Nettoyage du biogaz

Condorchem Envitech propose des solutions complètes pour la collecte et le nettoyage du biogaz dans différentes installations de biogaz, quelle que soit leur origine (décharges, stations d'épuration ou installations de digestion). Ces solutions vont de l'ingénierie à la fourniture d'équipements, de technologies et à la mise en service de l'installation.

Le module CLEAN-BGAS® MP DRY est conçu pour réduire les composants indésirables du biogaz. Ce module se concentre sur le refroidissement et le passage du biogaz à travers du charbon actif, le tout monté dans une structure qui permet une installation, une exploitation et une maintenance simples.

Caractéristiques de nos installations de nettoyage de biogaz:

• Installations optimisées en termes de consommation d'énergie et de réactif.
• Fonctionnement automatique.
• Réduit simultanément l'humidité, les hydrocarbures et les siloxanes, ainsi que partiellement le H2S et le NH3, selon les besoins du client.
• Système compact, ce qui réduit l'espace requis et facilite la maintenance.
• Réduction de l'humidité relative et de l'humidité absolue du biogaz.

Étant donné que le biogaz ne peut pas être utilisé dans les centrales de cogénération sans nettoyage, le pourcentage d’humidité et tous les composés susceptibles de réduire la durée de vie de tout équipement utilisant du biogaz comme carburant doivent être réduits.

L’une des parties essentielles d’une usine de biogaz destiné à l’utilisation comme biocombustible c’est l’usine de captation et de nettoyage.Cette usine de captation et de nettoyage comprend un ensemble d’équipements et de technologies, nécessaires à une planification adéquate et à l’utilisation du biogaz.

Composants d'une Installation de Nettoyage du Biogaz:

• Déshumidification/Séchage du Biogaz : Élimination de l'humidité grâce à des pots de condensats, des échangeurs de chaleur et des machines de réfrigération.
• Systèmes de Nettoyage : Utilisation de technologies telles que des filtres à charbon actif, des membranes et des laveurs chimiques pour éliminer les composants indésirables tels que H2S, siloxanes, hydrocarbures, etc.

Ces usines comprennent des parties comme :

• Système de tuyauteries et d’équipements (pot à condensats, séparateurs de mousses, filtres à particules, filtres à gravier, etc.).
• Système de transport. Soufflants centrifuges, du canal latéral et rotatives. Auxiliaires comme les arrête-flammes, joints d’expansion et soupapes.
• Système de gestion du biogaz. Torche, gazomètres et auxiliaires.

Un processus fondé sur le refroidissement, la condensation, le lavage à l’eau et l’absorption de charbon activé.

Le biogaz est un mélange de gaz, composé essentiellement de CH4, C02, vapeur d’eau et traces d’autres composants (H2S, siloxanes, NH3 et hydrocarbures, parmi d’autres). Afin de pouvoir l’utiliser dans un système de CHP, il faut réduire son contenu d’humidité et éliminer tous les composants nocifs, afin de garantir la durabilité de l’équipement impliqué dans son utilisation comme biocombustible.

Le module CLEAN-BGAS® MP DRY garantit la réduction de ces composants (vapeur d’eau, particules, H2S et siloxanes). La technologie a deux parties : le refroidissement du biogaz et d’adsorption du charbon activé. Le charbon activé est sélectionné pour le principal composant dangereux. L’ensemble de l’équipement est placé dans une base, afin de faciliter son fonctionnement, entretien et installation.

• Production de biogaz de grande qualité
• Réduit la consommation énergétique de 30 %
• Adsorbant de longue durée
• Faible coût d’entretien
• Complètement automatisé
• Améliore les émissions de gaz d’échappement des systèmes de cogénération

• Élimination des siloxanes et des hydrocarbures
• Élimination de la vapeur d’eau
• Élimination du H2S et du NH3
• Réduction de la température
• Gaz de décharge
• Gaz des eaux usées

• Système modulaire
• Apte pour tout type de biogaz
• Fonctionnement continu à partir de son installation
• Réduction simultanée de la température, vapeur d’eau, H2S, NH3, hydrocarbures halogénés et siloxanes
• Fonctionne à travers des lignes à vide ou sous pression
• Comprend un système de séparation pour les particules et la mousse
• Automatisation complète
• Les filtres à charbon activé sont faciles à manipuler
• Offre un biogaz de grande qualité
• Peut inclure un système de récupération d’énergie ou de réchauffement

L’origine du biogaz se trouve dans la décomposition anaérobique (putréfaction) de la matière organique, et son contenu en méthane (CH4) se trouve dans une grande fourchette de valeurs, qui oscille essentiellement entre 35 et 70 %, et qui dépend en grande mesure de sa méthode de production et des types de matières concernées. La concentration en méthane est ce qui permet au biogaz sa caractéristique de combustible. Ce gaz, s’il est libéré dans l’atmosphère contribuera à l’augmentation de l’effet de serre, le méthane (CH4) est 21 fois plus polluant que le CO2.

