Enrichissement du biogaz et production de biométhane

CLEAN-BGAS UPGR est une solution conçue pour l'enrichissement du biogaz et la production de biométhane. La technologie comprend différentes étapes et elle est basée sur un processus chimique qui comprend un épurateur chimique aux amines. La technologie a différents modules:

• Nettoyage du biogaz
• Élimination du CO2 / Biométhane
• Récupération de dissolvants
• Séchage du gaz / biométhane

Nettoyage du biogaz : Il a pour objectif de séparer toutes les impuretés du biogaz, avant qu’il passe dans le processus d’élimination du CO2. Lors de cette étape, on élimine les composants indésirables, comme les siloxanes, l’humidité, les particules, les hydrocarbures halogénés et le NH3, qui peuvent contaminer le dissolvant utilisé pour l’épuration.

Élimination du CO2 / Biométhane : On l’obtient à travers l’absorption chimique. Le biogaz est lavé avec un dissolvant chimique approprié (alcanolamine) afin d’éliminer jusqu’à 100 % du C0 du débit, ainsi que les éventuelles traces de H2S qu’il peut y avoir. On obtient, comme résultat du processus un débit de biogaz avec un haut niveau de CH4, similaire au gaz naturel.

Récupération de dissolvants : La régénération des dissolvants se fait par distillation. On sépare ainsi le dissolvant du débit de CO2, capturé auparavant du biogaz. Le dissolvant est utilisé une fois de plus dans l’opération d’absorption, tandis que le CO2 peut être destiné à d’autres utilisations (remplissage d’extincteurs d’incendie, glace carbonique, culture d’algues, pétrochimie, etc.).

Séchage du gaz / biométhane : Son but est de garantir un gaz sec pour être comprimé et stocké. Cette opération implique le refroidissement et le séchage par adsorption. Pour la dernière opération, on utilise des substances d’une grande capacité d’adsorption.

• Faible consommation électrique
• Investissement minimum en travaux de génie civil
• Combustible écologique
• Fonctionnement à basses pressions
• Le dissolvant est sélectif, perte minimum de méthane

• Biocombustible pour véhicules
• Injection dans le réseau de gaz naturel
• Matière première pour la production méthanol et d’hydrogène
• CO2 d’une grande pureté
• Comme gaz naturel

• Apte pour tout type de biogaz
• Équipement compact installé dans des conteneurs maritimes modifiés
• Équipement modulaire en fonction de la flotte de véhicules
• Fonctionne à basse pressions
• Gestion intelligente de l’énergie produite
• Complètement automatique
• Produit un courant de CO2 d’une grande concentration, très utile pour le marché

Aujourd’hui nous pouvons parler de deux types essentiels de biogaz. Celui qui est produit de manière contrôlée, fondée sur la technologie de la digestion anaérobie où l’on applique habituellement différents types de biodigesteurs, en fonction du type de matière à traiter, et la production de biogaz de manière naturelle (incontrôlée) où les plus représentatifs sont actuellement ceux constitués par les décharges de déchets solides urbains (DSU).

Le tableau 1 montre la composition typique du biogaz conformément à sa provenance, c’est à dire, de la matière à traiter.

Gaz	Déchets agricoles (%)	Boues d'épuration (%)	Déchets industriels (%)	Décharge (%)	Effet
Méthane	50-80	50-80	50-70	45-65	Combustible
CO2	30-50	20-50	30-50	34-55	Inerte
Vap H2O	Saturation	Saturation	Saturation	Saturation	Nocif
H2	0-2	0-5	0-2	0-1	Combustible
H2S	100-7000 ppm	0-1	0-8	0,5-3000 ppm	Corrosif
NH3	50-100 mg/m2	Traces	Traces	Traces	Corrosif
CO	0-1	0-1	0-1	Traces	Combustible
N2	0-1	0-3	0-1	0-20	Inerte
O2	0-1	0-1	0-1	0-5	Corrosif
Siloxanes	NR	0-100 mg/m2	NR	0-50 mg/m2	Abrasif
HCH	NR	Traces	NR	10-4000 mg/m2	Nocif

Tableau 1

Bien que tous les types de biogaz soient aptes à la production de biométhane, ceux provenant de processus contrôlés sont ceux qui présentent les meilleures qualités pour leur transformation en gaz avec des caractéristiques similaires au GN (Gaz Naturel), compte tenu de la concentration en méthane (CH4) qui peut être atteinte et la moindre concentration en composants polluants qui présentent parmi eux de l’O2. Le tableau 1 montre la composition typique du biogaz généré selon les types de déchets.

