Le
captage-stockage du CO2 est une solution de transition acceptable
pour diminuer les rejets de gaz à effet de serre à l’atmosphère
en attendant l’avènement de moyens de production nouveaux
sans émissions de CO2.
Cette
capture du gaz carbonique permet de capter le CO2 provenant
notamment des installations de combustion.
Il s'agit du captage en post-combustion qui présente l’avantage
d’être le procédé le plus avancé aujourd’hui.
Il consiste à séparer de façon sélective le CO2 des fumées
de combustion. Il peut s'intégrer aux installations existantes
sans trop de modifications.
Du
biogaz au biométhane - Les procédés de décarbonatation
existants
Dans
la littérature, les procédés de capture durable du CO2 provenant
de la méthanisation sont quasi inexistants.
A l’heure de la lutte contre les des Gaz à Effet de Serre
(GES), le CO2 occupe une place prépondérante.
Les
technologies d’épuration, par familles de procédés:
Les technologies existantes d’épuration peuvent être regroupées
selon les familles de procédés suivantes :
1.
Pressure Swing Adsorption ou PSA (adsorption par variation
de pression)
Le PSA épure le biogaz par adsorption : les molécules de
gaz se fixent sur des supports (l’adsorbant étant des filtres
moléculaires ou zéolithes), les molécules qui se fixent
sont différentes selon la pression utilisée et la pression
de traitement varie généralement entre 4 et 7 bars: Ceci
permet de séparer le CO2 mais aussi l’eau, l’H2S et l’oxygène.
Avant entrée dans les colonnes, un prétraitement est requis
:
-
Le gaz est séché (car le procédé nécessite un gaz sec)
et désulfurisé dans un filtre à charbon actif (le soufre
peut altérer les filtres).
-
Ensuite, un cycle de pression/dépression permet l’épuration.
Les unités se composent de 4 colonnes ou de 6 colonnes.
Une partie du méthane résiduel est renvoyé à l’aspiration
du compresseur, et le reste est envoyé dans l’évent riche
en CO2.
2. Le lavage à l’eau sous pression
Le
système de lavage à l’eau comprend :
-
une tour de lavage où le biogaz est amené à une pression
d’environ 9 bars et à une température de 7°C et entre
en contact, à contre-courant, avec l’eau. L’absorption
du CO2 et des autres gaz solubles tels que le H2S est
assurée par l’eau,
-
une tour de dégazage (flash tank, pression à 4 bars) permet
de récupérer une partie du méthane dissous et de le remettre
dans le circuit de traitement,
-
puis une tour de stripping (à pression atmosphérique)
régénère l’eau de process et permet la désorption du CO2,
de l’H2S et du CH4 résiduel avant son évacuation à l’atmosphère.
Le système comprend également un séchage du gaz. Si la
teneur en éléments soufrés dans le biogaz est élevée,
une étape de désulfurisation en amont s’avère nécessaire
(pour les boues de STEP par exemple).
3.
Absorption physique (aux glycols)
L’épuration aux glycols est similaire au procédé du lavage
à l’eau, le solvant étant dans ce cas un fluide organique
(polyéthylène glycol, principalement le Selexol et le Genosorb).
La solubilité du CO2 dans le glycol étant plus élevée que
dans l’eau, la hauteur des tours est également moindre.
La pression est amenée à 8 bars. De la chaleur est également
nécessaire pour la régénération du fluide, mais de manière
moins élevée (env. 50°c) que pour le lavage aux amines.
4.
Absorption chimique (lavage aux amines)
L’absorption chimique est un procédé sensiblement similaire
au lavage à l’eau, la différence résidant dans l’usage du
solvant à la place de l’eau et dans le mécanisme d’absorption/désorption:
-
alors que le CO2 s’absorbe dans l’eau, le CO2 ici réagit
avec l’amine, la solubilité du CO2 dans l’amine étant
9 fois plus élevée que dans l’eau,
-
les deux amines communément utilisées sont le monoethanolamine
(MEA) ou le dimethylethanolamine (DMEA). Dans la tour
d’absorption, le biogaz entre par le bas, l’amine entre
par le haut. Ensuite, le fluide (amine) doit être régénéré
pour être réutilisé :
-
il est alors nécessaire de « cracker » les molécules pour
créer une réaction chimique inverse, ce qui permet aussi
au CO2 d’être relargué dans l’atmosphère.
-
ce processus de régénération du fluide nécessite une source
de chaleur importante (300°C), chaleur qui peut aussi
être réutilisée ensuite pour chauffer le digesteur.
-
la source de chaleur peut venir d’une source proche résiduelle
(énergie fatale) ou d’un réseau de chaleur.
5.
Séparation par membrane
La séparation par membrane fonctionne comme un simple filtre.
Principe :
La séparation du CO2 du biogaz est due à la différence de
perméabilité des membranes vis-à-vis des composés du biogaz:
Le dioxyde de carbone traverse plus vite la membrane que
le méthane, ce qui permet de concentrer le méthane d’un
côté du module.
Fonctionnement :
le biogaz est comprimé entre 8 et 13 bar.
Un traitement permet de retirer les composés halogénés du
biogaz. Le biogaz traverse ensuite un filtre à particules
puis alimente les membranes.
Un procédé membrane est très souvent constitué de deux étages
pour permettre un bon rendement. Un post-traitement est
possible pour valoriser le méthane résiduel car celui-ci
n’est pas dilué.
Le biométhane est produit à une pression supérieure à 7bar.
Technologie
:
Les membranes, en forme de fibre, sont en polymère (acétate
de cellulose, aussi nommée zylonite / polyamide) capable
de séparer les petites molécules polaires telles que le
CO2, l’H2S, l’O2, l’H2, l’H20…
6.
Epuration cryogénique (distillation à froid)
La cryogénie est actuellement en expérimentation en Suède.
Elle met à profit les différents points d’ébullition des
composés gazeux du biogaz :
-
le CO2 a son point d’ébullition à – 78°C à pression atmosphérique
;
-
celui du méthane se situe à – 160°C à pression atmosphérique.
On porte le biogaz à – 165°C, ce qui permet d’extraire
le méthane durant sa phase liquide.
Deux
produits apparaissent : l’un composé de méthane, l’autre
de CO2.
L’eau et le H2S doivent être préalablement traités pour
notamment éviter les problèmes de gel. Si l’azote doit être
également retiré, le biogaz peut être refroidi d’autant,
le point d’ébullition du N2 étant – 195°C.
Cette technique est particulièrement adaptée aux gaz de
décharge car elle traite efficacement les siloxanes et l’azote.
Une
technologie d’épuration innovante: le système TSA
Inventys
travaille à établir la faisabilité technique et la viabilité
économique du processus de capture de dioxyde de carbone
(CO2).
VeloxoTherm est un procédé d'adsorption intensifiée
par oscillation de température (TSA) qui utilise une architecture
brevetée de sorbant structuré et de conception pour capturer
économiquement le CO2 des flux de gaz de fumée industriels
ou d'autres sources.
VeloxoTherm est considèré comme le moyen le plus
économique de séparer le CO2 des flux de gaz.
Au
cœur du processus se trouve une machine d'adsorption rotative,
qui fonctionne de manière similaire à un réchauffeur pré-air
régénérateur.
La
technologie Inventys est conçue pour être utilisée pour
capturer le CO2 à haute pureté des gaz de fumée dilués des
centrales électriques au charbon et au gaz et aux procédés
industriels.
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