Épuration du biogaz : technologies et récupération du CO₂

La technologie d’épuration du biogaz détermine les caractéristiques du CO₂ disponible pour récupération : composition, humidité, pression et variations de débit. Ces paramètres influencent la purification nécessaire et la consommation d’énergie pour produire du CO₂ liquide.

La valorisation du biogaz en biométhane peut faire appel aux membranes, à l’adsorption modulée en pression, au lavage ou à des procédés cryogéniques. Pour les exploitants et les sociétés d’ingénierie qui envisagent de récupérer le CO₂, il est essentiel de comprendre les caractéristiques du flux séparé et les traitements encore nécessaires.

Solveno Technologies est spécialisé dans la récupération et la liquéfaction du CO₂ issu de l’épuration du biogaz, avec une faible consommation d’énergie comme priorité de conception. Cette page présente les conséquences des principales technologies d’épuration pour cette partie du projet.

Pourquoi la technologie d’épuration influence-t-elle la récupération du CO₂ ?

L’épuration sépare le CO₂ et d’autres composants du biogaz pour produire du biométhane. Les substances retirées du biométhane peuvent toutefois se retrouver dans le flux de CO₂ séparé.

Une concentration élevée en CO₂ ne suffit pas à établir la qualité du produit. Le méthane résiduel, l’eau, les composés soufrés, l’oxygène, l’azote et les composés organiques à l’état de traces peuvent influencer le traitement. Leur présence dépend des intrants, du prétraitement existant et de la configuration du procédé.

Deux installations utilisant la même technologie peuvent donc nécessiter des traitements différents. L’évaluation doit partir du gaz réellement disponible au point de raccordement de l’unité de récupération.

Séparation membranaire

Les membranes séparent les gaz selon leur perméabilité. Le CO₂ traverse plus facilement la membrane que le méthane, ce qui crée un flux riche en CO₂ du côté basse pression.

Les étages membranaires et les recirculations influencent sa composition, notamment sa teneur résiduelle en méthane. Le prétraitement protège les membranes, mais le CO₂ séparé doit encore être évalué selon les exigences de liquéfaction et de l’application visée.

Selon l’analyse du gaz, le traitement complémentaire peut comprendre l’élimination de composés soufrés et organiques résiduels, la filtration des particules, le séchage et la séparation du méthane et des autres gaz non condensables. La pression disponible influence également les besoins de compression.

Adsorption modulée en pression (PSA)

Le procédé PSA utilise des adsorbants solides qui retiennent le CO₂ sous pression. La réduction de pression libère le gaz adsorbé. Plusieurs colonnes fonctionnent successivement pour maintenir la production de biométhane.

Pour la récupération du CO₂, les conditions à la sortie commune des gaz résiduels sont déterminantes. Les cycles d’adsorption peuvent entraîner des variations de débit et de composition, dont l’amplitude dépend de la configuration et du volume tampon existant.

L’unité de récupération doit être adaptée à ce fonctionnement. Un volume tampon et une régulation appropriée du compresseur peuvent être nécessaires. Les impuretés résiduelles et l’humidité déterminent les besoins supplémentaires de purification et de séchage.

Lavage à l’eau

Le lavage à l’eau exploite la plus grande solubilité du CO₂ dans l’eau pour le séparer du méthane. Le mode de régénération de l’eau influence directement le gaz disponible pour récupération.

Lorsque la régénération utilise de l’air, le CO₂ libéré est dilué par l’azote et l’oxygène. Les conditions diffèrent alors de celles d’un flux concentré en CO₂. L’ajout d’un sécheur et d’une unité de liquéfaction ne résout pas, à lui seul, cette dilution.

Il faut d’abord déterminer si un flux adapté peut être récupéré. Lorsque la récupération est envisageable, l’humidité et les éventuels contaminants entraînés doivent également être traités. La configuration de régénération est donc essentielle à l’évaluation.

Lavage aux amines

Le lavage aux amines fixe chimiquement le CO₂ dans un solvant, puis le libère lors d’une régénération utilisant de la chaleur. Il peut ainsi fournir un flux concentré en CO₂ pour un traitement ultérieur.

