Traitement des boues - Biogaz

Unités de mesure

• 1 Nm3 correspond à 1 m3 de gaz à une température de 0°C et une pression de 1 bar.

Propriétés du biogaz

• Masse volumique du biogaz : environ 1,13 kg par Nm3, plus léger que l'air.
• Limite d'inflammabilité : 5% LIE à 19% LES, explosif.

Composition du biogaz

• CH4 : 65% moyen (55%-70%)
• CO2 : 32%
• N2 : 1 à 2%
• H2S : 0,03 à 2%
• H2O : traces
• NH3 : traces
• H2 : traces
• O2 : traces

Torchère

• La torchère est un élément de sécurité qui brûle la totalité du gaz produit en cas d'incident.
• Deux types de torchères utilisées : atmosphérique et à injecteur.

Production de gaz

• La production de gaz peut être estimée à environ 900 NL de biogaz par kilogramme de matière volatile sèche (MVS).

Collecte du gaz de digestion

• Le gaz de digestion est collecté à partir du point le plus élevé du digesteur à l'aide d'un dôme de prélèvement du gaz.

Sécurité contre les surpressions et les dépressions

• Un système de sécurité contre les surpressions et les dépressions protège la couverture du digesteur et éventuellement celle du gazomètre.
• Causes possibles de surpressions : production de gaz supérieure à la capacité d'évacuation de la conduite de prélèvement de gaz.
• Causes possibles de dépressions : vidange excessive de la boue à un débit supérieur à la capacité de reflux du gaz dans le réseau.

Systèmes de sécurité

• Les systèmes de sécurité les plus couramment utilisés sont le système à anneau liquide, le dispositif à l'eau et la sécurité mécanique.
• Le système à anneau liquide consiste en un anneau liquide qui entoure le dôme de prélèvement des gaz pour absorber les variations de pression et joue le rôle de joint d'étanchéité.
• Le dispositif à l'eau permet une remise en position normale après rétablissement de la pression.
• La sécurité mécanique utilise des valves qui se ferment sous l'action d'un ressort ou de son propre poids pour assurer la sécurité en cas de surpressions et de dépressions.

Filtre à Flamme

• Le filtre à flamme tamis à maille 0.7mm assure la pulvérisation et le refroidissement de la flamme.
• Le système de filtre à flamme peut se colmater par les impuretés véhiculées par le gaz et présente des risques de corrosions dus à la présence de H2S dans le gaz.

Canalisations

• Les canalisations en acier inoxydable sont fortement recommandées.
• Une pente minimale de 2 o/oo et moyenne de 4 o/oo est nécessaire pour éviter les poches d'eau et le bouchage.

Dimensionnement des Canalisations

• Il faut empêcher l'entraînement d'eau, d'écume et de solides, limiter les pertes de charge et éviter les surcoûts.
• Vitesse d'aspiration : < 5 m/s et Vitesse de refoulement : < 10 m/s.

Filtration

• Il est nécessaire de piéger efficacement le condensat pour éviter la corrosion due au H2S.

Épuration du Gaz

• L'épuration du gaz est un processus visant à éliminer les impuretés telles que l'eau, le soufre ou d'autres substances indésirables.
• Le refroidissement du gaz permet de piéger une grande partie de l'eau de saturation, assurant ainsi une meilleure purification et sécurité.
• Les filtres à gravier et les filtres céramiques sont couramment utilisés.
• Les échangeurs de chaleur sont utilisés pour prendre en compte la différence de chaleur spécifique entre le liquide et le gaz.

Désulfuration du Gaz

• Les étapes de la désulfuration du gaz incluent l'utilisation de réactifs solides ou liquides pour capturer et éliminer le soufre du gaz.
• Les procédés de désulfuration du gaz à sec utilisent des réactifs solides tels que du charbon actif en grain ou en poudre, de l'hydroxyde ferrique ou des produits basiques.
• Les procédés de désulfuration du gaz humides permettent la solubilisation du soufre dans l'eau.

