PTC Systems
Plateforme technologique
ACTIPOLISH®
BIOGAZ — ANALYSE TECHNICO-ÉCONOMIQUE
Consommations de réactifs, bilans massiques, coûts
matières et dimensionnement industriel
DOSSIER TECHNIQUE
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Objet de l'étude
Cette analyse présente les bases technico-économiques
de la plateforme ACTIPOLISH® appliquée
au traitement des composés soufrés présents
dans le biogaz.
Les résultats reposent sur les rapports stœchiométriques
de référence de PTC Systems et sur les
coûts matières retenus pour les formulations
ACTIPOL® et BIOPOL®.
Ils permettent d'estimer la consommation théorique
de réactifs en fonction du débit gazeux et de
la concentration des polluants.
1. Bases de l'analyse technico-économique
Le dimensionnement économique d'un procédé de
désulfuration nécessite de déterminer la quantité
de polluants effectivement introduite dans l'installation.
Cette charge dépend principalement du débit
de biogaz et des concentrations en hydrogène sulfuré
et en mercaptans.
L'analyse de la plateforme ACTIPOLISH® repose
sur la quantité de matière active nécessaire à
leur transformation chimique.
1.1 Données de référence
| Paramètre |
ACTIPOL® |
BIOPOL® |
| Nature de la formulation |
Solution alcaline |
Solution carbonatée |
| Concentration en actif |
21,2 % |
5 % |
| pH indicatif |
Environ 13 |
10 à 10,5 |
| Coût matières de la solution |
0,53 €/kg |
0,14 €/kg |
| Positionnement |
Traitement chimique ciblé des composés
soufrés |
Traitement adapté aux gaz riches en CO2 |
Ces coûts correspondent aux matières nécessaires
à la préparation des formulations.
Ils ne constituent pas un prix commercial de
vente ni un coût industriel complet d'exploitation.
2. Consommations de matière active
La transformation chimique de l'hydrogène sulfuré
et des mercaptans met en jeu des consommations
différentes de matière active.
Les valeurs de référence retenues par PTC
Systems sont les suivantes :
| Polluant |
Rapport réactionnel |
Actif pur nécessaire |
| Hydrogène sulfuré — H2S |
2 équivalents |
6,853 kg/kg H2S |
| Éthylmercaptan — C2H5SH |
1 équivalent |
1,880 kg/kg |
Ces valeurs servent de référence pour établir les
consommations théoriques des formulations
ACTIPOL®
et BIOPOL®.
3. Traitement de 1 kg d'hydrogène sulfuré
Pour le traitement théorique d'un kilogramme
d'H2S, les consommations et coûts matières sont
les suivants :
| Paramètre |
ACTIPOL® 21,2 % |
BIOPOL® 5 % |
| Matière active pure |
6,853 kg |
6,853 kg |
| Solution nécessaire |
32,33 kg |
137,06 kg |
| Coût matières de la solution |
0,53 €/kg |
0,14 €/kg |
| Coût matières pour 1 kg H2S |
17,13 € |
19,19 € |
La différence de quantité de solution utilisée résulte
principalement des concentrations respectives
des deux formulations.
Le choix industriel doit également tenir compte
de la composition du biogaz, notamment de sa teneur
en CO2.
4. Traitement de 1 kg d'éthylmercaptan
Pour le traitement théorique d'un kilogramme
d'éthylmercaptan, les résultats sont les suivants
:
| Paramètre |
ACTIPOL® 21,2 % |
BIOPOL® 5 % |
| Matière active pure |
1,880 kg |
1,880 kg |
| Solution nécessaire |
8,87 kg |
37,60 kg |
| Coût matières de la solution |
0,53 €/kg |
0,14 €/kg |
| Coût matières pour 1 kg d'éthylmercaptan |
4,70 € |
5,26 € |
Ces résultats concernent l'éthylmercaptan.
Les autres mercaptans peuvent présenter des
consommations massiques différentes selon leur
masse moléculaire.
5. Tableau comparatif de référence
Le tableau suivant rassemble les principaux
résultats technico-économiques de la plateforme
ACTIPOLISH®.
| Paramètre |
H2S — 1 kg |
Éthylmercaptan — 1 kg |
| Actif pur |
6,853 kg |
1,880 kg |
| ACTIPOL® à 21,2 % |
| Solution nécessaire |
32,33 kg |
8,87 kg |
| Coût matières |
17,13 € |
4,70 € |
| BIOPOL® à 5 % |
| Solution nécessaire |
137,06 kg |
37,60 kg |
| Coût matières |
19,19 € |
5,26 € |
Lecture économique
Sur la seule base du coût matières, ACTIPOL®
présente un coût stœchiométrique inférieur à
celui de BIOPOL®.