La purification nécessaire dépend notamment de l’endroit où les contaminants ont été retirés en amont. Des composés soufrés et de l’ammoniac peuvent accompagner le CO₂. Sa concentration doit donc être examinée avec l’analyse des composants à l’état de traces.

L’évaluation porte sur le refroidissement, l’élimination de l’humidité et les traitements complémentaires nécessaires avant liquéfaction. La chaleur de régénération des amines relève de l’épuration du biogaz et doit être distinguée de l’électricité consommée par la récupération du CO₂.

Lavage physique avec un solvant organique

Les solvants physiques absorbent le CO₂ et le libèrent lors de leur régénération. D’autres substances peuvent également être absorbées, puis libérées avec le CO₂.

Le solvant et son mode de régénération déterminent la composition du gaz. Lorsqu’un stripping à l’air est utilisé, la dilution doit être évaluée avant de considérer ce flux comme une alimentation pour la liquéfaction du CO₂.

La conception de la récupération part donc des caractéristiques réelles du gaz de régénération : concentration en CO₂, humidité et contaminants. Ces données déterminent son aptitude à la récupération et les traitements nécessaires.

Épuration cryogénique et procédés hybrides

Les procédés cryogéniques séparent les composants à basse température. Les installations hybrides combinent plusieurs méthodes et peuvent déjà intégrer une partie de la purification ou de la liquéfaction du CO₂.

Il faut identifier le produit CO₂ ou le flux intermédiaire disponible à l’interface. Son état physique, sa pression, sa température et sa qualité déterminent le traitement restant à réaliser.

Les étapes déjà effectuées en amont doivent être prises en compte dans le périmètre de l’unité de récupération. Cette approche évite de compter deux fois des équipements ou des consommations d’énergie.

Quels traitements complémentaires du CO₂ peuvent être nécessaires ?

La technologie d’épuration donne le contexte. L’analyse du gaz et la spécification du CO₂ liquide définissent la séquence de traitement.

Ces étapes remplissent des fonctions différentes. Le charbon actif ne remplace ni le séchage ni la séparation des gaz non condensables. La liquéfaction seule ne démontre pas non plus l’aptitude du CO₂ aux applications alimentaires et aux boissons : la qualification de la source et des contrôles qualité adaptés sont également nécessaires.

Quel est l’effet sur la consommation d’énergie ?

L’énergie nécessaire par tonne de CO₂ liquide récupéré dépend du gaz entrant et du produit demandé. La pression disponible influence la compression. L’humidité influence le séchage. Les composants non condensables influencent la séparation et la quantité de CO₂ récupérée sous forme liquide.

Une consommation annoncée doit donc être associée à une composition d’entrée, une charge et une spécification de produit définies. Le périmètre doit aussi préciser la compression, la purification, le séchage, la réfrigération et les auxiliaires inclus.

Solveno développe ses unités avec une faible consommation d’énergie comme objectif central. L’étude d’intégration établit le traitement nécessaire pour le flux disponible et ses conséquences sur l’énergie et les coûts d’exploitation.

Notre page sur la liquéfaction du CO₂ présente plus en détail le procédé en aval.

Intégrer la récupération du CO₂ à votre installation

Pour une installation existante, l’évaluation commence par le flux riche en CO₂ disponible et ses conditions de fonctionnement. Pour un nouveau projet, ces données peuvent être définies avec le fournisseur de l’unité d’épuration et l’équipe d’ingénierie.

Solveno évalue et conçoit la partie récupération du CO₂, y compris les traitements nécessaires et les raccordements au procédé existant. Nos services d’ingénierie accompagnent cette intégration.

Transmettez-nous la technologie d’épuration, l’analyse disponible du gaz résiduel, son débit, sa pression et sa température, ainsi que l’utilisation prévue du CO₂. Nous pourrons évaluer son aptitude à la récupération et les prochaines étapes vers une solution à faible consommation d’énergie.

Références techniques

Les technologies et la répartition des contaminants sont décrites dans Biogas upgrading – Technical Review d’Energiforsk (2016), notamment les chapitres consacrés aux impuretés et aux séquences de purification, ainsi que dans la revue des technologies d’épuration du biogaz d’IEA Bioenergy Task 37. Ces références expliquent les principes des procédés. Le traitement d’une installation particulière dépend de ses conditions réelles.