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La membrane de purification d'hydrogène est sélectivement perméable à certains gaz, tels que l'hydrogène. Au fur et à mesure que l'hydrogène gazeux traverse la membrane, les impuretés sont rejetées et l'hydrogène gazeux purifié est collecté de l'autre côté. Séparation électrochimique : Ce processus se produit dans un purificateur d’hydrogène au palladium.
Quelles sont les méthodes les plus efficaces pour purifier l’hydrogène
L’hydrogène est un vecteur d’énergie propre prometteur qui peut être utilisé pour diverses applications, telles que les piles à combustible, la production d’électricité et les transports. Cependant, la production d’hydrogène implique souvent des impuretés qui peuvent affecter sa qualité et ses performances. La purification de l’hydrogène est donc une étape essentielle pour garantir l’efficacité et la sécurité de l’utilisation de l’hydrogène.
Adsorption modulée en pression
L'adsorption modulée en pression (PSA) est une méthode largement utilisée pour la purification de l'hydrogène qui repose sur l'adsorption sélective d'impuretés sur des matériaux poreux, tels que le charbon actif ou les zéolites, sous haute pression. Les impuretés adsorbées sont ensuite libérées en réduisant la pression et en rinçant l'adsorbant avec un gaz de purge. Le PSA peut atteindre une pureté et une récupération élevées de l'hydrogène, mais il nécessite également une consommation d'énergie élevée, un équipement de grande taille et une régénération périodique de l'adsorbant.
Séparation membranaire
La séparation par membrane est une autre méthode courante de purification de l'hydrogène qui utilise des matériaux fins et perméables, tels que des polymères, des métaux ou des céramiques, pour séparer l'hydrogène des autres gaz en fonction de leur taille, forme ou affinité moléculaire. La séparation membranaire peut fonctionner à pression et température faibles ou ambiantes, ce qui réduit les coûts d'énergie et d'investissement. Cependant, la séparation membranaire est également confrontée à des défis tels que l’encrassement, la dégradation et la sélectivité des membranes.
Distillation cryogénique
La distillation cryogénique est une méthode de purification de l'hydrogène qui exploite les différents points d'ébullition de l'hydrogène et d'autres gaz. En refroidissant le mélange gazeux à des températures extrêmement basses, l'hydrogène peut être séparé sous forme de vapeur tandis que les impuretés sont condensées sous forme de liquides. La distillation cryogénique permet d'obtenir une très grande pureté et une récupération de l'hydrogène, notamment pour éliminer les gaz inertes tels que l'azote et l'hélium. Cependant, la distillation cryogénique implique également une consommation d’énergie élevée, des équipements complexes et des risques pour la sécurité.
Diffusion du palladium
La diffusion du palladium est une méthode de purification de l'hydrogène qui utilise la propriété unique du palladium métallique, qui peut absorber et diffuser les atomes d'hydrogène à travers sa structure en réseau. En appliquant un gradient de pression ou de température à travers une fine membrane de palladium, l’hydrogène peut être transporté sélectivement d’un côté à l’autre, laissant derrière lui les impuretés. La diffusion du palladium permet d'obtenir une pureté ultra-élevée et de récupérer l'hydrogène, mais elle souffre également du coût élevé des matériaux, d'une disponibilité limitée et d'une susceptibilité à l'empoisonnement et à la fragilisation.
Méthodes biologiques
Les méthodes biologiques sont des méthodes émergentes de purification de l'hydrogène qui utilisent des micro-organismes, tels que des bactéries, des algues ou des champignons, pour convertir ou éliminer les impuretés de l'hydrogène gazeux. Par exemple, certaines bactéries peuvent utiliser le monoxyde de carbone, une impureté courante dans la production d’hydrogène, comme substrat de croissance et produire du dioxyde de carbone et de l’eau comme sous-produits. Les méthodes biologiques peuvent offrir une faible consommation d’énergie, des avantages environnementaux et des produits potentiels à valeur ajoutée. Cependant, les méthodes biologiques sont également confrontées à des défis tels qu’une faible efficacité, une faible évolutivité et une faible stabilité.
