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P.T.C. System

et

Procédé GASWASH


Exemple de purification d'un biogaz et obtention de biométhane pur

Ce procédé "One-pot" innovant consiste donc à capter les polluants gazeux dans un traitement physico-chimique dont les effluents liquides sont par la suite digérés par le processus de bio-épuration aérobie en station d'épuration.

(A)    Procédé simultané d’absorption (captage) et de modification chimique organique des Composés Volatils Fonctionnels (organiques et inorganiques).
Cette opération est conduite en une seule opération sur une installation de captage par lavage physico-chimique.

(B)    La destruction finale des produits de captage après le procédé simultané d’absorption et de modification chimique
Cette opération ultime (B) est effectuée en station d’épuration biologique. Les composés organiques présents et formés
lors de la réaction de condensation sont digérés par le processus de bioépuration naturelle aérobie de la station d’épuration.

L’originalité du procédé réside d’une part dans le choix du réactif qui se combine aux polluants à traiter et d’autre part dans la destruction finale naturelle biologique en station d’épuration ne générant pas de nouvelle pollution gazeuse.

L'exemple ci-dessous décrit le traitement de 100 m3 de biogaz issu de la méthanisation de boues d'une station d'épuration urbaine. (essai sur une ligne biogaz destinée au séchage des boues)

Les 100 m3 de biogaz sont constitués de :

  • 70 m3 de méthane (biométhane) pur (3.123 moles)
  • 30 m3 (environ 60 kg) de dioxyde de carbone (CO2) à éliminer et valoriser (1.338 moles)
  • 0,4 kg d'hydrogène sulfuré (H2S) à éliminer (11,76 moles)
  • Éventuellement traces de siloxanes

Les quantités de base et de réactif sont calculées sur la
feuille de calcul
des flux et des charges.

Matériel utilisé :

  • Colonne d'absorption 800 litres (colonne + réservoir),
    hauteur: 3 m., surface de base: 0,28 m2 (diamètre 60 cm), garnissage à plateaux, dévésiculeur en sortie d'air.
  • Pompe de circulation des fluides réglable de 0 à 25 m3/H.
  • Vanne d'alimentation en effluent gazeux polluant réglable
    de 0 à 1000 m3/H.

Charge opératoire pour une opération en batch:

  • Eau : 300 L.
  • Soude à 30%: 390 kg
  • Réactif pur: 7.3 kg ou 18,4 kg de solution à 40%



Matériel type

L'opération d'est déroulée sur une durée de 4 heures avec un débit gazeux de 25 m3/h.
La fin de réaction est contrôlée par pH-métrie (environ 8,5-9), et l'absence d'H2S vérifiée au papier à l'acétate de plomb.
Le milieu est une suspension blanche constituée de CO3Na2 (carbonate de soude) dans le milieu réactionnel incolore et inodore.

A ce stade, plusieurs possibilités de traitement sont offertes:

Possibilité n° 1

La suspension précédente contenant le carbonate de soude est passée directement sur centrifugeuse ou sur filtre à bande.
On obtiendra 100 kg après séchage (70%) de carbonate de soude valorisable comme par exemple en cimenterie dans le cycle de fabrication du ciment:

Ca(OH)2 + Na2CO3 = CaCO3 (carbonate de calcium) + 2 Na+ + 2 OH-

Les 30% de carbonate de soude restants sont solubles dans le milieu réactionnel incolore, limpide et inodore rejoignent le réseau d'assainissement de la STEP avant le rejet dans le milieu naturel.
Ce rejet liquide sans matières en suspension participera à compenser le pH des eaux superficielles des océans qui a diminué depuis des années, passant de 8,25 à 8,14 et induit par l'augmentation des émissions de CO2 d'origine anthropique dans l'atmosphère.

Les composés organiques présents et formés lors de la réaction de condensation sont digérés par le processus de bioépuration naturelle aérobie de la station d'épuration.