BIOPOL® conserve cependant un intérêt spécifique
pour les applications en présence d'une forte
proportion de dioxyde de carbone.
La sélection industrielle ne doit donc pas
reposer uniquement sur le coût par kilogramme
de polluant.
6. Charge polluante du biogaz
La charge massique en hydrogène sulfuré dépend
du débit gazeux et de la concentration en H2S.
Dans les installations industrielles, la concentration
est généralement exprimée en ppmv et le débit
en Nm3/h.
L'évaluation économique est fondée sur la masse
de polluant à traiter pendant une période de fonctionnement
donnée.
Les exemples présentés dans ce dossier utilisent
des débits normalisés à 0 °C et 1 atmosphère.
Pour une comparaison rigoureuse, les concentrations
et les débits doivent être exprimés sur une même
base, notamment en ce qui concerne l'humidité
du gaz.
7. Exemple industriel : 600 Nm3/h et 800 ppm
H2S
Considérons une installation de méthanisation
produisant 600 Nm3/h de biogaz avec une concentration
de 800 ppmv d'H2S.
Les résultats théoriques pour un fonctionnement
continu de 24 heures sont les suivants :
| Paramètre |
ACTIPOL® |
BIOPOL® |
| Débit de biogaz |
600 Nm3/h |
600 Nm3/h |
| Concentration en H2S |
800 ppmv |
800 ppmv |
| Charge d'H2S horaire |
0,730 kg/h |
0,730 kg/h |
| Charge d'H2S quotidienne |
17,52 kg/jour |
17,52 kg/jour |
| Volume de biogaz traité |
14 400 Nm3/jour |
14 400 Nm3/jour |
| Consommation théorique de solution |
566 kg/jour |
2 401 kg/jour |
| Coût matières journalier |
300 € |
336 € |
| Coût matières par Nm3 |
0,0208 € |
0,0233 € |
Ces valeurs représentent les consommations théoriques
nécessaires au traitement de l'H2S considéré.
Elles ne comprennent pas les éventuels mercaptans,
les autres consommations de l'installation ni
les dépenses de traitement des effluents.
8. Influence de la concentration en H2S
À débit constant, l'augmentation de la concentration
en hydrogène sulfuré entraîne une augmentation
de la quantité de polluant à traiter.
Le tableau suivant présente les coûts matières
théoriques pour un débit constant de 600 Nm3/h.
| Concentration H2S |
Charge H2S |
ACTIPOL® |
BIOPOL® |
| 100 ppmv |
0,0912 kg/h |
1,56 €/h |
1,75 €/h |
| 500 ppmv |
0,456 kg/h |
7,81 €/h |
8,75 €/h |
| 800 ppmv |
0,730 kg/h |
12,50 €/h |
14,00 €/h |
| 1 000 ppmv |
0,912 kg/h |
15,62 €/h |
17,50 €/h |
| 2 500 ppmv |
2,280 kg/h |
39,06 €/h |
43,76 €/h |
| 5 000 ppmv |
4,560 kg/h |
78,11 €/h |
87,51 €/h |
Ces valeurs permettent d'apprécier l'incidence des
variations de concentration sur le coût théorique
des matières réactives.
La consommation réelle doit être ajustée aux
caractéristiques de l'installation et aux performances
de traitement recherchées.
9. Traitement simultané H2S et mercaptans
Certains biogaz peuvent contenir simultanément
de l'hydrogène sulfuré et différents mercaptans.
Le dimensionnement doit alors prendre en compte
la contribution de chaque polluant à la consommation
totale de matière active.
La plateforme ACTIPOLISH® permet d'étudier
leur traitement chimique simultané dans une même
installation de lavage.
Les besoins en réactifs sont déterminés à partir
des concentrations mesurées et des caractéristiques
des composés présents.
Une analyse préalable du biogaz est donc nécessaire
pour établir un bilan technico-économique représentatif.
10. Consommation théorique et consommation réelle
Les résultats présentés dans les tableaux précédents
correspondent à des consommations stœchiométriques
théoriques.
Dans une installation industrielle, la consommation
effective peut dépendre de plusieurs paramètres.
| Paramètre |
Influence possible |
| Concentration des polluants |
Variation de la charge à traiter. |
| Composition du biogaz |
Interactions avec les constituants gazeux
et la solution. |
| Transfert gaz-liquide |
Influence sur l'efficacité du contact. |
| Recirculation |
Maintien de conditions de lavage adaptées. |
| pH |
Suivi de l'état de la solution. |
| Température |
Influence sur les équilibres et les cinétiques. |
| Objectif de purification |
Détermination du niveau de traitement
nécessaire. |
| Renouvellement des solutions |
Organisation de l'exploitation et gestion
des effluents. |
Le fonctionnement en recirculation ne signifie pas
que la totalité de la solution présente dans le
réservoir est consommée à chaque passage.