Nouvelle méthode de purification de l’hydrogène
Pour la première fois, des chercheurs ont récupéré 98,8 % de l'hydrogène provenant du flux de sortie d'un réacteur conventionnel refroidi à l'eau, ce qui représente la valeur la plus élevée jamais enregistrée.
Dans les méthodes traditionnelles de séparation de l’hydrogène, un réacteur à eau et gaz est utilisé, ce qui nécessite une étape supplémentaire. Dans le réacteur à eau et gaz, le monoxyde de carbone est d'abord converti en dioxyde de carbone, puis l'hydrogène et le dioxyde de carbone sont séparés à l'aide d'un processus d'absorption. Un compresseur est utilisé pour pressuriser l’hydrogène purifié pour une utilisation ou un stockage immédiat.
L’utilisation de membranes électrolytiques polymères sélectives de protons à haute température, ou PEM, est nécessaire pour séparer rapidement et économiquement l’hydrogène des autres molécules de gaz telles que le dioxyde de carbone et le monoxyde de carbone. Elle peut également fonctionner à des températures plus élevées que les autres pompes électrochimiques de type PEM haute température, améliorant ainsi sa capacité à séparer l'hydrogène des autres gaz.
Processus de purification de l'hydrogène
Pour réaliser la séparation, l'équipe a utilisé un « sandwich » d'électrodes, dans lequel des électrodes avec des charges opposées servent de « pain » et une membrane sert de « charcuterie ». Les matériaux liants ionomères des électrodes sont conçus pour maintenir les électrodes ensemble, de la même manière que le gluten maintient le pain ensemble.
La tranche de pain, ou électrode chargée positivement, dans la pompe libère des protons et des électrons de l'hydrogène. Pendant que les protons traversent la membrane, les électrons traversent la pompe via un fil qui touche une électrode chargée positivement. Après avoir traversé la membrane et atteint l’électrode chargée négativement, les protons et les électrons se combinent pour former à nouveau de l’hydrogène.
Étant donné que le PEM ne laisse passer que les protons, le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone, le méthane et l’azote ne peuvent pas passer. L’équipe a créé un liant adhésif ionomère d’acide phosphonique pour maintenir ensemble les particules d’électrode dans la pompe à hydrogène afin qu’elles puissent fonctionner correctement.
Les chercheurs utiliseront leur approche et leurs outils pour étudier la purification de l’hydrogène dans les gazoducs. Bien que cette méthode de transport et de stockage de l’hydrogène reste encore à mettre en pratique, elle est très prometteuse. L’hydrogène pourrait être utilisé pour soutenir les systèmes d’énergie solaire et éolienne, ainsi que diverses autres applications respectueuses de l’environnement, en utilisant une pile à combustible ou un générateur à turbine.
Purification de l'hydrogène
Le gaz industriel contient une grande quantité de gaz résiduaires contenant divers hydrogènes. La séparation et la purification de l’hydrogène constituent également l’un des premiers domaines industrialisés de la technologie PSA.
Le principe de la séparation PSA du mélange gazeux est que la capacité d’adsorption de l’adsorbant pour différents composants gazeux change avec le changement de pression. Les composants d'impuretés présents dans le gaz d'entrée sont éliminés par adsorption à haute pression, et ces impuretés sont désorbées par réduction de pression et augmentation de température. L’objectif d’éliminer les impuretés et d’extraire les composants purs est atteint grâce aux changements de pression et de température.
La production d'hydrogène PSA utilise un adsorbant à tamis moléculaire JZ-512H pour séparer l'hydrogène riche afin de produire de l'hydrogène, qui est complété par le changement de pression du lit d'adsorption. Étant donné que l'hydrogène est très difficile à adsorber, d'autres gaz (que l'on peut appeler impuretés) sont faciles ou faciles à adsorber, de sorte qu'un gaz riche en hydrogène sera produit lorsqu'il sera proche de la pression d'entrée du gaz traité. Les impuretés sont libérées lors de la désorption (régénération) et la pression diminue progressivement jusqu'à la pression de désorption
La tour d'adsorption effectue alternativement le processus d'adsorption et de pression. égalisation et désorption pour obtenir une production continue d'hydrogène. L'hydrogène riche pénètre dans le système sous une certaine pression. L'hydrogène riche traverse la tour d'adsorption remplie d'adsorbant spécial de bas en haut. Co/CH4/N2 est retenu à la surface de l'adsorbant en tant que composant d'adsorption puissant, et H2 pénètre dans le lit en tant que composant d'adsorption. L'hydrogène produit collecté au sommet de la tour d'adsorption est évacué à l'extérieur de la limite. Lorsque l'adsorbant dans le lit est saturé de CO/CH4/N2, l'hydrogène riche est transféré vers d'autres tours d'adsorption. Dans le processus de désorption par adsorption, une certaine pression d’hydrogène produit reste encore dans la tour adsorbée.
