Hydrogène
La production d’hydrogène constitue une thématique essentielle dans le contexte industriel actuel, en raison de son utilisation comme matière première dans l’industrie chimique, mais également pour son rôle clé dans la transition énergétique.
L’hydrogène fait l’objet d’un intérêt croissant dans les projets de transition énergétique et devrait être amené à prendre une place importante dans le mix énergétique. Utilisé à ce jour essentiellement dans l’industrie chimique ou le raffinage, il représente également un vecteur énergétique offrant une alternative intéressante aux énergies fossiles. C’est un carburant inépuisable et non polluant, permettant de stocker l’énergie produite par les principales sources d’énergie renouvelable.
L’hydrogène étant quasiment inexistant dans la nature à l’état moléculaire, il est obtenu par les principaux modes de production suivants :
- Le reformage ou la gazéification d’hydrocarbures.
- La dissociation thermochimique de l’eau ou de la biomasse.
- L’électrolyse de l’eau.
(Chaîne de valorisation de l’hydrogène)
La simulation de procédés joue un rôle important dans la production d’hydrogène en permettant d’optimiser la conception, de réduire les coûts et d’accélérer le développement de technologies innovantes. Grâce à notre gamme complète de logiciels de simulation et notre expertise, vous pouvez anticiper les performances, minimiser les risques et maximiser l’efficacité de vos projets hydrogène.
Traitement des matières premières
Comme pour la plupart des procédés dans l’industrie chimique, la production d’hydrogène nécessite une première étape dédiée au traitement des matières premières.
Le logiciel ProSimPlus dispose des fonctionnalités et des modules nécessaires pour réaliser les études relatives au traitement des matières premières (filtrations membranaires, colonnes de distillation, colonnes d’absorption, ballons de séparation…). Dans ce contexte, le logiciel ProSim DAC peut également être utilisé pour la simulation dynamique des colonnes d’adsorption.
Cas d’application
- Purification de l’eau en amont d’un électrolyseur
- Traitement du gaz naturel (plus d’information dans la rubrique industrie du gaz).
- Unité de séparation de l’air
- Adsorption sur charbons actifs
- Etc…
Exemples d’application
- Dessalement de l’eau de mer à partir de technologies différentes : par distillation ou par filtration membranaire : PSPS_EX_FR-Dessalement-Eau-De-Mer
- Déshydratation de gaz naturel avec du TEG : PSPS_EX_FR-Deshydratation-Gaz-TEG
- Désacidification de gaz naturel par le procédé Selexol : PSPS_EX_FR-Procede-Selexol
- Autres exemples disponibles à la demande…
Production d’hydrogène
Il existe différentes méthodes de production de l’hydrogène, ces voies de production peuvent être classées selon la nature de l’hydrogène obtenu.
Hydrogène renouvelable
Pour obtenir de l’hydrogène décarboné, une source d’énergie renouvelable (énergie solaire, éolienne, hydraulique, nucléaire…) est utilisée afin de produire l’électricité nécessaire au fonctionnement de l’électrolyseur.
Le logiciel ProSimPlus contient un module d’électrolyseur. Il est possible de représenter les trois principales technologies d’électrolyseur : alcalin, PEM (proton exchange membrane), SOEC (solid oxide electrolysis cell).
Hydrogène fossile
La production d’hydrogène fossile se fait principalement par vaporeformage du gaz naturel et gazéification du charbon. Les différentes opérations unitaires impliquées dans ce type de procédés sont disponibles dans le logiciel ProSimPlus (chaudière, réacteur, séparateur diphasique…)
Hydrogène bas carbone
La production de l’hydrogène à partir de la biomasse fait appel à l’utilisation des matières organiques. Cette approche permet de valoriser les déchets agricoles, forestiers… en contribuant à la réduction des émissions de gaz à effet de serre.
Il existe trois grandes voies de production de l’hydrogène à partir de la biomasse, cela peut se faire par traitement biologique, par conversion électrochimique ou bien par méthode thermochimique (principalement par le biais de la gazéification et de la pyrolyse de la biomasse).
Le logiciel ProSimPlus, et éventuellement les logiciels BatchReactor et BatchColumn, répondent particulièrement bien aux problématiques liées à la modélisation de procédés utilisant des matières premières biosourcées.
Il est possible de trouver plus d’informations dans la rubrique industrie biosourcée.
