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Déshydratation du biogaz : condensation, refroidissement et adsorption avant le moteur
Le biogaz sortant du digesteur est saturé en vapeur d'eau. Nous expliquons la quantité d'eau qu'il contient, le fonctionnement des canalisations avec drainage, des groupes frigorifiques et des sécheurs par adsorption, ainsi que le choix de la déshydratation adaptée au moteur.
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Le biogaz sortant du digesteur est saturé en vapeur d'eau, et à température mésophile, sa teneur atteint plusieurs pour cent en volume ; après refroidissement, l'eau se condense, entraînant avec elle du H₂S, du CO₂, du NH₃ et des acides dissous. La déshydratation protège les canalisations, les soufflantes, le désulfurateur et le moteur contre la corrosion et les inondations. La méthode la plus simple consiste en une canalisation en pente avec des regards de condensat ; un contrôle plus précis est assuré par un groupe frigorifique (jusqu'à environ 3–5 °C) avec réchauffage du gaz, tandis que les applications les plus exigeantes (épuration) utilisent la déshydratation par adsorption.
Quantité d'eau transportée par le biogaz
La teneur en vapeur d'eau d'un gaz saturé dépend de la température. Approximativement (pression atmosphérique) :
| Température du gaz | Teneur en eau (approximative) |
|---|---|
| 38 °C | environ 6,5 % vol., environ 45–50 g/m³ |
| 20 °C | environ 2,3 % vol., environ 17 g/m³ |
| 5 °C | environ 0,86 % vol., environ 7 g/m³ |
Exemple de quantité de condensat
Hypothèses : 1 200 m³/h de biogaz saturé à 38 °C, refroidi à 5 °C. Différence de teneur en eau d'environ 45 − 7 ≈ 38 g/m³ (valeurs approximatives adoptées). Quantité de condensat : 1 200 × 0,038 ≈ 46 kg/h, soit environ 1,1 m³ par jour. Une telle quantité nécessite une évacuation appropriée (le condensat contient des polluants), ne doit pas geler dans le conduit d'évacuation ni bloquer le siphon.
Méthodes de déshydratation
| Méthode | Principe | Application | Remarques |
|---|---|---|---|
| Refroidissement dans la canalisation (sol) | refroidissement dans le sol, condensat vers les regards | première étape, tout système | nécessite une pente (minimum quelques pour mille) et des regards |
| Groupe frigorifique (échangeur) | refroidissement jusqu'à environ 3–5 °C, puis réchauffage | avant désulfuration au charbon, avant le moteur | point de rosée stable ; nécessite de l'énergie, un écoulement |
| Adsorption (gel de silice, tamis moléculaires) | adsorption de la vapeur sur un sorbant, régénération par chaleur ou air | point de rosée bas | coût plus élevé, utilisé pour l'épuration |
| Absorption dans le glycol | l'eau se lie dans le liquide | grands débits | rencontré dans l'industrie gazière |
Pourquoi réchauffer après refroidissement
Le gaz après refroidissement est saturé à basse température. Lorsqu'il atteint un environnement plus chaud, l'humidité relative diminue ; un réchauffage de quelques à une dizaine de degrés réduit l'humidité relative en dessous du seuil recommandé par les fabricants de sorbants et de moteurs. Cela diminue le risque de condensation dans les canalisations en cas de baisse de la température ambiante, tant que la température du gaz et de la canalisation reste supérieure au point de rosée (le réchauffage ne modifie pas le point de rosée lui-même).
Principes de construction de l'installation
- Pente de la canalisation en direction des regards de condensat (il est généralement recommandé d'avoir au moins quelques à une dizaine de pour mille) et absence de « poches » d'eau.
- Regards équipés de siphons dont la hauteur protège contre les surpressions et les dépressions, chauffés ou placés en dessous de la zone de gel.
- Matériaux résistants à la corrosion (PE, acier inoxydable, PVC pour le condensat).
- Isolation des canalisations aériennes afin de limiter la condensation en des endroits aléatoires.
- Capteurs de niveau d'eau dans les regards et alarme.
- Accès pour la maintenance et procédures de vidange sécurisée (le condensat contient du H₂S).
Problèmes typiques
| Problème | Cause | Solution |
|---|---|---|
| Inondation de la soufflante | eau dans la canalisation, absence de regard | ajout d'un drainage, contrôle de la pente |
| Siphon gelé | basse température | chauffage, isolation, glycol |
| Dégradation du sorbant | gaz humide vers le filtre | déshydratation avant le filtre |
| Humidité trop élevée avant le moteur | absence de réchauffage après refroidissement | ajout d'un réchauffeur |
| Corrosion | condensat acide | matériaux adaptés, contrôle régulier |
Condensat — que faire avec
Le condensat est le plus souvent renvoyé vers le digesteur ou le réservoir de digestat, si l'installation le permet, car il contient des éléments biogènes et présente un faible volume. La solution doit être conforme au projet (protection contre les fuites de gaz) et à la réglementation locale.
Contrôle et exigences
Pour le moteur, les exigences du fabricant concernant l'humidité relative, la température et la teneur en polluants du gaz sont cruciales ; notez-les et comparez-les avec les mesures. Le point de rosée requis pour l'épuration du biométhane est nettement plus bas, ce qui détermine le type de système de déshydratation.
Impact sur le moteur et l'épuration
Les moteurs à gaz sont sensibles aux gouttelettes d'eau et au gaz humide contenant des composés acides : des dépôts se forment dans le système d'admission, la corrosion et la consommation d'huile augmentent. Les fabricants indiquent l'humidité relative maximale et la température du gaz avant le moteur. Dans les installations d'épuration (membranes, PSA, laveurs), les exigences en matière de point de rosée sont plus strictes et nécessitent généralement une déshydratation en plusieurs étapes.
Conseils d'exploitation
- Vérifiez les écoulements de condensat et l'état des siphons une fois par semaine.
- Après l'hiver, contrôlez les canalisations pour détecter d'éventuels affaissements où des poches d'eau auraient pu se former.
- Mesurez la température et l'humidité du gaz avant le moteur ; enregistrez les tendances.
- En cas de changements météorologiques importants, vérifiez si le groupe frigorifique et le réchauffeur maintiennent les valeurs définies.
- Envisagez des mesureurs de point de rosée dans les points critiques.
Sources
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