Séchage du biogaz

Lorsque le biogaz est extrait d’une décharge, d’une station d’épuration des eaux usées (EDAR/PTAR) ou d’une usine de digestion, son contenu en vapeur d’eau est élevé, compte tenu de l’équilibre thermodynamique qui existe dans sa production. Dans certaines installations ce problème augmente l’été à cause de l’augmentation des températures pendant cette saison de l’année, le biogaz arrivant à atteindre la sursaturation, à tout moment.

La vapeur d’eau réduit de manière drastique le PCI du biogaz. Elle facilite la formation d’acides corrosifs et provoque des obturations dans le système des tuyauteries. C’est pourquoi, cela affecte à la fois le fonctionnement de l’installation et la performance énergétique des équipements concernés par son utilisation comme biocombustible (moteurs, turbines, chaudières, brûleurs, soufflants, etc.).

C’est pourquoi il convient, avant de l’utiliser comme biocombustible, de réduire au maximum son contenu d’humidité. Cette humidité que contient le biogaz est une humidité acide, à cause du contact avec les gaz acides présents dans le biogaz (CO2 y H2S), par conséquent, lorsqu’il entre dans le système de cogénération, il produit également une corrosion.

CLEAN-BGAS DRY est une solution pour le séchage du biogaz. Elle se base sur la combinaison du refroidissement et de la condensation. Elle fonctionne parfois comme un épurateur.

Les modules de séchage du biogaz CLEAN-BGAS DRY combinent différentes techniques de réduction de la vapeur d’eau, dans le but d’éliminer les particules et la mousse, en fournissant un gaz avec des caractéristiques appropriées pour son exploitation stable dans des moteurs, turbines et chaudières à vapeur.

La gamme de séchoirs de biogaz Condorchem Envitech dispose de trois principaux types, qui présentent un fonctionnement robuste et simple. Ils occupent peu d’espace et constituent une technologie sûre et d’une grande efficacité. Tous les équipements sont automatisés. Ils exigent donc une supervision minimum, pendant leur fonctionnement.

Types de séchoirs :

• Sans récupération énergétique
• Avec récupération énergétique
• Avec un système de suppression du H2S

Le biogaz est un gaz humide. Il faut donc le sécher, avant de l’utiliser, afin d’éviter:

• Des problèmes dans les systèmes de cogénération
• La corrosion
• Les colmatages dans la circulation du biogaz

La technologie CLEAN-BGAS DRY combine des techniques de refroidissement et de condensation qui permettent d’atteindre une efficacité d’élimination de plus de 95 %, en fonction de la température de travail, tout en offrant un faible coût de fonctionnement. Elle peut inclure également un collecteur-nettoyant qui, outre de minimiser les besoins énergétiques du fonctionnement, permet que le biogaz soit lavé par ses propres condensats.

Cela produit une réduction partielle du H2S et du NH3, qui accompagnent le biogaz. On peut donc la considérer comme une technologie aux multiples usages.

• Il produit un courant de gaz, avec un faible contenu d’humidité.
• Élimination d’une grande efficacité.
• Faible consommation électrique.
• Faible coût de maintenance.
• Complètement automatisé.
• Installation solide.

• Élimination de la vapeur d’eau du biogaz.
• Réduction partielle des siloxanes de type D.
• Réduction partielle du H2S, NH3 et des hydrocarbures.
• Réduction de la température et de l’humidité relative du gaz.

• Système modulaire.
• Fonctionnement continu.
• Il peut réduire la vapeur d’eau et, à tour de rôle, le H2S, le NH3, les hydrocarbures et les siloxanes, selon les besoins.
• Au sein de l’installation du biogaz, il peut fonctionner à la fois à travers la ligne de succion et dans la ligne de pression.
• On peut inclure un système de contrôle opérationnel, à la demande du client.
• Fonctionnement automatique.
• Grande efficacité dans l’élimination de l’humidité du biogaz.
• Peut inclure un système de récupération d’énergie ou de réchauffement.

La technologie de production du biogaz, pendant les dernières années, a connu une croissance exponentielle et l’on prévoit un avenir prometteur dans ce sens. Car il se présente comme le principal remplaçant du gaz naturel, que ce soit pour son application comme combustible, pour l’automobile ou pour son intégration au réseau de distribution de gaz naturel.

Les énergies renouvelables luttent pour le leadership de la production énergétique : Parmi les énergies se trouvent l’éolienne, la géothermique, l’hydroélectrique, la marémotrice, la solaire, la biomasse et les biocarburants.

Au sein des différents types d’énergies provenant de la biomasse, se trouve ce que l’on appelle le biogaz. Le biogaz est le gaz produit par la décomposition anaérobie (sans oxygène) de la matière organique. Celui-ci contient essentiellement du méthane (CH4) qui lui donne sa caractéristique de gaz combustible.

C’est pourquoi, le biogaz provenant des décharges (remplissages sanitaires), d’usines de méthanisation et d’épuration des eaux usées (EDAR), constitue un matériau précieux pour la production d’énergie, de biocombustibles et l’élaboration de produits chimiques comme l’hydrogène et le méthanol.