Actuellement, apparaît sur le marché, un ensemble de technologies pour l’enrichissement du biogaz ou sa transformation en biométhane (PCI élevé et constant), ce qui fait de ce gaz un matériau avec de larges possibilités d’utilisation. Parmi ces techniques, on peut mentionner:

Absorption chimique. Elle se base sur une réaction acide-base, en utilisant pour cela un réactif sélectif qui minimise la perte de méthane (CH4). Elles opèrent à basses pressions. Lavage à l’eau de pression : Il se fonde sur le principe de la solubilité des gaz dans l’eau, ce qui dépend de la température et de la pression. Deux types de technologies apparaissent dans ce cas : avec recirculation de l’eau et sans recirculation). Ces technologies opèrent à hautes pressions.

Techniques d’Adsorption. Tamis moléculaires. Fondée sur des forces d’attraction moléculaire qui surgissent entre l’adsorbat et l’adsorbant (forces de Van der Waals), où apparaît une certaine réaction chimique qui joue un rôle important dans le lien entre la dimension de la molécule et la dimension du pore de l’adsorbant. Dans ce cas, des différences techniques peuvent apparaître : la plus habituelle est celle de la pression différentielle (PSA). Elles se caractérisent par opérer à hautes pressions.

Séparation cryogénique. Fondée sur des opérations de compression, refroidissement et expansion continue (distillation à froid) du biogaz, qui permettent de séparer le CO2 du biogaz en augmentant ainsi la concentration en méthane (CH4) dans ce gaz. Elle se fonde sur la connaissance du point triple de chaque composant et les conditions auxquelles il peut être atteint (T et P). Elle opère à hautes pressions.

Séparation par membranes. Fondée sur le principe de la perméabilité que présentent les différents composants. La perméabilité est la capacité d’un matériau à permettre qu’un flux le traverse sans altérer sa structure interne. En général on utilise une membrane du type à fibres creuses. Elles requièrent de hautes pressions.

Le tableau 2 montre la composition typique du gaz naturel, du biogaz et du biogaz enrichi (biométhane). Ce dernier cas, à travers le lavage à l’eau à haute pression.

Composants	Gaz naturel (%)	Biogaz (%)	Biométhane (%)
CH4	86-93	50-75	89-98
CO2	9,5-13	25-50	0,5-2
Propane	0,4	0	0
Butane	0,09	0	0
H2S	0	0-5000 ppm	0
NH3	0	0-500 ppm	0
VH 0	0	0,1-5	0
Particules inertes	0	> 5μm	0,1
N2	0,68	0-14	0-5
Siloxanes	0	0-100 mg/m	0
HCH	0	0-4000 mg/m2	0

Tableau 2

La figure 1 montre le comportement du coût d’investissement estimé vs la capacité de traitement du biogaz brut, pour les différents types de technologies existantes, pour la production de biométhane.

La figure 2 montre le niveau d’introduction actuelle des différents types de technologies d’enrichissement du biogaz, jusqu’à la qualité du gaz naturel. Trois types de techniques selon le graphique sont les plus appliquées. Lavage à l’eau sous pression, lavage chimique et pression oscillatoire (PSA). Actuellement, grâce au développement atteint dans les prestations des membranes, l’application de cette technique augmente dans ce secteur.

La figure 3 montre l’application des techniques d’enrichissement du biogaz dans les différents pays. Son application essentielle s’adresse à la production de biométhane pour être intégré au réseau de distribution.

Le biogaz a différentes origines. Il constitue un matériau précieux pour la production d’énergie, de produits chimiques et de biocombustibles. Comme il s’agit d’une source d’énergie renouvelable, elle est inépuisable, propre et on peut l’utiliser en mode autogestion, c’est pourquoi elle permet de planifier sa production et de l’adapter aux besoins de consommation. Son utilisation génère moins de pollution environnementale et constitue une alternative viable face à l’épuisement des énergies fossiles, comme le gaz naturel et le pétrole, sur lesquels on observe déjà une augmentation des prix.

La tendance actuelle vise la production du biogaz comme substitut du gaz naturel, pour être intégré au réseau de distribution ou pour l’utilisation dans le secteur automobile.

Le gaz naturel se trouve dans la nature, sous la terre, dans les “poches de gaz”, couvertes par des couches imperméables qui empêchent leur sortie à l’extérieur ; il peut également se trouver accompagnant le pétrole brut, dans les puits pétroliers, ou bien dans des gisements exclusivement de gaz naturel. Le principal composant du gaz naturel est toujours le méthane (CH4), qui représente entre 83 et 97 % du volume total du mélange. Les autres hydrocarbures gazeux toujours présents, mais dans de plus faibles proportions sont l’éthane (C2H6), le butane (C4H10) et le propane (C3H8). Et, en dernier, parmi les composants autres que les hydrocarbures on trouve habituellement de l’azote, du dioxyde de carbone, du sulfure d’hydrogène, de l’hélium et de l’argon.

Le développement actuel, atteint en matière de biogaz, est parvenu au point que la tendance de son utilisation s’adresse, de plus en plus, à remplacer le gaz naturel à travers la production de biométhane. Différents types de technologies sont apparues sur le marché pour cette transformation.