Projet PR4 Biométhane - État de l'art de la production et injection de biométhane

Résumé et principaux résultats

Ce rapport analyse les questions principales concernant l'injection de biométhane dans les réseaux de transport et distribution de gaz naturel et détaille l'impact sur les appareils à combustion et les autres usages de ce gaz compte-tenu des principales impuretés qu'il contient. Le biométhane est un combustible gazeux riche en méthane produit par épuration du biogaz issu de la fermentation de matières organiques. Ce dernier est constitué principalement de méthane et dioxyde de carbone, mais il contient également des impuretés (H2S, siloxanes, ...) qui doivent être éliminées ou dont la teneur doit être réduite avant son utilisation. L'épuration du biogaz brut permet d'éliminer le CO2 et d'augmenter sa teneur en CH4 pour obtenir le biométhane, un gaz avec des propriétés physiques équivalentes à celles du gaz naturel. Elle permet également de supprimer les autres composés indésirables et donc assurer la conformité du biométhane produit aux spécifications des gestionnaires de réseau et à la règlementation. Ce rapport présente d'abord les résultats d'une veille bibliographique sur la production et l'injection de biométhane dans les réseaux de gaz naturel. Les conditions d'injection, la gestion des capacités d'injection ainsi que les mécanismes de soutien à la filière sont détaillés. Ensuite, il présente l'impact des principales impuretés sur les procédés et installations permettant de valoriser le biométhane (systèmes de cogénération, piles à combustibles, appareils à combustion, ...). Une attention particulière est portée aux siloxanes, une classe de composés du silicium utilisés pour la fabrication de plusieurs produits (détergents, produits de beauté, emballages, ...), qu'on retrouve dans le biogaz obtenu par méthanisation d'ordures et de boues de stations d'épuration. La combustion de ces molécules produit des dépôts de silice qui peuvent s'accumuler sur les composants internes des appareils à combustion, des moteurs, ..., et les endommager. Ces composés doivent être éliminés si leur teneur est trop grande quelle que soit l'utilisation du gaz. Enfin, le rapport compare les principaux procédés d'épuration du biogaz (adsorption, absorption physique et chimique, séparation par membrane, ...) en présentant leurs avantages et inconvénients ainsi que les coûts d'investissement, de fonctionnement et d'entretien. Les principales technologies d'épuration utilisées en Europe (adsorption sur charbon actif, absorption physique avec de l'eau ou des glycols, ...) permettent d'éliminer les impuretés du gaz brut et d'obtenir un biométhane conforme à la réglementation. La veille indique aussi l'intérêt de coupler plusieurs technologies différentes, selon les exigences en termes de propriétés et qualité du gaz à injecter, afin de réduire les coûts d'épuration.

Title: Project PR4 Biomethane - State of the art of biomethane production and injection
Anstract: This report summarizes the main issues and challenges faced by biomethane injection into natural gas pipelines and details the impact on combustion appliances and other uses of this gas, taking into account the main impurities it contains. Biomethane is a gas rich in methane produced by the purification of biogas resulting from the fermentation of organic matter. iogas consists mainly of methane and carbon dioxide, but it also contains impurities (H2S, siloxanes, etc.) which must be removed or whose content must be reduced before use. The purification of raw biogas removes carbon dioxide and increases methane content to obtain biomethane. It also permits to remove other undesirable compounds and therefore ensure that the biomethane produced complies with the specifications of network operators and with regulations. This report first presents the results of a bibliographic study on the production and injection of biomethane into natural gas networks. The injection conditions, the management of injection capacities as well as the support mechanisms for the sector are detailed. Then, the impact of the main impurities on the processes and installations allowing the recovery of biomethane (cogeneration systems, fuel cells, combustion devices, etc.) is explained. Particular attention is paid to siloxanes, a class of silicon compounds used for the manufacture of several products (detergents, beauty products, packaging, etc.), which are found in the biogas obtained by methanization of waste and sludge from treatment plants. The combustion of these molecules produces silica deposits which can accumulate on the internal components of combustion devices, engines, etc., and damage them. These compounds must be removed if their content is too great regardless of the use of the gas. Finally, the report compares the main biogas purification processes (adsorption, physical and chemical absorption, membrane separation, etc.) by presenting their advantages and disadvantages as well as the investment, operating and maintenance costs. The main purification technologies used in Europe (adsorption on activated carbon, physical absorption with water or glycols, etc.) make it possible to remove impurities from the raw gas and obtain biomethane that complies with the regulations. The analysis also indicates the interest of combining several technologies, according to the requirements in terms of properties and quality of the gas to be injected, in order to reduce the costs of purification.

Thème

Combustion

Mots-clés

Chaudières, Chauffage, Combustion

Auteurs

JORQUERA-FERRAT Pedro, TADDEO Lucio