Le biogaz, d’un point de vue technique, est un mélange multicomposé de gaz, à la fois dans sa composition de base (CH4, CO2, H2, O2, N2, vapeur d’eau, etc.), comme dans ses composants nocifs (NH3, siloxanes, hydrocarbures halogénés et lourds, H2S, etc.). Sa composition est intimement liée au type de matière qui se soumet au processus de digestion anaérobie, à la technologie utilisée pour sa production et au type de processus sélectionné.

Pour son application et l’utilisation dans la production d’énergie et/ou comme matière première pour l’élaboration de produits chimiques, il faut améliorer sa qualité. Pour cela, il faut réduire son contenu en humidité et en éliminer tous les composants nocifs, décrits ci-après.

Le présent article décrit, sommairement, la technologie de séchage/déshumidification, comme voie pour la réduction de l’humidité et d’autres composants nocifs, présents dans le biogaz et ses composants de base.

Par séchage/déshumidification du biogaz on comprend l’élimination partielle ou totale de l’humidité contenue dans le courant du biogaz qui apparaît essentiellement sous la forme de vapeur d’eau.

La vapeur d’eau réduit de manière drastique le PCI du biogaz ; c’est pourquoi, cela affecte la performance énergétique des machines concernées 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 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. La quantité de vapeur d’eau contenue dans le biogaz est directement liée à la fois à la température de fonctionnement du système de production du biogaz, et à la température environnementale, de manière générale.

Il existe de nombreuses techniques de séparation/élimination, appliquées afin de réduire ce type de composants. Par exemple, l’adsorption dans du gel de silice est une technique appliquée pour le séchage du biogaz et le lavage au glycol. Cependant, la combinaison du refroidissement et de la condensation sont deux techniques/opérations qui offrent de très bons avantages dans le nettoyage du biogaz, dans le but, essentiellement, de réduire l’humidité et, dans une certaine mesure, éliminer des composants comme : les hydrocarbures halogénés et lourds, ainsi que les siloxanes, en fonction de la température de fonctionnement.

Les recherches à l’échelle industrielle ont démontré que plus la température de refroidissement utilisée est basse, plus le niveau de réduction de l’humidité augmente et augmente, à la fois, le niveau d’élimination d’autres composants comme : les siloxanes essentiellement de type D et les hydrocarbures, à la fois lourds et halogénés.

Technique de condensation:

• Séparateur de gouttes
• Hydrocyclones
• Pièges à vapeur
• Tampons à eau
• Pot à condensats

Technique de séchage:

• Refroidissement
• Adsorption au gel de silice
• Glycol
• Réchauffement

Une installation de séchage/déshumidification du biogaz dispose en général de:

• Un équipement d’échange thermique, en général du type tube et carcasse.
• Condensateur
• Machine de réfrigération
• Accessoires

Une installation de séchage/déshumidification du biogaz, développée par Condorchem Envitech est composée des équipements suivants : pot à condensats, échangeur de chaleur en position verticale, séparateur de goutte et machine de refroidissement.

Certaines installations de séchage du biogaz disposent à la fois d’un récupérateur/économiseur, afin de minimiser la consommation énergétique de cette opération, ce qui se traduit par la minimisation des coûts opérationnels et, par conséquent, par des machines de refroidissement avec une plus faible puissance frigorifique, et donc avec un coût fixe inférieur. L’utilisation de cet équipement dépend de nombreux facteurs, parmi eux le débit du biogaz à traiter, de la température et de la finalité de l’installation. En 2008, Condorchem Envitech a introduit sur le marché du nettoyage du biogaz, le récupérateur/économiseur-nettoyant qui est le résultat de son travail de R+D+i. On garantit, ainsi, un niveau d’efficacité du nettoyage du biogaz, en consommant le minimum d’énergie.

Une installation de nettoyage du biogaz avec un économiseur, dont la finalité est de réduire son humidité et d’éliminer, à la fois, le siloxane et le sulfure d’hydrogène (H2S). Dans celle-ci apparaissent les différents équipements qui composent la technologie.

Le cœur de ces installations de séchage/déshumidification du biogaz ce sont les machines de refroidissement, en général de l’eau glycolée, par le refroidissement de l’échangeur de chaleur où sera refroidit le biogaz. Par conséquent, un bon choix de ce type de machines est essentiel, afin de garantir un bon fonctionnement et la durabilité de l’installation.

Actuellement, les études liées aux économies d’énergie dans ce type d’installations (grandes installations) se tournent vers l’utilisation de machines de refroidissement par adsorption où l’on cherche à utiliser les gaz d’échappement du système de cogénération pour générer le froid nécessaire pour le refroidissement du biogaz et ainsi se ferme un cycle énergétique très intéressant.

Actuellement sur le marché du séchage/déshumidification du biogaz, il existe deux types d’installations de base, selon la position dans laquelle se trouve l’équipement de l’échangeur thermique : ceux de position horizontale et ceux de position verticale.

Depuis l’an 2000, Condorchem Envitech développe l’installation de séchage/déshumidification du biogaz de position verticale qui offre les avantages suivants.

• Besoin de moins d’espace.
• Meilleure évacuation des condensats formés.
• Moins de probabilités de congélation dans le tube, en travaillant à basses températures.
• Meilleurs coefficients de transfert de chaleur.
• Plus grande efficacité de la réduction d’humidité et d’autres polluants.