Exemples d’application
- Production d’hydrogène par électrolyse alcaline : PSPS_EX_FR-Production-Hydrogene-Electrolyse
- Simulation d’un cycle combiné à gazéification intégrée : PSPS_EX_FR-Centrale-CCGI
- Production d’hydrogène par reformage d’hydrocarbures :PSPS_EX_FR-Centrale-production-electricite-trois-cycles-combines ; PSPH_EX_FR-Procede-Synthese-Ammoniac
- Autres exemples disponibles à la demande…
Applications de l’hydrogène
Cette rubrique présente les différentes applications de l’hydrogène, et traite donc des procédés ayant lieu en aval de la production d’hydrogène : le stockage et transport de l’hydrogène, son utilisation en tant que source d’énergie et les différentes voies de synthèse chimique.
Stockage & transport
Le stockage de l’hydrogène se fait essentiellement dans des réservoirs, sous forme gaz, par compression, ou sous forme liquide par liquéfaction. L’hydrogène peut également être adsorbé (physisorbé) ou absorbé (chimisorbé) par des matériaux (hydrures) qui se présentent sous forme solide.
Le logiciel ProSimPlus peut être utilisé afin de modéliser les procédés de liquéfaction ou compression de l’hydrogène, ou bien encore pour calculer les pertes de charge dans des conduites. Le logiciel ProSec est également particulièrement pertinent dans ce domaine, et peut être utilisé pour simuler des échangeurs de chaleur multi-fluides à plaques brasées. Le logiciel ProSim DEP s’avère utile dans le cas où l’utilisateur souhaiterait réaliser une simulation dynamique du remplissage et vidange de cuves de stockage d’hydrogène ou faire une étude sur les risques liés au stockage
Exemples d’application
- Liquéfaction de l’hydrogène : PSPS_EX_FR-Procede-PRICO-liquefaction-gaz-naturel
- Modélisation rigoureuse d’un échangeur à plaques brasées à l’aide de ProSec : COPROSEC_EX_FR-Conversion-ortho-para-hydrogène
- Autres exemples disponibles à la demande…
Source d’énergie
L’hydrogène est un vecteur énergétique. Une fois produit, il peut être directement consommé afin de produire de l’électricité ou de l’énergie thermique.
Le logiciel ProSimPlus contient des modules spécifiques (tels que le module « pile à combustible » ou encore le module « chaudière ») qui facilitent la simulation de cette partie du procédé.
Exemples d’application
- Centrale de production d’électricité à trois cycles combinés : PSPS_EX_FR-Centrale-production-electricite-trois-cycles-combines
- Autres exemples disponibles à la demande…
Synthèse chimique
L’hydrogène constitue une matière première fréquemment utilisée dans l’industrie chimique. Il est notamment nécessaire pour la production de e-fuels, faisant partie des solutions encourageantes dans la problématique énergétique actuelle. Plusieurs voies de synthèse sont exploitées aujourd’hui, et conduisent à des e-fuels de différents types : procédé Fischer-Tropsch, synthèse du méthanol, méthanisation, synthèse de l’ammoniac, etc…
Le logiciel ProSimPlus est aujourd’hui une référence en ce qui concerne la modélisation de ce type de procédés.
Exemples d’application
Procédé d’hydroalkylation du toluène à partir d’hydrogène et de benzène : PSPS_EX_FR-Cout-Procede-HDA-Toluene
Synthèse du cyclohexane : PSPS_EX_FR-Unite-Production-Cyclohexane
Synthèse du méthanol : PSPS_EX_FR-Synthese-du-methanol
Synthèse de l’ammoniac : PSPS_EX_FR-Procede-Synthese-Ammoniac
Autres exemples disponibles à la demande…
Captage du CO2
La thématique de l’hydrogène est souvent liée aux problématiques de captage et valorisation du CO2. Afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre, il est primordial de capturer le CO2 et éventuellement le transformer en produits valorisables.
La capture du CO2 est souvent réalisée à l’aide de colonnes d’abattage. La modélisation de ces opérations unitaires nécessite de pouvoir représenter les phénomènes physiques complexes mis en jeu. De par son expertise dans le domaine de la thermodynamique, l’équipe technique de Fives ProSim est très active sur cette thématique, et a l’habitude d’accompagner les utilisateurs afin d’assurer une modélisation rigoureuse de leurs technologies.
Exemples d’application
- Captage du CO2 à partir du procédé de production d’amine : PSPS_EX_FR-Procede-capture-CO2-avec-amine
- Capture du CO2 à partir du procédé Rectisol :PSPS_EX_FR-Procede-Rectisol
- Capture du CO2 à partir du procédé Purisol : PSPS_EX_FR-Procede-Purisol
- Capture du CO2 à partir du procédé Selexol : PSPS_EX_FR-Procede-Selexol
- Autres exemples disponibles à la demande…