La consommation chimique correspond à la matière
active mobilisée par les réactions.
Le débit de recirculation constitue un paramètre
hydraulique distinct de la consommation de réactif.
11. Éléments du coût industriel complet
Le coût d'exploitation d'une unité ACTIPOLISH®
ne se limite pas aux matières réactives.
Il comprend également les dépenses liées au
fonctionnement et à l'entretien de l'installation.
| Poste |
Nature de la dépense |
| Réactifs |
ACTIPOL® ou BIOPOL®. |
| Énergie |
Pompe de recirculation et auxiliaires. |
| Maintenance |
Pompes, instrumentation, garnissage et
équipements. |
| Analyses |
Contrôle du gaz et de la solution. |
| Effluents |
Gestion et traitement des jus modifiés. |
| Investissement |
Colonne, réservoir, pompes et raccordements. |
Ces postes doivent être évalués au cas par cas,
en fonction des caractéristiques du site et des
conditions d'intégration industrielle.
12. Comparaison avec les technologies existantes
Les installations de biogaz utilisent différentes
technologies pour réduire la concentration en
hydrogène sulfuré.
Le choix repose sur la charge polluante, les
contraintes d'exploitation, la qualité du gaz
recherchée et le coût global.
| Technologie |
Principe |
Points à examiner |
| Charbon actif imprégné |
Adsorption et réactions sur le média. |
Remplacement du média, charge soufrée
et saturation. |
| Oxyde de fer |
Fixation chimique des composés soufrés. |
Consommation et gestion du matériau utilisé. |
| Lavage alcalin |
Absorption des gaz acides. |
Consommation de réactifs et gestion des
solutions. |
| Traitement biologique |
Oxydation biologique des composés soufrés. |
Conditions biologiques, oxygène et stabilité. |
| ACTIPOLISH® |
Transformation chimique ciblée par ACTIPOL®
ou BIOPOL®. |
Stœchiométrie, recirculation et gestion
des produits réactionnels. |
Une comparaison économique rigoureuse doit porter
sur une même composition de biogaz, un même débit
et un même objectif de purification.
Les coûts matières présentés ici ne suffisent
pas, à eux seuls, à établir une supériorité économique
sur toutes les technologies conventionnelles.
13. Gestion économique des jus modifiés
Le traitement ACTIPOLISH® transforme
les polluants ciblés dans la phase liquide.
Les jus modifiés doivent ensuite faire l'objet
d'une gestion adaptée à leur composition et aux
conditions du site.
Une orientation vers une station d'épuration
peut être étudiée lorsque les caractéristiques
des effluents le permettent.
Le recours à un traitement complémentaire de
type POA SYSTEM, procédé d'oxydation
avancée original et breveté développé par PTC
Systems, peut également être envisagé.
Les coûts associés à ces traitements aval doivent
être intégrés dans l'évaluation économique complète.
14. Intérêt industriel de la plateforme
L'intérêt technico-économique de la plateforme
ACTIPOLISH® repose sur plusieurs caractéristiques.
14.1 Consommations prévisibles
Les consommations théoriques de matière active
peuvent être établies à partir des charges en
polluants soufrés.
14.2 Deux formulations complémentaires
ACTIPOL® et BIOPOL® permettent d'étudier des
conditions de traitement adaptées à la composition
du gaz.
14.3 Intégration industrielle
La configuration de lavage gaz-liquide peut
être étudiée pour une intégration dans différentes
chaînes de valorisation du biogaz.
14.4 Gestion des produits réactionnels
La transformation chimique des polluants ciblés
s'accompagne d'une gestion organisée des produits
réactionnels dans la phase liquide.
15. Conclusion technico-économique
Les résultats stœchiométriques de référence
conduisent aux coûts matières suivants :
| Polluant traité |
ACTIPOL® |
BIOPOL® |
| 1 kg d'H2S |
17,13 € |
19,19 € |
| 1 kg d'éthylmercaptan |
4,70 € |
5,26 € |
Ces résultats permettent de construire des bilans
technico-économiques à partir des concentrations
mesurées dans le biogaz.
La validation industrielle des consommations
réelles et l'évaluation des dépenses complémentaires
restent nécessaires pour établir le coût complet
d'une installation.
Suite du dossier
La page 05 présentera les références expérimentales
et industrielles disponibles, les résultats de
traitement des composés soufrés, ainsi que les
perspectives de développement de la plateforme
ACTIPOLISH® dans la filière biogaz.
PTC
Systems — ACTIPOLISH®
www.ptc.systems
