L’ammoniac « vert » est un vecteur énergétique idéal. Dépourvu de carbone, il offre un potentiel très intéressant pour l’avenir. En tant qu’élément constitutif typique du principe « power-to-X », l’ammoniac « vert » contribue à la décarbonisation, notamment en tant que moyen de transport de l’hydrogène. Depuis le lancement du process de production d’ammoniac, WIKA soutient les développeurs et les opérateurs d’usines avec des solutions d’instrumentation personnalisées pour les mesures de pression, de température, de niveau et de débit.
Jusqu’à présent, l’ammoniac ou NH3 a surtout servi de base à la fabrication d’engrais. Il est produit synthétiquement à partir d’hydrogène (H2) et d’azote (N2) dans un réacteur. Le process conventionnel de production d’hydrogène se déroule principalement dans un reformeur de méthane à la vapeur (SMR) et implique un apport important de matières premières fossiles et de combustibles fossiles – en particulier le gaz naturel – avec les émissions de CO2 correspondantes dans l’atmosphère.
Production à partir d’énergie électrique renouvelable
Cependant, l’élan mondial en faveur des sources d’énergie alternatives a permis de passer de l’ammoniac « gris » à l’ammoniac « vert ». Ce changement repose sur la stratégie « power-to-X ». Cela signifie que l’énergie électrique renouvelable est utilisée pour obtenir les molécules chimiques nécessaires. Dans le cas de l’ammoniac, l’énergie éolienne et solaire est utilisée pour alimenter les usines d’électrolyse pour la production d’hydrogène à partir de l’eau, ainsi que les unités de séparation de l’air (ASU) pour l’extraction de l’azote de l’air.
L’ammoniac « vert » offre plus de possibilités d’utilisation que le NH3 « gris ».
Par rapport au produit « gris », l’ammoniac « vert » peut être utilisé de plusieurs manières : non seulement comme engrais important, mais aussi comme carburant, par exemple pour l’industrie de la construction navale qui consomme beaucoup d’énergie. De plus, il joue un rôle important en tant que vecteur de l’hydrogène « vert ». En effet, le NH3 permet un transport maritime efficace sur le plan énergétique et peu encombrant, depuis les régions où l’hydrogène est produit jusqu’aux régions du monde où la demande est forte. À destination, les craqueurs d’ammoniac séparent à nouveau l’hydrogène et le mettent à la disposition de tous les consommateurs.
L’ammoniac « vert » : Le diagramme montre la chaîne de valeur basée sur la stratégie « power-to-X ».
La demande triplera d’ici 2050
Compte tenu de ces possibilités, la demande d’ammoniac passera de 200 millions de tonnes par an à 690 millions de tonnes en 2050, selon l’Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA) et l’Association pour l’énergie de l’ammoniac (AEA). C’est pourquoi l’industrie investit massivement dans la production et la logistique. Dans le monde entier, il existe 300 projets enregistrés pour la production de NH3 « vert ».
Exemples de solutions de mesure sur mesure tout au long de la chaîne de valeur
En raison de défis spécifiques, de nombreuses étapes de process le long de la chaîne de valeur du NH3 nécessitent des solutions sur mesure. En voici quatre exemples :
Pour chaque étape de la chaîne de valeur, WIKA propose des systèmes de mesure adaptés (dans le sens des aiguilles d’une montre à partir de la gauche), par exemple un indicateur de niveau avec système à double chambre pour la séparation et la liquéfaction de l’ammoniac, le thermocouple multipoint modèle TC96-O Flex-O™ pour la synthèse de l’ammoniac, le débitmètre HHR FlowPak® pour l’unité de séparation de l’air et l’ensemble thermocouple à peau tubulaire modèle TC59-E eTEFRACTO-PAD® pour le craquage de l’ammoniac.
- Mesure du débit dans l’unité de séparation d’air : L’espace d’installation dans cette unité est souvent limité. Pour de telles applications, WIKA a développé le débitmètre HHR FlowPak®. L’instrument, qui est basé sur le principe de la pression différentielle, ne nécessite pas de tuyaux en amont et en aval et peut même être installé après deux coudes de 90°. Il offre néanmoins une très grande précision.
- Contrôle de la température pendant la synthèse de l’ammoniac : Des thermocouples multipoints à temps de réponse rapide permettent de générer rapidement un profil de température dans les lits catalytiques des réacteurs. Une seule connexion permet de réaliser jusqu’à 40 points de mesure. Caractérisés par leur modularité, les modèles TC95 et TC96-O Flex-O™ sont spécifiquement conçus pour de telles applications.
- Surveillance du niveau lors de la séparation et de la liquéfaction de l’ammoniac : Pour cette tâche, WIKA propose un indicateur de niveau personnalisable avec diverses surveillances redondantes dans un système à deux chambres. La solution à deux chambres comprend une chaîne Reed ou un capteur magnétostrictif ainsi qu’un radar à ondes guidées et une indication magnétique qui peut facilement être lue à distance. Elle peut supporter sans problème des pressions élevées. La conception intelligente du système de mesure permet également d’éviter que l’effet de bulle provoqué par l’ébullition de l’ammoniac liquide ne fasse danser le flotteur, garantissant ainsi un signal sans problème.
Surveillance de la température du tube dans les craqueurs d’ammoniac : La séparation de l’hydrogène et de l’ammoniac a lieu dans de nombreux tubes de craquage remplis de catalyseur. L’apport d’énergie thermique nécessaire à la réaction chimique est fourni par une combustion externe. La mesure exacte et continue de la température des tubes est une variable importante pour contrôler efficacement les process et éviter les surchauffes. Le portefeuille de WIKA comprend différents modèles d’appareils à cet effet, dont le TC59-E eTEFRACTO-PAD® breveté qui est monté avec un seul cordon de soudure et qui fournit la température exacte du tube en permanence.
L’ammoniac « vert » : Services pour les instruments de mesure pour la production
Toutes les étapes du process nécessitent également des transmetteurs de pression de process et de pression différentielle, ainsi que les vannes d’instrumentation correspondantes, qui sont également utilisées pour la surveillance du niveau hydrostatique et du débit. De plus, les exploitants d’installations peuvent faire appel aux services d’accompagnement de WIKA, par exemple lors de l’installation, de la maintenance et de l’étalonnage.
Note
Sur le site de WIKA, nous vous donnons un aperçu des solutions d’instrumentation pour les applications d’hydrogène ainsi que pour la production conventionnelle d’ammoniac. Vous y trouverez également des informations complémentaires sur les instruments mentionnés TC95, TC96-O Flex-O™, TC59-E eTEFRACTO-PAD®, HHR FlowPak® ainsi que sur l’indicateur de niveau.
Nous présentons d’autres solutions de mesure pour l’industrie chimique.
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