Dans ce sens, l’utilisation du biogaz, comme combustible ou matière première pour la production d’autres produits, est la meilleure option, et cela implique un bénéfice pour l’environnement, non seulement parce qu’il évite l’émission de gaz méthane dans l’atmosphère, mais aussi parce qu’en outre, il réduit l’émission d’autres gaz qui provoquent l’effet de serre, provenant par exemple, de la combustion de combustibles fossiles. Comme source d’énergie renouvelable, le biogaz est une source inépuisable, propre et qui peut être utilisée en autogestion. C’est l’une des énergies renouvelables les plus accessibles, compte tenu de la facilité de son obtention. En outre, 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, où l’on observe également une augmentation des prix dans les dernières années.

Avec un pouvoir calorifique inférieur (PCI) de l’ordre de 4 000 à 6 000 Kcal/m3, le biogaz peut être utilisé pour la production et la vente d’électricité et de chaleur, être employé comme biocarburant pour l’automobile, être réintégré au réseau de distribution de gaz naturel ou être utilisé comme matière première pour la production de H2 et de méthanol. Cependant, la voie d’utilisation la plus efficace du biogaz est la cogénération, avec laquelle on obtient à la fois de l’énergie électrique et thermique.

Voici les principales raisons pour lesquelles un processus de nettoyage du biogaz est nécessaire:

• Fonctionnement Optimal des Machines : Assure le fonctionnement efficace des machines (moteurs, turbines, chaudières, piles à combustible, véhicules, etc.) utilisant le biogaz comme combustible.
• Durée de Vie Prolongée de l'Équipement : Prolonge la durée de vie de l'équipement utilisé pour le pompage, l'extraction et la compression (soufflantes et compresseurs).
• Amélioration des Émissions : Améliore les émissions de gaz d'échappement des machines à moteur.
• Sécurité de l'Opérateur : Évite les concentrations toxiques nocives pour les opérateurs humains.
• Réduction des Coûts de Maintenance : Réduit les coûts de maintenance, y compris les réparations et les remplacements d'huile, pour les machines impliquées dans de telles installations.
• Système Efficace de Capture, Pompage, Stockage et Distribution de Biogaz : Assure un fonctionnement optimal du système de capture, de pompage, de stockage et de distribution du biogaz.

Le tableau 1 montre la composition typique du biogaz, selon sa provenance, c’est à dire, la décharge ou l’usine de méthanisation, et le type de matière à traiter.

Tableau 1

Bien que tous les types de biogaz soient aptes pour la production biométhane, ceux provenant de processus contrôlés, sont ceux qui présentent la meilleure qualité pour sa transformation dans un gaz aux caractéristiques similaires au GN, compte tenu de la concentration en méthane (CH4) que l’on peut arriver à atteindre et la plus faible concentration en composants polluants qu’il présente, parmi eux le O2.

Pour son application, l’utilisation comme matériau combustible ou comme matière première pour l’élaboration de produits chimiques, comme le méthanol et l’hydrogène, il faut améliorer sa qualité. Pour cela, il faut en retirer tous les composants nocifs, décrits ci-après.

Il faut nettoyer le biogaz, pour un fonctionnement optimal et des performances des machines (moteurs, turbines, chaudières, piles à combustible, etc.) liées à son utilisation comme combustible. Nous obtenons ainsi la réduction du coût de l’entretien (réparation et changement d’huiles) des machines concernées dans ce type d’installation ; une durée de vie utile prolongée des machines et des équipements utilisés pour son pompage, l’extraction et la compression (soufflants et compresseurs). Outre une amélioration des émissions des gaz d’échappement des machines motrices, en respectant les normes des émissions dans l’atmosphère. Et, en dernier, éviter des concentrations toxiques pour l’être humain, notamment des concentrations en H2S.

Vapeur d’eau

La vapeur d’eau réduit de manière drastique le PCI du biogaz ; c’est pourquoi, cela affecte la performance énergétique des équipements concernés par son utilisation comme biocombustible (moteurs, turbines, chaudières, brûleurs, etc.). Il convient donc, avant de l’utiliser comme matériau énergétique, de réduire au maximum son contenu d’humidité, à travers n’importe quelle méthode. Cette élimination est à la fois nécessaire pour éviter l’accumulation de condensats sur la ligne de gaz et, ainsi, éviter la formation d’acides corrosifs, de même que le colmatage des tuyauteries.

