Lavage aux amines : pertes de méthane minimales, mais chaleur nécessaire à la régénération

Le lavage aux amines est une absorption chimique : le CO₂ du biogaz réagit dans la colonne avec une solution aqueuse d’amines, et le solvant saturé en CO₂ est chauffé dans la colonne de régénération, où il libère le dioxyde de carbone. La réaction étant très sélective vis-à-vis du CO₂, le méthane n’est pratiquement pas absorbé – les pertes sont généralement inférieures à env. 0,1–0,2 %. On le paie en chaleur : la régénération exige une température de l’ordre de 110–140 °C.

Déroulement du processus

1. Purification préalable – en particulier la désulfuration. Un excès de H₂S dégrade le solvant ou pollue le flux de CO₂.
2. Absorption – le biogaz à une pression proche de la pression atmosphérique (ou à une faible surpression) entre par le bas de la colonne, la solution d’amines s’écoule par le haut. Le CO₂ réagit avec l’amine en formant des composés (par ex. des carbamates et des hydrogénocarbonates).
3. Échange de chaleur – le solvant riche est réchauffé dans un échangeur par la chaleur du solvant revenant du régénérateur, ce qui réduit le besoin de chaleur.
4. Régénération – dans la colonne de strippage, le solvant est chauffé à la vapeur ou à l’eau chaude ; le CO₂ libéré quitte l’installation dans un flux de grande pureté (>99 % après séchage).
5. Circuit – le solvant épuré est refroidi et retourne à l’absorption.

Le biométhane sort à basse pression ; avant l’injection dans le réseau, il est donc comprimé et séché en plus.

Énergie : la chaleur domine

Le besoin en énergie électrique est faible (ventilateurs, pompes, compression du gaz après le lavage), alors que le besoin en chaleur est important. La littérature donne des ordres de grandeur d’environ 0,5–0,8 kWh de chaleur par m³ de biogaz, selon le solvant, la concentration de CO₂ et le degré de récupération de chaleur. L’intérêt économique dépend de la source locale : la chaleur fatale d’un moteur CHP, d’une chaudière à biomasse ou d’un site industriel peut être bon marché, alors que le chauffage au gaz est parfois coûteux et dégrade le bilan des émissions.

CO₂ pur

Le gaz de queue du régénérateur est du CO₂ biogénique presque pur. Après un traitement supplémentaire (séchage, élimination des odeurs), il peut être vendu à l’industrie (boissons, agroalimentaire, serres, production d’e-carburants) ou liquéfié. C’est en cela que consiste l’avantage particulier des amines sur les technologies dans lesquelles l’off-gas contient des impuretés et du méthane.

Inconvénients et risques

• Dégradation du solvant sous l’effet de l’oxygène, de la température élevée et des impuretés ; appoint et élimination des amines usagées nécessaires.
• Santé et sécurité au travail – les amines peuvent être irritantes, elles exigent des procédures de stockage et de manipulation appropriées.
• Mousse et corrosion – les impuretés (huiles, particules) provoquent un moussage dans les colonnes.
• Moindre souplesse en charge variable que dans les membranes ; temps de démarrage plus long.
• Infrastructure thermique – colonne de régénération, échangeurs, source de chaleur.

Exemple de calcul

Hypothèses : 1 000 m³/h de biogaz, 52 % de CH₄, besoin de chaleur 0,6 kWh/m³ de biogaz, 8 000 h/an, chaleur fatale à 40 PLN/MWh, chaleur d’une chaudière à gaz à 250 PLN/MWh (prix supposés dans les deux cas). Chaleur : 1 000 × 0,6 × 8 000 = 4 800 MWh/an. Coût de la chaleur fatale : env. 192 000 PLN ; de la chaudière à gaz : env. 1,2 million de PLN. Le gain d’une perte de méthane plus faible (0,1 % au lieu de 1 %) à 520 m³/h de CH₄ est de 520 × 0,009 × 8 000 ≈ 37 000 m³ de CH₄ ≈ 374 MWh, soit, à 200 PLN/MWh, env. 75 000 PLN par an. Conclusion : l’économie de méthane couvre rarement le coût de la chaleur achetée à partir d’un combustible, mais elle commence à compter avec de la chaleur fatale et une vente valorisante du CO₂.

Quand envisager le lavage aux amines

• Lorsque de la chaleur bon marché et à faibles émissions est disponible.
• Lorsque le CO₂ doit être vendu ou valorisé (CCU), et que la pureté compte donc.
• Lorsqu’une très faible perte de méthane est exigée, par ex. en raison du bilan GES ou d’exigences environnementales.

Intégration de la chaleur avec l’unité de méthanisation

Dans une unité de méthanisation typique avec cogénération, une partie de la chaleur est utilisée pour chauffer les digesteurs, et l’excédent reste parfois inutilisé. Après le passage au biométhane, le moteur CHP cesse généralement de fonctionner, et la source de chaleur existante disparaît. C’est pourquoi, dans le projet, il faut calculer le bilan thermique de l’ensemble : chaleur pour la méthanisation, chaleur pour la régénération des amines et éventuelle chaleur d’une chaudière au biogaz ou à la biomasse. Si la chaleur pour le lavage provient d’une chaudière alimentée au biogaz brut, on brûle du méthane qui aurait pu être vendu, ce qui réduit le volume de ventes et influe sur le bilan des émissions. Pour cette raison, l’une des décisions clés est le choix de la source de chaleur : chaudière à biomasse, pompe à chaleur ou chaleur fatale d’un site voisin.

Conclusion

Le lavage aux amines est une technologie pour les projets dans lesquels la valeur vient du CO₂ pur et de la perte minimale de méthane, et où la chaleur est disponible à un prix raisonnable. Dans le bilan des coûts, c’est l’énergie thermique qui compte, et pas seulement l’électricité.