue du craquage direct comprend :
- Plus de 99 % d'hydrogène
- Moins de 1 % d’ammoniac non réagi (généralement entre 0,1 et 0,5 %).
- Équilibre azoté
Pour de nombreuses applications industrielles (traitement thermique des métaux, hydrogénation chimique, atmosphères industrielles), ce degré de pureté est suffisant sans qu'il soit nécessaire de recourir à une purification supplémentaire.
Pour les applications nécessitant une pureté plus élevée (les piles à combustible nécessitent généralement de l'hydrogène à plus de 99,99 %, tandis que la fabrication de semi-conducteurs peut nécessiter de l'hydrogène à plus de 99,999 %), la purification s'effectue par :
- Adsorption à variation de pression (PSA) : permet d'éliminer plus de 99,99 % de l'hydrogène et de l'ammoniac présents dans l'adsorbant.
- Séparation par membrane : permet d'obtenir plus de 99,9 % d'hydrogène avec un coût d'investissement modéré
La purification entraîne des coûts d'investissement et d'exploitation supplémentaires, mais permet le craquage de l'ammoniac pour des applications nécessitant une grande pureté.
Les systèmes de craquage à l'ammoniac traitent deux matières dangereuses (l'ammoniac et l'hydrogène), ce qui nécessite la mise en place de mesures de sécurité adaptées :
Sécurité relative à l'ammoniac :
- Détection et surveillance de l'ammoniac dans la zone des équipements
- Arrêt automatique en cas de détection d'ammoniac
- Une ventilation adéquate empêche l'accumulation d'ammoniac
- Équipement de protection individuelle pour les opérateurs
- Procédures d'intervention d'urgence en cas de fuite d'ammoniac
Sécurité liée à l'hydrogène :
- Détection et surveillance de l'hydrogène
- Équipements qualifiés pour l’utilisation avec de l’hydrogène (matériaux appropriés et équipements électriques certifiés antidéflagrants)
- Une ventilation adéquate empêche l'accumulation d'hydrogène
- Liaison et mise à la terre pour l'électricité statique
- Protection incendie adaptée
ALSYS conçoit des systèmes conformes aux normes et codes applicables. Les dispositifs de sécurité intègrent des systèmes de détection de l’ammoniac et de l’hydrogène, ainsi qu’un arrêt automatique afin de prévenir les situations dangereuses.
L'ammoniac et l'hydrogène sont des produits chimiques industriels utilisés en toute sécurité depuis des décennies. Une conception adéquate des installations et une formation appropriée des opérateurs garantissent un fonctionnement en toute sécurité.
La réponse dépend de la conception du système :
- Fonctionnement continu en charge de base : Les systèmes dimensionnés pour une production continue fonctionnent de manière stable et constante. Le stockage d’hydrogène (sous forme comprimée ou liquide) permet d’absorber les variations de la demande.
- Suivi de la demande : les commandes ajustent la vitesse de craquage en fonction de la demande en hydrogène. Le temps de réponse est de quelques minutes pour le contrôle de la température et le réglage du débit.
- Fonctionnement intermittent : Les systèmes peuvent être démarrés et arrêtés en fonction de la demande. Le temps de démarrage est de 1 à 2 heures afin de permettre la stabilisation de la température.
Pour les applications présentant une demande en hydrogène très variable (piles à combustible pour l'alimentation de secours, fabrication par lots), le stockage d'hydrogène sert de tampon. En cas de demande en hydrogène constante (fabrication en continu), les systèmes fonctionnent en régime permanent.
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