Générateurs d’oxygène pour installations de biogaz
Le sulfure d’hydrogène est le composant de votre biogaz qui attaque tout ce qui se trouve en aval du digesteur. La désulfuration biologique en élimine l’essentiel à l’intérieur de l’installation, et elle fonctionne avec une petite dose d’oxygène en continu. OXYBERG® produit cet oxygène sur votre site, à partir de l’air comprimé : le soufre quitte le gaz sans qu’une charge d’azote inerte vienne prendre sa place.
Ce que l’oxygène fait dans une installation de biogaz
Le biogaz brut sort du digesteur chargé de sulfure d’hydrogène, et la teneur dépend du substrat plutôt que de l’installation. Les intrants riches en soufre et en protéines, lisiers, vinasses ou biodéchets, en produisent bien plus que les cultures énergétiques, et les valeurs publiées pour les installations agricoles vont de quelques centaines à plusieurs milliers de ppm.
Ce gaz doit ensuite alimenter un moteur. Le sulfure d’hydrogène brûle en donnant du dioxyde de soufre, qui se condense ensuite en acide sur chaque surface froide en aval : conduites de gaz, échangeurs, huile moteur et moteur lui-même. Les motoristes publient une teneur limite à l’admission, et au-delà la réponse tient en des intervalles de vidange raccourcis, une usure accélérée ou une discussion sur la garantie. Sur les installations qui épurent le gaz en biométhane, le même soufre réapparaît en consommation d’adsorbant : tout ce que le digesteur n’élimine pas, l’étage d’épuration doit le faire.
La désulfuration biologique en traite l’essentiel avant tout cela. Une quantité d’oxygène faible et contrôlée est introduite dans le ciel gazeux du digesteur ou, plus souvent, du post-digesteur. Des bactéries sulfo-oxydantes vivent déjà sur les surfaces humides, et lorsqu’elles disposent d’oxygène, elles oxydent le sulfure dissous en soufre élémentaire, qui décante et part avec le digestat. Aucun réactif n’est acheté et aucun média n’est éliminé : c’est pour cela que c’est le premier étage de désulfuration sur la plupart des installations qui en ont un.
L’oxygène lui-même vient d’un générateur PSA : l’air comprimé traverse un tamis moléculaire qui retient l’azote et laisse passer l’oxygène, l’un des deux réservoirs se régénère pendant que l’autre produit. La page sur le générateur d’oxygène PSA détaille le procédé lui-même.
Air ou oxygène, et ce que l’azote vous coûte
Les bactéries ont besoin d’oxygène. L’air n’en contient qu’un cinquième environ, et les quatre cinquièmes restants sont un azote que rien dans l’installation ne consomme. Dosez de l’air, et cet azote reste dans le biogaz jusqu’au moteur ou jusqu’à l’unité d’épuration.
Le calcul mérite d’être fait avec vos propres chiffres. Un digesteur qui produit 500 Nm³/h de biogaz, dosé à l’air à hauteur de 5 % du débit de gaz, absorbe 25 Nm³/h d’air, dont environ 20 Nm³/h d’azote. Près de 4 % de ce qui sort ensuite de l’installation est un gaz inerte qui n’a jamais été dans le digesteur, et la teneur en méthane baisse à peu près dans la même proportion.
Pour une installation qui brûle son gaz sur place, c’est une perte mesurable de pouvoir calorifique. Pour une installation qui épure en biométhane, c’est davantage, car l’azote est justement le composant que les technologies d’épuration courantes n’éliminent pas : les systèmes membranaires et aux amines séparent le dioxyde de carbone, pas l’azote. Les spécifications réseau laissent peu de marge, avec des limites européennes pour l’oxygène dans le biométhane injecté de l’ordre d’un pour cent, et des valeurs bien plus strictes là où un réseau est relié à un stockage souterrain.
De l’oxygène à 90 ou 95 % produit la même oxydation avec environ un cinquième du volume de gaz, et son complément est constitué de quelques pour cent d’argon et d’azote plutôt que de l’essentiel du flux. Le gaz inerte que vous ajoutez à votre propre produit passe de plusieurs points de pourcentage à une fraction de point.
Quelle quantité d’oxygène un digesteur demande
La dose suit la charge en soufre, pas la taille de l’installation. Deux digesteurs de même puissance électrique peuvent avoir des besoins en oxygène très éloignés, parce que leurs substrats portent des teneurs en soufre différentes, et un même digesteur évolue au fil de l’année avec le mélange d’intrants. En ordre de grandeur, la littérature technique situe le besoin autour de 0,5 à 1,5 % du débit de biogaz en oxygène pur, soit l’équivalent de 3 à 6 % si l’on utilise de l’air. Prenez cela comme une fourchette de départ et confrontez-la à vos propres relevés de H₂S.
L’écart se paie dans les deux sens. Trop peu d’oxygène et le sulfure reste dans le gaz. Trop d’oxygène et l’oxydation dépasse le soufre élémentaire pour aller jusqu’à l’acide sulfurique, qui attaque le béton du ciel gazeux, tandis que l’oxygène non consommé apparaît dans l’analyse de gaz, où une unité d’épuration est la première à le remarquer. C’est pourquoi la dose est régulée sur une valeur de H₂S mesurée et sur un relevé d’oxygène résiduel, plutôt que réglée une fois pour toutes à la mise en service.