Cette partie de l'hydrogène pur est utilisée pour égaliser et rincer les autres tours d'équilibrage de pression juste désorbées. Cela permet non seulement d'utiliser l'hydrogène restant dans la tour d'adsorption, mais ralentit également la vitesse de montée en pression dans la tour d'adsorption, ralentit le degré de fatigue dans la tour d'adsorption et atteint efficacement l'objectif de séparation de l'hydrogène.
7 choses à savoir sur l'hydrogène
Qu’est-ce que l’hydrogène ?
L'hydrogène est l'élément le plus répandu dans notre univers. Dans des circonstances normales, il est gazeux et on parle d’hydrogène gazeux (H2). L'hydrogène est également le gaz le plus léger que nous connaissons et possède donc une faible densité énergétique par unité de volume (en m3). En poids (en kg), l'hydrogène a une densité énergétique élevée de 120 mégajoules (MJ) par kg. C'est presque trois fois plus que le gaz naturel (45 MJ par kg). L'hydrogène est souvent sous pression. Cependant, la pressurisation (compression) de l'hydrogène gazeux nécessite également l'énergie nécessaire (environ 10 %).
Qu’est-ce que l’hydrogène gris et bleu ?
La quasi-totalité de l’hydrogène actuellement produit dans le monde est ce que l’on appelle « l’hydrogène gris ». La production s'effectue actuellement via le reformage du méthane à la vapeur (SMR). Ici, la vapeur à haute pression (H2O) réagit avec le gaz naturel (CH4), produisant de l'hydrogène (H2) et du gaz à effet de serre CO2. Aux Pays-Bas, environ 0,8 millions de tonnes de H2 sont ainsi produites, en utilisant quatre milliards de mètres cubes de gaz naturel et en générant des émissions de CO2 de 12,5 millions de tonnes.
Le terme « hydrogène bleu » ou « hydrogène à faible teneur en carbone » est utilisé lorsque le CO2 libéré lors du processus de production d'hydrogène gris est en grande partie (80-90 %) capté et stocké. C’est ce qu’on appelle aussi CCS : Carbon Capture & Storage. Cela pourrait se produire dans des champs de gaz vides sous la mer du Nord. Nulle part ailleurs dans le monde l’hydrogène bleu n’est produit à grande échelle.
L’hydrogène blanc du sol, source d’énergie propre du futur ?
On connaît déjà l’hydrogène gris, bleu et vert, mais il semble désormais que l’hydrogène blanc ou naturel soit également disponible. Cela vient du sol, tout comme le gaz naturel. Lorsque l’hydrogène est brûlé avec l’oxygène, seule de l’eau est libérée. L'hydrogène blanc est un hydrogène naturel provenant du sous-sol qui a le potentiel de devenir une source d'énergie importante du futur s'il est produit par électrolyse de l'eau avec l'énergie éolienne ou solaire (verte).
Il n’est alors pas fabriqué à partir de cendres naturelles ou de charbon (gris), même en captant au préalable le CO2 (bleu). Le gaz est principalement utilisé pour chauffer des processus dans l’industrie chimique et dans la production d’acier et d’engrais. Lors de la transition de l’énergie fossile à l’énergie verte, elle peut servir de tampon de stockage d’électricité pendant les périodes sans soleil ni vent.
Quel rôle joue l’hydrogène dans la transition énergétique ?
