PTC Systems
Plateforme
technologique ACTIPOLISH®
BIOÉNERGIES
01 — MÉTHANISATION, BIOGAZ
ET BIOMÉTHANE
Valorisation énergétique des matières
organiques et purification des gaz renouvelables
Télécharger la présentation synthétique
ACTIPOLISH® appliquée aux bio-énergies
De la méthanisation
à la valorisation du biométhane :
intégration de BIOPOL® dans la chaîne
de purification du biogaz.
Les bioénergies permettent
de valoriser des ressources organiques
renouvelables sous forme de chaleur,
d'électricité et de combustibles gazeux.
La méthanisation transforme les
matières organiques en biogaz par
un processus biologique réalisé en
absence d'oxygène.
Après purification et séparation
des constituants indésirables, ce
biogaz peut être valorisé sous forme
de biométhane.
PTC Systems intervient dans la chaîne
de purification avec sa plateforme
ACTIPOLISH®, notamment pour la transformation
chimique ciblée des composés soufrés.
1. Les ressources des bioénergies
Les bioénergies reposent sur la valorisation
de différentes ressources d'origine
organique.
| Ressources |
Exemples |
Valorisation possible |
| Déchets agricoles |
Effluents d'élevage, résidus
de cultures |
Production de biogaz |
| Déchets agroalimentaires |
Résidus de transformation, sous-produits
organiques |
Méthanisation |
| Biodéchets |
Déchets alimentaires, restauration
collective |
Production de biogaz et de digestat |
| Boues de stations d'épuration |
Boues organiques issues du traitement
des eaux |
Digestion anaérobie et valorisation
du biogaz |
| Déchets organiques industriels |
Résidus biodégradables de procédés
industriels |
Valorisation biologique selon
leur composition |
2. La méthanisation
La méthanisation est un procédé biologique
de dégradation des matières organiques
en absence d'oxygène.
Elle produit principalement deux fractions
:
- Un gaz combustible appelé biogaz.
- Un résidu organique appelé digestat.
La composition du biogaz dépend de
la nature des matières introduites,
des conditions biologiques et du fonctionnement
du digesteur.
2.1 Composition du biogaz
| Constituant |
Présence et rôle |
| Méthane — CH4 |
Constituant combustible responsable
de la valorisation énergétique. |
| Dioxyde de carbone — CO2 |
Constituant majeur à séparer
pour produire du biométhane. |
| Hydrogène sulfuré — H2S |
Polluant soufré toxique et corrosif
nécessitant un traitement adapté. |
| Mercaptans |
Composés soufrés odorants pouvant
être présents selon les matières
traitées. |
| Eau et autres traces |
Humidité, siloxanes et autres
contaminants selon l'origine du
gaz. |
3. Les différentes valorisations du
biogaz
Le biogaz peut être utilisé directement
après les traitements nécessaires à
l'équipement de valorisation.
3.1 Production de chaleur
La combustion du biogaz permet de
produire de l'eau chaude, de la vapeur
ou de la chaleur pour des procédés industriels.
Une partie de cette énergie peut être
utilisée pour maintenir les conditions
de fonctionnement du digesteur.
3.2 Production d'électricité
Le biogaz peut alimenter des moteurs
ou d'autres équipements de production
d'électricité.
La cogénération permet de récupérer
simultanément de l'électricité et de
la chaleur.
3.3 Production de biométhane
Le biogaz peut être purifié afin d'obtenir
un gaz riche en méthane, compatible
avec les exigences de sa valorisation
finale.
Le biométhane peut notamment être
destiné à l'injection dans les réseaux
gaziers ou à la mobilité.
3.4 Mobilité et carburants gazeux
Le biométhane peut être utilisé sous
forme de bio-GNC ou de bio-GNL, selon
les installations et les usages.
4. Le digestat
La méthanisation produit également
un digestat contenant une partie des
matières organiques et des éléments
fertilisants.
Après contrôle de sa qualité et sous
réserve des exigences réglementaires,
ce digestat peut être valorisé dans
des filières agronomiques adaptées.
La valorisation du digestat constitue
un élément important du bilan économique
et environnemental d'une installation.
5. Pourquoi purifier le biogaz ?
Le biogaz brut ne peut pas toujours
être utilisé directement.
Les composés soufrés, l'humidité et
certains contaminants peuvent provoquer
des phénomènes de corrosion, des difficultés
d'exploitation ou des dégradations des
équipements.
La purification du biogaz
répond à deux objectifs distincts
:
1. Éliminer les
contaminants indésirables, notamment
l'H2S et certains composés soufrés.
2. Séparer le CO2
du méthane lorsque l'objectif est
la production de biométhane.
Ces deux opérations sont complémentaires,
mais ne reposent pas nécessairement
sur les mêmes technologies.
6. Les technologies de purification
Plusieurs procédés industriels sont
utilisés pour le traitement et l'enrichissement
du biogaz.
| Technologie |
Fonction principale |
Points à considérer |
| Charbon actif |
Adsorption de certains contaminants. |
Saturation et remplacement du
média. |
| Désulfuration biologique |
Transformation biologique des
composés soufrés. |
Conditions microbiologiques
et stabilité d'exploitation. |
| Lavage chimique |
Absorption et traitement de
certains polluants. |
Réactifs et gestion des liquides. |
| Membranes |
Séparation du CO2 et du CH4. |
Prétraitement et qualité du
gaz entrant. |
| PSA |
Séparation par adsorption modulée
en pression. |
Pureté, récupération du méthane
et prétraitement. |
| Lavage à l'eau |
Séparation par absorption physique. |
Eau, énergie et conditions opératoires. |
| Lavage
aux amines |
Absorption chimique du CO2. |
Régénération du solvant et besoins
thermiques. |
Le choix d'une technologie dépend
de la composition du biogaz, du débit,
de la qualité finale recherchée et du
coût global de l'installation.