Comment dimensionner une alimentation en oxygène pour une installation de biogaz
Partez de la charge en soufre
Le débit de biogaz multiplié par la concentration en H₂S donne la charge que les bactéries doivent traiter. Prenez les deux valeurs sur votre propre analyseur de gaz, sur un cycle d’alimentation complet et avec le pire mélange d’intrants que vous chargez, pas dans les valeurs de conception du dossier de mise en service.
Définissez ce que le gaz doit respecter
Une teneur limite à l’admission moteur et une spécification d’entrée d’unité d’épuration sont deux objectifs différents, et ils conduisent à des teneurs résiduelles en H₂S et à des doses différentes. Décidez lequel des deux commande avant tout dimensionnement.
Convertissez la charge en débit d’oxygène
Exprimez la dose en pourcentage du débit de biogaz, puis dimensionnez sur la pointe et non sur la moyenne annuelle. Un générateur dimensionné sur la moyenne est trop juste exactement au moment où un lot riche en soufre entre dans le digesteur.
Vérifiez l’air comprimé
Le débit d’oxygène multiplié par le facteur d’air de 11 donne le besoin, à n’importe quelle pureté de la gamme. La qualité compte autant que le volume : les entraînements d’huile et l’humidité résiduelle raccourcissent la durée de vie du tamis, et OXYBERG® requiert un air comprimé conforme à ISO 8573-1:2010 classe 1.4.1 à 7 bar(g).
Besoin d’un dimensionnement pour votre application ?
Vous n’avez pas besoin de tous vos relevés pour commencer. Dites-nous la taille de votre installation et la façon dont vous traitez le soufre aujourd’hui, et nous vous dirons si un générateur d’oxygène mérite un examen plus poussé. Si vous avez sous la main vos valeurs de H₂S et la spécification du gaz, envoyez-les et vous recevrez une proposition de dimensionnement.
Où s’arrête la désulfuration biologique et où commencent les autres méthodes
La désulfuration biologique est rarement le seul étage de désulfuration d’une installation, et ce n’est pas sa vocation. Les sels de fer dosés dans le substrat fixent le sulfure en phase liquide avant même qu’il n’atteigne le gaz. Ils fonctionnent, ils se rajoutent facilement sur une installation existante, et ce sont des consommables avec un coût récurrent à la tonne de substrat et une charge en fer qui finit dans le digestat. Le charbon actif se situe à l’autre bout de la chaîne, en étage de finition : très efficace jusqu’à quelques ppm, avec un média qui se remplace périodiquement et s’élimine.
Les unités biologiques externes, biofiltres percolateurs et laveurs à deux étages, font tourner la même biologie hors du digesteur avec un contrôle plus fin, et une conception à deux étages évite complètement de faire entrer l’air de procédé dans le gaz, au prix d’un investissement plus élevé.
Sur la plupart des installations, la réponse pratique est une combinaison. La désulfuration biologique dans le digesteur prend l’essentiel du soufre au coût de fonctionnement le plus bas, et un étage de finition prend les derniers ppm là où une spécification serrée s’applique. L’alimentation en oxygène agit sur le premier de ces étages, celui qui porte aussi la plus grande part de la charge, et un premier étage bien conduit est ce qui empêche les consommables du second de devenir le poste de coût dominant.
Pourquoi produire l’oxygène sur site
Pas d’azote inerte en plus dans votre gaz
C’est tout l’intérêt de l’oxygène face à l’air. La même oxydation se produit sans que quatre cinquièmes du volume dosé soient un gaz inerte : la teneur en méthane, le pouvoir calorifique et la charge en inertes de votre biométhane restent où ils étaient.
Une marche continue qui convient à la PSA
La désulfuration tourne dès que le digesteur tourne, c’est-à-dire la plupart des heures de l’année. Un débit faible, constant et ininterrompu est le profil de charge pour lequel un générateur PSA est construit, et celui qui s’accommode le plus mal d’un calendrier de livraison. La plupart des installations de biogaz n’achètent pas d’oxygène aujourd’hui. Elles injectent de l’air, ou elles dosent des sels de fer : la comparaison ne porte donc pas sur une facture de gaz, mais sur l’azote inerte que vous transportez dans votre gaz et sur les consommables que vous continuez d’acheter. Ce qu’un générateur vaut sur votre installation dépend de votre charge en soufre et de votre prix de l’électricité, et ce calcul mérite d’être mené ensemble avant toute autre chose.
Une dose que vous pouvez faire varier
Le substrat change et le H₂S monte avec lui. Avec votre propre générateur, vous modifiez une consigne et vous vérifiez l’analyse, au lieu de renégocier un volume de fourniture et d’attendre le prochain créneau de livraison.