Possibilité n° 2

La suspension précédente contenant le carbonate de soude est transférée dans une cuve agitée.
A cette suspension contenant le carbonate de soude et les composés organiques en solution présents et formés lors de la réaction de condensation on ajoute 150 kg de CaCl2 (chlorure de calcium).
Ce chlorure de calcium déplacera le carbonate de soude pour fournir directement le carbonate de calcium suivant la réaction:

Na2CO3 + CaCl2 --> CaCO3 (carbonate de calcium) + 2 NaCl

Le carbonate de calcium étant pratiquement insoluble dans l'eau, ce sera la quasi théorie de la quantité produite qui sera récupérée soit environ 136 kg après séchage.
La suspension précédente contenant le carbonate de calcium est passée directement sur centrifugeuse ou sur filtre à bande.
Le carbonate de calcium est valorisable comme par exemple en cimenterie dans le cycle de fabrication du ciment.

Les composés organiques présents et formés lors de la réaction de condensation sont digérés par le processus de bioépuration naturelle aérobie de la station d'épuration.

Possibilité n° 3

S'il n'est souhaité de récupérer le carbonate de soude ou de calcium, pour le captage des polluants, on remplacera la soude par la potasse.
Le carbonate de potasse est très soluble dans le milieu réactionnel et ne précipitera donc pas comme l'a fait le carbonate de soude.
Ce rejet liquide sans matières en suspension participera à compenser le pH des eaux superficielles des océans qui a diminué depuis des années, passant de 8,25 à 8,14 et induit par l'augmentation des émissions de CO2 d'origine anthropique dans l'atmosphère.

Le milieu réactionnel limpide, incolore et inodore est évacué directement vers la fosse toutes-eaux pour être soumis directement au processus de bio-épuration aérobie de la station d'épuration.


La feuille de calcul des flux pour déterminer les quantités de réactifs:

La feuille de calcul des charges opératoires pour d'évaluer le potentiel économique du procédé:

Dans cet essai, on voit clairement que pour la destruction de H2S, le traitement à l'eau de Javel revient 3 fois plus cher que le traitement avec le procédé GASWASH.
Les traitements au ClO2 ou H2O2 sont encore plus onéreux: 10 fois plus chers.

Cet exemple de traitement du biogaz comprend :

  • L'élimination complète de H2S.
  • La décarbonatation (élimination complète du CO2).
  • L'abaissement des 4% d'eau de la méthanisation à 40°C. (1 à 1,5%)
  • L'élimination totale des siloxanes et organochlorés ou fluorés si présents à l'état de traces.

Dans cet exemple, le système GASWASH a permis de purifier 100 m3 de biogaz qui ont fourni 70 m3 de biométhane pur mais aussi de capter et d'éliminer 30 m3 de gaz carbonique et d'éliminer 0,4 kg d'H2S.

Voir aussi les exemples du Procédé DAVID - Odeurs

Bilan sur les 100 m3 de biogaz traités avec le procédé GASWASH

Les 100 m3 de biogaz qui ont été produits à partir des boues de STEP ont évité, lors de la méthanisation, la production et le rejet dans l'atmosphère de 230 kg de CO2 responsables du réchauffement climatique.

Sur ces 100 m3 de biogaz, le captage des 30 m3 de CO2 présents après la méthanisation des boues fournit entre 142 et
100 kg (70%) de carbonate de sodium (Na2CO3) avec l'élimination complète de H2S (Hydrogène sulfuré) et autres traces de composés volatils.

Les 30% solubles dans le milieu réactionnel rejoignent le réseau d'assainissement avant le rejet dans le milieu naturel.

Ce rejet participe à compenser le pH des eaux superficielles des océans qui a diminué depuis des années, passant de 8,25 à 8,14 et induit par l'augmentation des émissions de CO2 d'origine anthropique dans l'atmosphère.

Ce captage des 30 m3 de CO2 par le procédé GASWASH ont évité le rejet dans l'atmosphère de 60 kg de CO2 supplémentaires responsables du réchauffement climatique.

Les 70 m3 de méthane de pureté supérieure à 98,5% (biométhane) obtenus sont utilisables comme source d'énergie ou comme précurseur à la fabrication du biohydrogène comme par exemple avec le procédé VABHYOGAZ.

Coût en réactifs purs pour le traitement avec le procédé GASWASH:

  • Traitement des 100 m3 de biogaz : 0,224€ / m3 soit pour les 70 m3 de biométhane pur: 0,32€ / m3
  • Pour les 30 m3 de CO2 présents dans le biogaz et éliminés : 0,75€ / m3


Les équivalences énergétiques


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