Levaporeformage oureformage à la vapeur est unprocédé de production degaz de synthèse (syngas) riche enhydrogène. Cette réaction d'hydrocarbures, principalement duméthane, en présence devapeur d'eau (par vaporeformage du méthane) est fortementendothermique. Ce procédé est très répandu, notamment pour la production du syngas précurseur de l'ammoniac (procédéHaber-Bosch), celui précurseur de laproduction du méthanol, la production de l'acide chlorhydrique (hydrochloride), leprocédé Fischer Tropsch et autres.
La réaction générale du vaporeformage s'écrit[1] :
Exemple avecn = 1 :CH4 + H2O → CO + 3H2. La réaction inverse s'appelle laméthanation.
On observe également une autre réaction nomméeréaction du gaz à l'eau (water gas shift) :
D'autres réactions sont également observées :
Dans le cas du reformageautothermique du méthane, les réactions suivantes se produisent également :
Ce procédé a le gros inconvénient de produire dumonoxyde de carbone, dudioxyde de carbone etdes oxydes d'azote (NOx) qui sont desgaz à effet de serre. D'autres inconvénients proviennent de l’emploi de gaz fortement explosifs (dihydrogène), de gaz hautement toxiques (monoxyde de carbone), des conditions réactionnelles sévères qui entraînent de lacorrosion des installations.
Un autre défi concerne lerendement énergétique. Les réactions(1),(2),(3),(4)(5) ont desenthalpies standards de206 kJ/mol (avecn=1),−41 kJ/mol,247 kJ/mol,75 kJ/mol et−173 kJ/mol. Les réactions(1) et(4) sont les seules recherchées car elles produisent les molécules d’intérêt pour les procédés en aval[2].
Après la purification dugaz naturel, de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone y sont ajoutés. Deux ratios importants sont à surveiller : le ratio méthane-eau et le ratio eau-dioxyde de carbone. Selon leprincipe de Le Chatelier, la présence d'eau va favoriser le déplacement de l’équilibre des équations(1) et(2) vers la droite tandis que la présence de dioxyde de carbone va déplacer l'équilibre des équations(2) et(5) vers la gauche et(4) vers la droite. Ces modifications ont pour but de maximiser la quantité de CO et de H2 produite parmole de méthane[2].
Lemélange réactionnel est ensuite injecté à haute température (780 à1 223 K) et haute pression (17-33 bar) dans un réacteur fourneau composé de 500-600 tubes de 70-130 mm de diamètre et 7-12 m de longueur rempli d'uncatalyseur métallique (nickel et oxyde de nickel). Dans ces conditions, laconversion est supérieure à 90 %[2].
Pour maximiser l’efficacité énergétique, le reste du méthane et du monoxyde de carbone peut être oxydé par l'oxygène (réactions(6)(7)(8)(9)). Dans le cas du procédéHaber-Bosch, le reformage autothermique suit le reformage à la vapeur classique. Il existe plusieurs avantages à cette technique :
Le reformage autothermique est un procédé :
Une façon de faire développée par la compagnieAir Products and Chemicals consiste à employer desmembranes céramiques avancées dans le but de réduire la consommation énergétique de laproduction d'oxygène[4]. Ce procédé est actuellement employé dans une usine pilote[5]. Une réduction du coût en capital de la production du syngas par reformage autothermique de 30 % est anticipé[2].