Des pièces d’usure standard, un service ouvert
Les filtres et les pièces d’usure sont des composants standard, disponibles dans le commerce : le service reste ouvert à la concurrence pendant toute la vie de la machine. La garantie est de trois ans en standard et jusqu’à cinq ans avec un contrat de maintenance.
Les générateurs d’oxygène OXYBERG® pour le biogaz
OXYBERG® couvre 18 tailles au total, listées intégralement sur la page générateurs d’oxygène. La sélection ci-dessous couvre la plage dans laquelle se situent la plupart des digesteurs, donnée à 90 % de pureté, là où se place la désulfuration biologique.
| Modèle | O₂ à 90 % | Air comprimé à 90 % |
|---|---|---|
| OXYBERG® 500 | 2,1 Nm³/h | 23,1 Nm³/h |
| OXYBERG® 900 | 9,2 Nm³/h | 101,2 Nm³/h |
| OXYBERG® 1200 | 18,9 Nm³/h | 207,9 Nm³/h |
| OXYBERG® 1500 | 44,6 Nm³/h | 490,6 Nm³/h |
| OXYBERG® 1700 | 65,8 Nm³/h | 723,8 Nm³/h |
La taille qui convient découle de la charge en soufre et non de la puissance électrique installée, et un réservoir tampon a sa place dans le projet même lorsque le besoin moyen paraît confortable, car une charge fraîche de substrat riche en soufre n’attend pas le générateur.
Là où le site ne dispose pas d’un air comprimé adapté, le générateur se planifie comme une installation complète et non comme une machine isolée : centrale d’air, traitement de l’air, tampon, générateur et stockage d’oxygène forment une seule chaîne, issue d’un seul interlocuteur au sein du BERG Group. La page sur la centrale d’oxygène PSA détaille cette configuration. Les ensembles générateurs standard NITROBERG® et OXYBERG® concernés font l’objet d’une évaluation de la conformité au titre de la directive PED 2014/68/UE selon les modules B + D. La conception et la fabrication sont Made in Germany.
FAQ : générateurs d’oxygène pour installations de biogaz
Pour la désulfuration biologique. Les bactéries sulfo-oxydantes présentes dans le ciel gazeux du digesteur transforment le sulfure dissous en soufre élémentaire, et il leur faut pour cela un apport d’oxygène faible et continu. Le soufre décante et part avec le digestat, ce qui tient le sulfure d’hydrogène à l’écart du gaz avant qu’il n’atteigne le moteur ou l’unité d’épuration.
Par voie biologique plutôt que chimique. Lorsqu’elles disposent d’oxygène, les bactéries déjà présentes sur les surfaces humides oxydent le sulfure en soufre élémentaire, et avec davantage d’oxygène jusqu’au sulfate. Rien n’est dosé qui doive être acheté ou éliminé, ce qui en fait l’étage de désulfuration le moins cher dont dispose une installation de biogaz. C’est la maîtrise de la dose qui décide où la réaction s’arrête.
À cause de l’azote qui arrive avec l’air et que rien dans l’installation ne consomme. Il reste dans le biogaz, abaisse la teneur en méthane et le pouvoir calorifique, et c’est précisément le composant que les technologies d’épuration habituelles ne séparent pas. De l’oxygène à 90 ou 95 % obtient la même oxydation avec beaucoup moins de gaz introduit : ce qui subsiste ensuite est une fraction de ce que laisse l’air.
Elle suit la charge en soufre, donc le débit de biogaz multiplié par la concentration en H₂S, et non la puissance électrique. La littérature technique situe le besoin autour de 0,5 à 1,5 % du débit de biogaz en oxygène pur, et c’est une fourchette de départ plutôt qu’une valeur de conception. La dose est ensuite ajustée en exploitation sur le H₂S mesuré et sur l’oxygène résiduel dans le gaz.
Le bas de la gamme suffit. Entre 90 % et 93 %, le gaz est largement au-delà du point où la disponibilité en oxygène limite les bactéries, et une qualité supérieure ne les fait pas travailler plus vite. Sur OXYBERG®, le facteur d’air est de 11 à toutes les puretés : une qualité supérieure ne vous coûte donc pas d’air comprimé. Ce qu’elle coûte, c’est du débit, puisque la même machine délivre entre 10 et 40 % d’oxygène en plus à 90 % qu’à 95 %.
À ces doses, l’oxygène est consommé près de son point d’entrée et l’essentiel du digesteur reste anaérobie. Les essais publiés sur la micro-aération font état de rendements en méthane inchangés ou légèrement améliorés. C’est le surdosage qu’il faut éviter, et c’est pour cela que la dose est asservie à l’analyse de gaz et que le concept de protection contre les explosions de l’installation relève de sa conception et non de l’alimentation en gaz.
Le plus souvent, il réduit ce qu’ils ont à faire plutôt qu’il ne les supprime. La désulfuration biologique prend l’essentiel du soufre au coût de fonctionnement le plus bas, et un étage de finition traite toujours les derniers ppm là où une spécification serrée s’applique. Là où des sels de fer sont dosés aujourd’hui, c’est un étage biologique bien maîtrisé qui permet de réduire ce consommable, et non l’inverse.