Siloxanes

• Les siloxanes sont des composés formés à partir de la décomposition anaérobie de matières présentes dans les savons et les détergents.
• Les siloxanes peuvent causer une augmentation de la température et une diminution du transfert de chaleur dans les échangeurs thermiques.
• L'adsorption sur charbon actif est la méthode la plus couramment utilisée pour éliminer les siloxanes.

Stockage du gaz

• La pression généralement utilisée pour le stockage du gaz varie entre 15 et 50 mbar.
• Le gazomètre est le moyen de stockage le plus couramment utilisé pour le gaz, avec un volume de stockage variant de 100 à 10 000 m³.

Gazomètre à double membrane

• Un gazomètre à double membrane est un système de stockage du biogaz composé de deux enveloppes, l'une gonflée en permanence pour limiter sa prise au vent et maximiser le volume de stockage, et l'autre qui se gonfle ou se dégonfle en fonction du volume de biogaz stocké.
• Les avantages d'un gazomètre à double membrane incluent l'absence de corrosion, des pressions plus élevées (40 à 70 mbar), des coûts d'investissement souvent plus faibles, et pas besoin de chauffage mais une consommation d'énergie pour le soufflage.

Stockage sous pression pour le biogaz

• Le stockage sous pression est une méthode de stockage du biogaz qui implique de comprimer le gaz à des pressions plus élevées (8 à 20 bars) pour réduire l'encombrement.

Dimensionnement du gazomètre pour le chauffage au gaz

• Pour le chauffage au gaz, on considère généralement qu'environ 1/3 à 1/2 de la production quotidienne de gaz est un volume correct pour le gazomètre.

Compteurs de gaz

• Les types de compteurs couramment utilisés pour mesurer le volume de gaz sont les compteurs à gaz à turbine, à tambour, à soufflet, à diaphragme et à ultrasons.
• Les compteurs à gaz à turbine fonctionnent correctement s'ils sont installés sur des portions linéaires de tuyau d'au moins 3 fois leur diamètre et si l'alimentation en gaz se fait sans à-coups avec un gaz sans impuretés.

Systèmes de brassage des boues du digesteur

• Les différents systèmes utilisables sont l'injection de gaz avec des buselures périphériques, l'injection de gaz avec une rampe suspendue, l'injection de gaz avec des buselures centrales et l'injection de gaz par pompe à gaz.
• Les avantages et les inconvénients de chaque système sont décrits ci-dessus.

Compresseurs à gaz

• Les différents types de compresseurs à gaz utilisés pour le brassage des boues du digesteur sont les compresseurs à piston, les compresseurs rotatifs et les compresseurs à anneau liquide.
• Chaque type de compresseur a ses propres caractéristiques en termes de conception, de vitesse de rotation, de bruit, de vibrations et de puissance requise.

Accessoires de filtration

• Filtre à gravier : utilisé pour le prélavage et piégeage des condensats avant l'entrée dans le système de compression.
• Filtre à céramique : utilisé pour filtrer les impuretés présentes dans le gaz avant son entrée dans le système de compression.

Sécurité et mesures

• Protection contre les retours de flamme : mesure de sécurité importante pour éviter les accidents.
• Mesure de pression et débit de gaz : des instruments de mesure sont utilisés pour surveiller la pression et le débit de gaz dans une installation de compression.

Installation des compresseurs

• Placement des compresseurs : il est important de placer les compresseurs dans des endroits aérés pour assurer une bonne ventilation et éviter la surchauffe.
• Réseau de gaz séparé : utiliser un réseau de gaz séparé pour la compression (brassage) pour éviter les mélange de gaz.

Propriétés du gaz

• Augmentation de la température : lorsque la température du gaz augmente, son volume augmente également.
• Circuit d'eau de refroidissement : utilisé pour refroidir les compresseurs pour éviter la surchauffe.