Hydrocarbures halogénés et lourds

Les hydrocarbures halogénés sont essentiellement ceux qui contiennent du chlore et du fluor et qui peuvent provoquer des problèmes de corrosion aux moteurs de génération d’électricité, notamment dans la chambre de combustion, les soupapes et la tête de cylindre, tandis que les hydrocarbures d’un poids moléculaire élevé, à hautes concentrations, peuvent provoquer un dysfonctionnement du moteur, à cause de la grande différence de son point d’ignition avec celui du biogaz CH4). Dans de nombreux cas, ceux-ci réalisent une combustion partielle, en provoquant l’augmentation de la concentration de formaldéhyde, COV et autres composants, dans les gaz d’échappement de ce type de machines.

Sulfure d’hydrogène (H2S)

La désulfurisation du biogaz est nécessaire afin de prévenir la corrosion et éviter les concentrations toxiques de sulfure d’hydrogène (H2S). Lorsque le biogaz brûle, des oxydes de soufre se forment, comme les : SO2/SO3 qui sont encore plus toxiques que l’H2S dont ils proviennent. En même temps, le SO2 réduit le point de condensation du gaz d’échappement (fumées) avec la possibilité de formation d’acide sulfureux (H2SO3) qui est hautement corrosif. D’un autre côté, le sulfure d’hydrogène (H2S), en se mélangeant à l’humidité de l’air (eau) ou avec la propre humidité du biogaz dans la chambre de combustion des moteurs ou des chaudières, forme de l’acide sulfurique (H2SO4) qui attaque ses différentes parties métalliques, notamment celles contenant du cuivre (Cu), bronze, fer ou un autre matériau, en réduisant considérablement les prestations de ces parties. En outre, dans le cas des moteurs, il pollue le lubrifiant en produisant des émissions d’oxydes de soufre dans les gaz d’échappement, nocifs pour l’environnement.

Siloxanes

Parmi les composants ayant une plus grande incidence sur l’utilisation énergétique du biogaz généré dans une décharge et/ou des stations d’épuration se trouvent les siloxanes, qui produisent des dommages aux moteurs employés, en réduisant ainsi leur durée de vie utile, par l’effet abrasif qu’ils produisent sur leurs parties internes.

Cet effet est dû à la décomposition du silice dans les différentes parties, comme le résultat de la combustion qui a lieu dans la partie interne du moteur.

Il existe de nombreuses techniques de séparation/élimination, appliquées afin de réduire ce type de composants. Chacune s’adresse à un composant en particulier, en fonction de l’origine du biogaz et de son éventuelle application. Ainsi, par exemple, pour les siloxanes à travers la combinaison des techniques, nous expliquerons ci-après la technologie CLEAN-BGAS MP DRY.

La technologie CLEAN-BGAS MP DRY pour le nettoyage du biogaz dispose d’un ensemble d’équipements qui, interconnectés entre eux, permettent d’éliminer à travers un moyen physique (thermique et adsorption) le contenu en humidité, les siloxanes, les composés halogénés et le H2S, ainsi que de réduire la température du gaz jusqu’à des valeurs admissibles pour l’entrée dans les moteurs.

Le module réalise différentes opérations dans un ordre préétabli (technologie multifonctions), refroidissement (réduction de la température), condensation (élimination de l’humidité, des siloxanes, de l’acide sulfhydrique) et l’adsorption (réduction des composants indésirables, comme les siloxanes, le H2S et les hydrocarbures). Pour cela, il dispose de différents éléments techniques qui garantissent ce résultat.

Fondement technique

Il refroidissement du biogaz se fait jusqu’à 2º C, pour l’élimination des siloxanes, la condensation pour la réduction du niveau d’humidité du biogaz, le lavage pour la réduction des gaz acides (H2S) et l’ammoniaque (NH3), et l’adsorption au charbon activé, pour l’élimination des siloxanes et des composés halogénés.

Étapes de la technologie

Les étapes dont dispose cette technologie sont le refroidissement préalable jusqu’à 20º C, pour la réduction de l’humidité absolue, le lavage du gaz et l’extraction des condensats, le refroidissement jusqu’à 2-4º C, pour la réduction du niveau des siloxanes et de l’humidité absolue, le réchauffement du gaz et la réduction de l’humidité relative et, en dernier lieu, l’adsorption au charbon activé. La figure 1 montre la technologie CLEAN-BGAS MP DRY. Les parties dont elle dispose sont le récupérateur-nettoyant, le déshumidificateur, le réservoir de récupération des condensats et les filtres au charbon activé.

Le tableau 2 montre les résultats atteints dans cette opération. Le module CLEAN-BGAS MP DRY est le résultat de cinq années de recherche et de développement (R+D+i) de l’entreprise Condorchem Envitech qui dispose de plus de 15 ans d’expérience dans le domaine du traitement du biogaz généré dans des décharges, usines de méthanisation, stations d’épuration des eaux usées et traitement des gaz. Actuellement, elle poursuit ses recherches, afin d’obtenir une plus grande efficacité énergétique et de suppression des polluants.

Tableau 2