7. La contribution d'ACTIPOLISH®
ACTIPOLISH® est la plateforme technologique
développée par PTC Systems pour la transformation
chimique ciblée de polluants présents
dans les milieux gazeux et liquides.
Elle comprend deux formulations complémentaires
: ACTIPOL® et BIOPOL®.
| Formulation |
Caractéristiques |
Positionnement |
| ACTIPOL® |
Formulation alcaline à 21,2
% d'actif. |
Traitement ciblé des composés
soufrés dans diverses applications
industrielles. |
| BIOPOL® |
Formulation carbonatée à 5 %
d'actif. |
Applications de traitement des
composés soufrés dans les gaz
riches en CO2, notamment le biogaz. |
BIOPOL® est particulièrement adapté
à l'étude des traitements de biogaz,
dont la composition comporte une proportion
importante de CO2.
L'objectif est la transformation chimique
des polluants ciblés, notamment l'H2S,
avant les étapes ultérieures de valorisation.
BIOPOL® n'est pas présenté
comme un procédé autonome de séparation
du CO2 et du méthane.
8. Principe d'une chaîne de production
de biométhane
Une installation peut être organisée
en plusieurs étapes successives.
| Étape |
Fonction |
| 1. Méthanisation |
Production du biogaz brut à
partir des matières organiques. |
| 2. Prétraitement |
Gestion de l'humidité et des
contaminants selon la composition
du gaz. |
| 3. Traitement BIOPOL® |
Transformation chimique ciblée
des composés soufrés. |
| 4. Séparation CO2 /
CH4 |
Enrichissement du gaz en méthane
par une technologie adaptée :
membranes, PSA, lavage ou amines. |
| 5. Contrôle final |
Vérification de la qualité du
biométhane selon sa destination. |
| 6. Valorisation |
Injection dans le réseau, mobilité
ou autres usages. |
Cette succession représente
un schéma de principe. L'ordre exact
des opérations et les traitements nécessaires
doivent être définis pour chaque installation.
9. Intérêt industriel de la désulfuration
L'élimination des composés soufrés
peut contribuer à protéger les équipements
situés en aval du traitement.
Elle présente notamment un intérêt
pour :
- La limitation des risques de corrosion.
- La protection des équipements de
valorisation énergétique.
- La préparation du gaz aux étapes
de purification.
- Le respect des exigences de qualité
du gaz final.
Les performances doivent être confirmées
pour les compositions et les débits
propres à chaque projet.
10. Approche technico-économique
L'évaluation économique d'une installation
de purification doit prendre en compte
plusieurs paramètres.
| Paramètre |
Influence |
| Débit de biogaz |
Dimensionnement des équipements. |
| Concentration en H2S |
Consommation de réactif de traitement. |
| Autres contaminants |
Prétraitements éventuellement
nécessaires. |
| Teneur en CO2 |
Choix et dimensionnement de
la séparation CO2 / CH4. |
| Objectif de pureté |
Performance requise pour le
biométhane final. |
| Consommations énergétiques |
Coûts de compression, pompage
et régénération. |
| Gestion des effluents |
Traitement des liquides et consommables
usagés. |
La compétitivité d'une technologie
doit être appréciée sur l'ensemble de
la chaîne de purification et non sur
le seul coût d'un réactif.
11. Biodégradation des produits réactionnels
Les travaux de PTC Systems ont confirmé
la biodégradation des produits issus
de la transformation chimique étudiée,
sans formation de nouveaux polluants
dans les conditions des essais réalisés.
La gestion des solutions utilisées
doit être étudiée pour chaque installation
en fonction de leur composition et de
la filière de traitement disponible.
Le procédé complémentaire POA
SYSTEM, procédé d'oxydation
avancée original et breveté développé
par PTC Systems, peut également être
étudié pour le traitement aval des effluents
liquides.
12. Méthanisation et gazéification
: deux filières distinctes
La méthanisation est un procédé biologique
produisant du biogaz.
La gazéification est un procédé thermochimique
produisant un gaz de synthèse, ou syngas.
Ces deux filières ne doivent pas être
confondues, car leurs conditions de
production et les compositions des gaz
obtenus sont différentes.
La deuxième page du présent dossier
est consacrée à la gazéification.
13. Perspectives pour les bioénergies
Le développement des filières biogaz
et biométhane renforce l'intérêt des
technologies de purification adaptées
aux gaz renouvelables.
La maîtrise des composés soufrés est
notamment importante pour la fiabilité
des installations et la qualité des
gaz valorisés.
La plateforme ACTIPOLISH® s'inscrit
dans cette problématique en proposant
une approche de transformation chimique
ciblée des polluants.
14. Conclusion
Les bioénergies constituent
une voie de valorisation des ressources
organiques et des déchets.
La méthanisation permet de produire
du biogaz, qui peut être utilisé pour
la chaleur, l'électricité ou être
transformé en biométhane.
La purification du biogaz constitue
une étape essentielle de cette valorisation.
PTC Systems, avec sa plateforme
ACTIPOLISH® et sa formulation BIOPOL®,
propose une solution de traitement
ciblé des composés soufrés à intégrer
dans les chaînes industrielles de
purification.
15. Pour approfondir
Le dossier technique BIOGAZ présente
les applications de la plateforme ACTIPOLISH®
au traitement des gaz issus de la méthanisation.
La page suivante présente la gazéification,
une autre voie de valorisation énergétique
de la biomasse et des déchets carbonés.
Le dossier SYNGAS développe plus particulièrement
les étapes de gazéification et les possibilités
de traitement du gaz de synthèse.
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