Reformage du méthane

Le vaporeformage (aussi appelé reformage à la vapeur, en anglais : steam reforming) du méthane (steam methane reforming ou SMR) consiste à faire réagir celui-ci avec la vapeur d'eau en présence d'un catalyseur. Cette transformation a lieu à haute température (840 à 950 °C), sous une pression modérée (20 à 30 bar) et selon une réaction fortement endothermique, pour produire du dihydrogène :

CH₄ + H₂O ↔ CO + 3 H₂          ΔH°₂₉₈ = +206,2 kJ mol⁻¹          (1)

Le monoxyde de carbone produit dans la réaction réagit aussi avec l'eau selon une réaction faiblement exothermique :

CO + H₂O ↔ CO₂ + H₂            ΔH°₂₉₈ =    −41,1 kJ mol⁻¹          (2)

Ce procédé de vaporeformage se compose de deux réactions :

• la première est la réaction du méthane avec l'eau qui produit un gaz riche en CO et en H₂, contenant aussi du CO₂ provenant de la réaction (2). Elle a lieu vers 800 à 900 °C sous une pression de 25 bar, le catalyseur est le nickel ;
• la seconde, appelée shift conversion, se produit à plus basse température, elle est la réaction du gaz à l'eau (entre l'eau et le CO) qui fournit du H₂ additionnel et du CO₂. Pour cela, on peut utiliser un ou deux réacteurs selon le rendement de conversion recherché (HTS ou LTS) : le premier est porté à environ 400 °C (HTS : high temperature shift), avec comme catalyseur le fer-chrome, le deuxième à une température plus basse (200 °C) (LTS : low temperature shift), le catalyseur est le cuivre-fer.

En aval de ces deux réacteurs, on trouve généralement une unité de décarbonation afin de retirer le CO₂ formé par la shift conversion[1].

Le vaporeformage des hydrocarbures (du méthane en particulier, qui est le principal constituant du gaz naturel, du biogaz et l'essentiel du biométhane) est une méthode fortement utilisée pour produire de l'hydrogène[2]^,[3] dont la demande pourrait augmenter (avec le développement des piles à hydrogène notamment).

Le reformage à sec du méthane est un procédé qui utilise CH₄ et CO₂[4]^,[5] :

CH₄ + CO₂ ↔ 2 CO + 2 H₂          ΔH°₂₉₈ = +247 kJ mol⁻¹          (3)

Cette réaction est fortement endothermique, le domaine de température dans lequel elle est thermodynamiquement favorable se situe au-dessus de 640 °C.

Cette réaction présente trois intérêts majeurs :

1. à l'équilibre, le rapport H₂/CO est égal à l'unité. Ce ratio est très recherché pour le procédé Fischer-Tropsch et d'autres applications industrielles[6] ;
2. cette réaction consomme du gaz carbonique qui est un constituant du biogaz et un gaz à effet de serre ;
3. cette réaction est l'une des réactions les plus importantes pour convertir le biogaz en hydrogène ou en gaz de synthèse[7]^,[8].

Le biométhane est produit par dégradation de biomasse puis épuré.

Il pourrait constituer, via le reformage, une source renouvelable pour la production de dihydrogène (biohydrogène). En effet, en 2015, 49 % de l’hydrogène commercialisé est produit à partir du gaz naturel, pour 29 % produits à partir d'hydrocarbures liquides, 18 % à partir du charbon et 4 % à partir de l'électrolyse de l'eau — donc moins de 1 % à partir du biométhane[9]^,[10].

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