Composants de l’hydrogène pour l’analyse des gaz.

L’hydrogène (H₂ ₎ est l’un des facteurs clés du débat actuel sur la transition énergétique. Élément le plus répandu dans l’univers, il n’existe pourtant que sous forme liée. Sous forme gazeuse, il est environ 14 fois plus léger que l’air et brûle sans laisser de résidus. L’H₂ _possède une densité énergétique élevée et constitue donc un substitut idéal aux combustibles fossiles tels que le charbon ou le gaz naturel. Étant principalement présent sous forme liée dans la nature, il doit être libéré de ses vecteurs. Ceci est réalisé, par exemple, par électrolyse pour l’eau (H₂O ₎ . Si l’électricité est produite à partir de sources renouvelables, on parle d’hydrogène « vert » – ou, dans le cas du méthane (CH₄ ₎ , principal composant du gaz naturel – par reformage à la vapeur ou pyrolyse. Le reformage produit du CO₂ ₍ hydrogène bleu) comme sous-produit et, dans le cas de la pyrolyse, du CO (hydrogène turquoise). Ces deux substances peuvent être transformées en matières premières ou stockées par captage et stockage du carbone (CSC).
L’hydrogène _produit est extrêmement volatil en raison de sa très faible densité, ce qui rend son transport jusqu’aux utilisateurs très complexe. Sous forme gazeuse, un transport par pipeline est envisageable. Sous forme liquéfiée, l’hydrogène peut être transporté jusqu’au consommateur dans des citernes ou des camions-citernes isolés ; dans ce cas, des fluctuations non négligeables sont inévitables. De plus, l’hydrogène _a la propriété de fragiliser les matériaux, ce qui doit être pris en compte lors de la durée de vie et de la conception de tous les composants de l’installation. C’est particulièrement vrai pour la production d’hydrogène « vert », où les producteurs doivent garantir la disponibilité non seulement d’électricité verte en quantité suffisante, mais aussi d’eau de bonne qualité en quantité suffisante sur le site de production.

Que se passe-t-il dans un électrolyseur ?  

Le cœur de l’électrolyseur est un corps cylindrique (module d’électrolyse) composé de deux chambres séparées par une membrane. Chaque chambre contient une électrode (anode/cathode). Le module est généralement fabriqué par différents fabricants avec une taille de sortie uniforme. Pour obtenir la puissance système souhaitée, un certain nombre de modules sont combinés en une pile. Deux procédés sont actuellement utilisés : l’électrolyse alcaline (AEL) et l’électrolyse à membrane échangeuse de protons (PEM). Chacun présente ses avantages et ses inconvénients. Le procédé PEM est particulièrement compatible avec les sources d’énergie fluctuantes (éolienne et solaire). En termes simples, le fonctionnement d’un électrolyseur PEM peut être décrit comme suit : de l’eau préchauffée, de qualité au moins potable, est introduite dans les deux chambres. La température de fonctionnement doit être comprise entre 50 et 80 °C. Sous l’effet d’une tension, il est scindé en deux constituants, H₂ _et  H₂O _. On obtient ainsi 1 kg de H₂ _à partir de 9 kg de H₂O _. L’oxygène est éliminé côté anode et l’hydrogène côté cathode via des échangeurs de chaleur et des séparateurs de gaz. Selon la fonction de l’installation, l’oxygène est rejeté dans l’environnement ou utilisé ailleurs (par exemple pour le traitement des eaux usées).

Comment surveillons-nous le processus ?

Comme pour la plupart des méthodes de production d’énergie, les procédés de fabrication de l’hydrogène _doivent faire l’objet d’un suivi analytique. L’accent est mis ici principalement sur le respect des spécifications LEL et SIL. Dans tous les procédés de fabrication, l’analyse extractive des gaz est la méthode privilégiée à cet effet. Avant que l’échantillon de gaz n’entre dans l’analyseur, l’humidité résiduelle est éliminée afin de protéger la cellule de mesure et d’éviter toute falsification des valeurs mesurées.

Les procédés de fabrication de l’hydrogène _doivent faire l’objet d’un suivi analytique, l’exercice étant principalement axé sur la conformité aux normes LEL et SIL. L’analyse extractive des gaz est la méthode d’analyse la plus répandue dans ces procédés. L’humidité résiduelle doit être extraite afin de protéger et de préserver la cellule de mesure et d’éviter les erreurs de mesure avant que l’échantillon de gaz n’atteigne l’analyseur.

Forts de nos décennies d’expérience dans la conception et la fourniture de systèmes d’analyse de gaz, nous suggérons d’utiliser un système de conditionnement extractif sous pression pour ces applications. En principe, il est construit comme suit :

Étant donné qu’aucune contamination particulaire n’est susceptible d’être détectée dans le gaz d’échantillon pendant le processus d’électrolyse, de simples points de prélèvement suffisent, idéalement à chaque sortie d’un module. Le gaz d’échantillon est aspiré par une pompe spéciale, capable d’évacuer les condensats éventuels, et acheminé vers un refroidisseur fonctionnant en légère surpression. Lors du dimensionnement des débits requis, la faible densité de l’hydrogène côté H₂ _doit être prise en compte afin de le réguler au débit correct en amont de l’analyseur. Si la pression et le débit sont déjà suffisants dans le processus de production, la pompe peut être supprimée. L’humidité est séparée dans le refroidisseur et le gaz d’échantillon sec est introduit dans le ou les analyseurs. La surpression du gaz d’échantillon empêche toute entrée d’air extérieur et garantit des résultats de mesure irréprochables. Parallèlement, la surpression évacue le condensat du système via une purge automatique. Le débit et la surpression sont surveillés en permanence par des dispositifs adaptés. La tuyauterie reliant le point d’extraction à la purge automatique des condensats, en passant par la tête de pompe, est en acier inoxydable. La même conception du système est recommandée pour la surveillance de l’oxygène qui s’accumule également. En raison des fortes fluctuations de H₂ _, il est recommandé d’installer le système de surveillance dans une enceinte bien ventilée. Les composants du système sont soumis à des procédures de fabrication spécifiques. Leur compatibilité avec l’application H₂ _/ O₂ _est partiellement certifiée.

Cette conception du système réduit au minimum le mélange de matériaux dans le système de traitement, offre la meilleure durée de vie possible et garantit des résultats de mesure inchangés.

Source : Envirotech