L’enjeu du traitement du biogaz
- Le biogaz est un gaz pauvre dont la composition peut varier. En fonction de son utilisation, une épuration plus ou moins poussée doit être menée. Conserver une bonne qualité du biogaz permet de maintenir la garantie contractuelles sur les équipements de valorisation (chaudières biogaz ou moteurs de cogénération). Différentes techniques existent, ce document permet de les comparer afin d’aider les porteurs de projets dans leurs choix techniques.
- Attention : Ne sont pas abordées dans ce document les techniques d’épuration du biogaz en biométhane. Le traitement consiste à enlever l’eau, l’H2S et autres indésirables du biogaz ; l’épuration consiste à purifier le biogaz en enlevant également le CO2 jusqu’à atteindre un taux de CH4 supérieur à 95%. Le biométhane ainsi obtenu peut être utilisé en substitution de gaz naturel, en injection sur le réseau de gaz ou en carburation (tracteurs, voiture ou bus au GNV – gaz naturel véhicule).
Traiter l’eau du biogaz
- Le biogaz brut en sortie de digesteur est toujours saturé en eau. Une augmentation de pression ou une baisse de température fait condenser l’eau du biogaz. Il est indispensable de concevoir les installations de méthanisation pour qu’à aucun moment de l’eau sous forme liquide ne soit en contact avec les éléments sensibles de la ligne de valorisation du biogaz (électrovannes, capteurs, analyseurs, surpresseurs…)
1- Mise en place de canalisations souterraines. Une solution simple consiste à faire circuler le biogaz chaud issu du digesteur dans un réseau enterré à température constante d’environ 10°C. Le refroidissement du biogaz fera condenser l’eau sur les parois de la canalisation. Il faut veiller à installer les canalisations avec une pente constante de 1,5% minimum afin de drainer les condensats vers des pots de purges. Une fois dans le local de valorisation, le biogaz sera réchauffé ce qui l’éloignera de son point de rosée et permettra une bonne durée de vie des équipements. Ce système est passif donc il ne consomme pas d’énergie. Dans le cas de forts débits de biogaz, il peut ne pas être suffisant.
2- Installer un échangeur pour refroidir le biogaz. Sur les installations à fort débit, ou lorsque les longueurs de tranchées sont trop courtes, il peut être installé un sécheur de biogaz par refroidissement. Il s’agit le plus souvent d’un échangeur tubulaire en inox relié à un groupe froid par un réseau de fluide frigorigène. Les condensats sont récoltés et évacués. Ensuite, le biogaz est réchauffé (le plus souvent via la chaleur issue du moteur de cogénération) afin de l’éloigner de son point de rosée. C’est le système techniquement le plus efficace mais il demande un lourd investissement, de la maintenance et des consommations électriques.
Traiter l’H2S du biogaz
- Enlever le souffre est important pour deux raisons :
- – La sécurité : l’H2S étant un gaz mortel à l’inhalation, le traiter en amont du process permet d’éviter tout risque d’intoxication avec du biogaz en aval.
- – La durée de vie des équipements : l’association d’H2S avec de l’eau génère de l’acide sulfhydrique qui est hautement corrosif. Brûler un gaz trop riche en souffre engendre irrémédiablement des dommages irréversibles aux équipements de valorisation (chaudières biogaz ou moteurs de cogénération)
Il existe de nombreuses techniques pour traiter l’H2S du biogaz. Les plus pertinentes sont présentées ici :
- 1- L’insufflation d’air dans le gazomètre. Lors du stockage du biogaz dans le gazomètre, il est possible d’y insuffler de manière contrôlée de l’air afin de stimuler l’action des bactéries Thiobacillus qui sont aérobies et dégradent l’H2S en souffre solide. En effet, sans oxygène, leur fonctionnement est inhibé. Le souffre élémentaire ainsi formé a tendance à s’accumuler sur les parois des gazomètres sous forme d’amas blancs – jaunâtres.
- Les volumes à injecter sont de l’ordre de 3% de la production de biogaz brut. C’est un procédé simple à mettre en œuvre et très efficace mais il est indispensable de mettre en place tous les éléments de sécurité afin de ne pas envoyer trop d’air dans le gazomètre et former une atmosphère explosive.
- Attention : cette solution est à proscrire en cas d’épuration poussée du biogaz : comme les molécules de CH4 et de N2 ont une taille comparable alors il est difficile de les séparer par procédés membranaires ou PSA (pressure swing adsorption) et l’azote de l’air injectée avec l’oxygène a tendance à rester dans le biométhane.