Dans notre mix énergétique actuel, environ 20 % sont fournis sous forme d’électricité et 80 % sous forme de gaz naturel ou de combustible fossile liquide (essence, diesel). Nos objectifs climatiques vont modifier considérablement cette situation dans un avenir proche. La part de l’électricité produite par l’énergie éolienne et solaire va fortement augmenter. Pour un certain nombre d'applications telles que le transport lourd, les processus à haute température dans l'industrie et l'aviation, il manque encore une bonne solution électrique et un gaz durable reste nécessaire. L’hydrogène peut jouer ici un rôle utile. De plus, l’hydrogène est important sous forme de stockage à grande échelle pour les moments où le temps est calme et nuageux.
Que signifie l’hydrogène pour le citoyen ?
À court terme, peu de choses seront évidentes. L’utilisation de l’hydrogène dans les maisons, par exemple, se fera attendre depuis longtemps, si elle se produit. Pour la majorité des logements, un réseau de chaleur collectif ou une pompe à chaleur électrique offre une meilleure solution. Dans la circulation, le nombre de voitures à hydrogène (actuellement moins d’une centaine) et le nombre de stations-service à hydrogène (en 2018 : 3) augmenteront lentement.
Quels sont les risques ?
L'hydrogène est un gaz très léger, hautement inflammable et est utilisé en mobilité sous des pressions allant jusqu'à 700 bars. Comme tout autre gaz, il est important de le manipuler avec précaution lors de sa production, de son transport et de son utilisation, et de le confier exclusivement à des entreprises professionnelles. Si l'hydrogène doit être utilisé dans les gazoducs existants, il est important d'étudier plus en détail comment l'hydrogène « se comporte » réellement dans la pratique. L’hydrogène est plus léger que le gaz naturel et peut s’échapper plus facilement des vannes et des joints.
Que fait TNO en termes de recherche sur l’hydrogène ?
TNO est un organisme indépendant qui mène des recherches appliquées de pointe. Ses recherches sur l'hydrogène se concentrent sur la production, les infrastructures et les applications (conversion et utilisation finale). En 2020,TNO a entrepris plus de 50 projets liés à ces thématiques. Des liens vers une sélection de ces projets peuvent être trouvés ci-dessous (point 15).
Purification de l'hydrogène PSA
L’hydrogène gazeux est produit à partir de divers processus différents et est généralement produit sous une forme impure. Les procédés typiques comprennent la synthèse chimique par reformage à la vapeur du méthane, le dégazage des usines de styrène ou d'éthylène où l'hydrogène gazeux est produit comme sous-produit, et les applications pétrochimiques telles que l'hydrocraquage ou la désulfuration. Pour utiliser l’hydrogène, un processus de purification est nécessaire pour créer de l’hydrogène gazeux purifié. L'adsorption modulée en pression de l'hydrogène (H2PSA) est un processus qui exploite la volatilité de l'hydrogène et son manque général de polarité et d'affinité pour les zéolites pour purifier les flux de gaz contaminés.
La génération d’hydrogène implique généralement la production de contaminants ou de produits secondaires qui doivent être éliminés. Il comprend des composés tels que le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone, l'azote, l'eau et les hydrocarbures n'ayant pas réagi. Le PSA hydrogène profite de l’adsorption préférentielle de ces composants, les éliminant du flux d’hydrogène pour produire de l’hydrogène purifié.
Traditionnellement, le PSA Hydrogène tire parti de plusieurs lits de tamis et se compose de quatre phases : une phase d'adsorption, une phase de dépressurisation, une phase de régénération et une phase de repressurisation. Au cours du processus, le flux impur d’hydrogène passe dans le lit de tamis où les impuretés sont sélectivement adsorbées sur le tamis moléculaire sous pression. Une fois l'étape d'adsorption terminée, la régénération est réalisée en dépressurisant le lit, ce qui diminue l'affinité des impuretés, permettant de les éliminer.
Une purification plus poussée du lit est obtenue en purgeant avec de l'hydrogène pur pour éliminer tous les contaminants restants. Le lit est à nouveau pressurisé pour répéter le processus d'adsorption. Les lits fonctionnent de manière synchronisée pour permettre une génération continue d'hydrogène.
