La production d'hydrogène

Propriétés de l'hydrogène

La molécule d'hydrogène existe sous deux formes:
- l'ortho hydrogène (les noyaux des deux atomes sont de spin parallèle)
- le para hydrogène (les noyaux des atomes sont de spin opposé)
A température ambiante et supérieure, le gaz d'hydrogène est constitué de 75% d'ortho et 25% de para hydrogène. C'est ce que l'on nomme l'hydrogène normal.
Liquéfié à basse température, il est composé de 99,8% de para hydrogène à sa température d'ébullition ( -252,7°C).

Température d'ébullition	-252,8°C
Température de fusion	-259,4 °C
Température critique	-240,2 °C
Pression critique	12,8 atm
Chaleur spécifique du gaz	3,5 kcal/kg/°C à Tre ambiante et supérieure
Chaleur de vaporisation	105 kcal/kg à -250°C
Viscosité gaz	0,01 cpo à température ambiante

Electrolyse de l'eau

L'électrolyseur est alimenté:
- en matière première par une solution de Potasse
- et en électricité par un courant continu de très basse tension.
Sous l'action de l'électricité, l'eau est décomposée en:
- Hydrogène qui se forme à la cathode,
- et Oxygène qui se forme à l'anode
L'eau consommée est remplacée par de l'eau déminéralisée.
La potasse qui ne sert qu'à conduire l'électricité au sein de la solution est recyclée.
Une partie de l'énergie électrique consommée échauffe la solution de potasse qu'il faut continuellement refroidir.
L'hydrogène extrait à pression atmosphérique de la cuve d'électrolyse, est pollué par de l'oxygène qui doit être éliminé par réaction catalytique avec l'hydrogène présent (qui donne à nouveau de l'eau).
Il est également saturé d'eau et doit être séché.
La consommation électrique est de 4 à 5 kWh / Nm3 d'hydrogène.

Steam reforming

Du gaz naturel, du GPL ou du naphta est chauffé vers 800 - 900°C, à 10 - 25 bars, en présence de vapeur d'eau et d'un catalyseur au Nickel pour donner un mélange de:
- hydrogène (75% volume)
- monoxyde et dioxyde de carbone
- méthane
appelé gaz de synthèse.

Craquage de méthanol

Le méthanol est craqué en présence de vapeur et d'un catalyseur au Cuivre et Zinc, vers 250 - 300°C et sous une pression de 10 à 25 bars.
Il produit un mélange de:
- hydrogène (75% volume)
- monoxyde et dioxyde de carbone

Purification

L'hydrogène issu de l'électrolyse de l'eau contient de l'oxygène qui peut être éliminé par 'réaction avec l'hydrogène présent.
Le flux à purifier est traité vers 350°C sur un catalyseur au Palladium déposé sur alumine. L'oxygène réagit avec l'hydrogène pour donner de l'eau selon la réaction:
O₂ + 2H₂ ==> 2 H₂O

Le gaz de synthèse issu des procédés de reformage ou de craquage peuvent être purifiés par PSA (Pressure Swing Absorption):
Les composants autres que l'hydrogène sont absorbés à haute pression sur du charbon actif et du tamis moléculaire. Ils sont ensuite désorbés par décompression.
Une pureté de 99,999% volume peut être obtenue.

Distribution

L'hydrogène peut aussi être acheté et pour de faibles consommations cette solution est souvent préférable.
L'hydrogène est livré:
- en cylindre sous une pression de 200 bars. La quantité maximum est 5500Nm3 (500kg) pour un poids transporté de 40 tonnes.

Stockage de l'hydrogène

La circulaire du 24 Mai 1976 fixe les conditions de stockage et d'exploitation des stockages d'hydrogène liquide. Il fixe des règles d'implantation, de construction et d'équipement des réservoirs et les moyens de protection et de lutte contre l'incendie.
En particulier:
- le dépôt doit être implanté en plein air, au-dessus du sol et clôturé même à l'intérieur d'un établissement
- le réservoir doit être équipé d'une mesure de niveau, d'une alarme de niveau haut, d'une mise à l'atmosphère de la phase gazeuse reliée à une cheminée débouchant à au moins 7,5 m du sol
- une cuvette de rétention d'un volume au moins égal à la moitié de la capacité du plus gros réservoir lui étant associé
- une zone de danger autour du dépôt à l'intérieur de laquelle des restrictions de travaux, d'installation de matériel électrique, doivent être observées