Les utilisations de l’élément le plus léger sur terre sont très diverses. L’hydrogène peut être utilisé comme moyen de stockage d’énergie, pour produire de l’électricité et de la chaleur ou comme réactif extrêmement actif dans l’industrie chimique.
Lorsque l’hydrogène est brûlé (oxydé) pour générer de l’énergie, le produit de la réaction n’est pas un déchet mais uniquement de l’eau élémentaire. Si l'hydrogène était auparavant produit à partir de l'eau par électrolyse alimentée par l'énergie éolienne ou solaire régénérative, un cycle énergétique totalement sans CO2-est créé dans lequel l'hydrogène « vert » est utilisé comme élément de transport et de stockage.
Outre la division électrolytique de l'eau, il est également possible de produire de l'hydrogène à partir de gaz naturel ou de biogaz (méthane) par pyrolyse. Lors de la pyrolyse, qui est également totalement sans CO2-, le méthane est divisé en ses composants élémentaires, le carbone et l'hydrogène. L'hydrogène « turquoise » ainsi produit peut être utilisé comme vecteur d'énergie sans CO2-, tandis que les déchets de carbone (noir de carbone) sont utilisés comme pigment dans les peintures, les toners ou dans la production de pneus.
Notre usine
Les produits sont vendus dans toutes les régions de Chine et exportés vers les pays du monde entier. Ils ont été vendus dans plus de 20 pays et régions, dont les États-Unis, l'Allemagne, le Maroc, le Kenya, l'Arabie saoudite, le Vietnam, l'Algérie, l'Inde, la Tanzanie et Taiwan. Fourni avec succès des entreprises bien connues telles que China Aerospace, PetroChina, China Nuclear Group, BYD, Jiuli Specialty, Tony Electronics, Zheng Energy Group et d'autres entreprises bien connues. Il existe de nombreuses stations d'hydrogénation d'hydrogène vert telles que Wulanchabu, Haikou, Hainan, Hainan Haikou, Yunnan Kunming, etc. qui proposent des projets de production d'hydrogène vert.
FAQ
Q : Comment fonctionne la purification de l’hydrogène ?
Q : Quelle est la manière la plus propre de produire de l’hydrogène ?
Q : Quelle est la consommation énergétique de la purification de l’hydrogène ?
Q : Qu’est-ce que le système PSA pour l’hydrogène ?
Q : Quels produits chimiques sont utilisés dans la purification de l’hydrogène ?
Q : Qu’arrive-t-il à l’eau une fois l’hydrogène extrait ?
Q : Pourquoi l’hydrogène n’est-il pas bon pour l’environnement ?
Q : Quelle est la manière la moins chère de produire de l’hydrogène ?
Q : Pourquoi l’hydrogène est-il si difficile à produire ?
Q : Faut-il beaucoup d’électricité pour produire de l’hydrogène ?
Q : L’hydrogène est-il inflammable ?
Q : Combien coûte un système à hydrogène ?
Q : À quel niveau de PSI l’hydrogène est-il stocké ?
L’hydrogène peut être stocké physiquement sous forme gazeuse ou liquide. Le stockage de l'hydrogène sous forme de gaz nécessite généralement des réservoirs à haute pression (pression du réservoir de 350 à 700 bars [5,000–10,000 psi]). Le stockage de l'hydrogène sous forme liquide nécessite des températures cryogéniques car le point d'ébullition de l'hydrogène à une pression atmosphérique est de −252,8 degrés.
Q : Pourquoi purifier l’hydrogène ?
Q : Comment éliminer les impuretés de l’hydrogène gazeux ?
Q : Quelle quantité d’électricité faut-il pour produire de l’hydrogène à partir de l’eau ?
Q : Pourquoi l’eau ne peut-elle pas être utilisée comme combustible ?
Q : Quels sont les problèmes liés à l’hydrogène vert ?
Q : Quels sont les 3 inconvénients de l’hydrogène ?
Q : Pourquoi l’hydrogène n’est-il pas l’avenir ?
Nous sommes reconnus comme l’un des principaux fabricants et fournisseurs de systèmes de purification d’hydrogène en Chine. N'hésitez pas à vendre en gros un système de purification d'hydrogène de haute qualité dans notre usine. Pour un service personnalisé, contactez-nous dès maintenant.