Alimentation du réseau en biométhane propre à l'aide du générateur d'oxygène Atlas Copco
Un générateur d'oxygène Atlas Copco aide l'entreprise Nat-Ur-Gas Solschen à produire du méthane propre dans son usine de biogaz en Allemagne. La désulfuration du biogaz à l'aide d'oxygène permet d'obtenir une source d'énergie durable pour le réseau. Un autre avantage est la réduction des coûts d'exploitation grâce à une efficacité énergétique améliorée (jusqu'à 50 %).
L'utilisation d'un compresseur à vitesse variable d'Atlas Copco permet également un contrôle précis de la teneur en oxygène pour se prémunir de tout risque d'explosion, garantissant ainsi la sécurité de l'usine.
L'air comprimé provenant du compresseur sert à remplir un réservoir de stockage à une pression de 10 bar via un filtre à charbon actif, un séparateur d'huile et un collecteur d'impuretés (à gauche sur l'image). Le générateur d'oxygène est alimenté par ce réservoir.
En 2016, Heinrich Schaper et Michael Klawitter de Nat-Ur-Gas Solschen GmbH & Co. KG ont mandaté Bioconstruct GmbH, basée à Melle, pour la conception et la construction d'une usine de biogaz. L'usine produit actuellement 1 500 m3 de biogaz par heure, avec une teneur moyenne en méthane de 53 %. Ce biogaz est concentré en continu pour atteindre une teneur en méthane de 94 % au moyen de membranes. « Toutes les heures, nous injectons 700 mètres cubes de biométhane dans le système d'approvisionnement en gaz », explique Michael Klawitter. Le biogaz est vendu au fournisseur d'énergie BayWa de Munich dans le cadre d'un contrat d'achat à long terme.
Les fermenteurs sont au cœur du traitement du biogaz par Bioconstruct. A l'intérieur de ces derniers, les bactéries se nourrissent des matières organiques pour produire des biogaz. Les deux fermenteurs de la société nécessitent chacun 3,5 tonnes de biomasse fraîche ou de substrat toutes les heures. Le développement durable est une caractéristique clé du modèle commercial de l'entreprise, car le substrat provient d'exploitations agricoles locales et les résidus de fermentation sont restitués sous forme d'engrais.
Le sulfure d'hydrogène qui en résulte représente le plus gros problème dans la production de biogaz.Tout d'abord, il est responsable de l'adhérence des filtres de l'usine de traitement entre eux. De plus, il est converti en dioxyde de soufre pendant la combustion du biogaz et provoque alors la corrosion des raccords et des moteurs. Nous devons donc essayer d'éliminer autant de sulfure d'hydrogène que possible du gaz. »
La méthode de désulfuration biologique
L'usine de biogaz de Solschen, en Basse-Saxe, produit du biogaz avec une teneur moyenne en méthane de 53 %.
La société basée à Solschen a choisi la méthode de désulfuration biologique. Dans ce procédé, le sulfure d'hydrogène est transformé en soufre élémentaire et en eau par des bactéries spéciales dans le fermenteur grâce à l'ajout d'air ou d'oxygène. Le soufre reste dans les résidus de fermentation, qui voient ainsi leurs propriétés en tant qu'engrais renforcées, tandis que le gaz purifié est prêt pour d'autres étapes de traitement.
« Nous avons délibérément opté pour la désulfuration avec de l'oxygène », explique M. Klawitter. « En effet, contrairement à la désulfuration à l'air ambiant, ce procédé nous permet de contrôler avec précision notre générateur d'O2. Cela nous donne un contrôle total sur un certain nombre de facteurs, comme la protection contre les explosions. Nous savons que nous avons une teneur en O2 de 94 % et nous pouvons réguler l'ajout d'oxygène pour rester toujours en dessous de la limite inférieure d'explosion, qui est de 2,3 %. » L'oxygène est insufflé dans les fermenteurs par le dessus. Avec le biogaz, il est distribué sous les dômes des zones de stockage des résidus de fermentation hémisphériques.
Le partenaire commercial d'Atlas Copco D & N Drucklufttechnik GmbH & Co. KG, également basé à Melle, a planifié et mis en œuvre le système d'approvisionnement en oxygène. Celui-ci se compose d'un compresseur à vis lubrifié à vitesse régulée GA 11 VSD +, d'un générateur d'O2 de type OGP 8, d'un réservoir de stockage pour l'air comprimé et l'oxygène, ainsi que des étages de filtration nécessaires pour le traitement de l'air comprimé et de l'O2. L'air comprimé passe à travers un filtre à charbon actif, un séparateur d'huile et un collecteur d'impuretés pour arriver dans un réservoir de stockage à une pression de 10 bar. De là, le générateur d'O2 est alimenté, ce qui enrichit l'air pour atteindre une teneur en oxygène de 94 %. L'oxygène atteint enfin les fermenteurs via un autre réservoir tampon et deux débitmètres électroniques.
« Nous insufflons actuellement en moyenne neuf mètres cubes d'oxygène par heure dans les fermenteurs », déclare M. Klawitter. Le débit instantané varie entre 6 et 11 m3 en fonction de la quantité de biogaz produite, de sorte que la teneur en oxygène ne dépasse jamais la limite inférieure d'explosion. L'alimentation en air comprimé doit donc être flexible, et c'est l'une des raisons pour lesquelles la machine à vitesse régulée d'Atlas Copco a été choisie.
Le deuxième avantage majeur de la régulation de la vitesse est la faible consommation d'énergie, entraînant une réduction des coûts d'exploitation. Les compresseurs GA-VSD+ d'Atlas Copco sont dotés de la dernière génération de régulation de la vitesse et sont équipés de moteurs à aimant permanent particulièrement économes en énergie. Le système permet de réduire les coûts énergétiques de 50 % par rapport à un système de contrôle de type tout/rien.
La désulfuration du biogaz protège également les filtres à charbon actif en amont de l'usine de traitement. Sans désulfuration, la teneur en soufre du gaz brut réduirait radicalement la durée de vie des filtres, ce qui augmenterait les coûts d'exploitation. Un autre avantage est que la teneur en oxygène de 0,4 à 0,5 % dans le flux de gaz contribue activement aux performances du charbon actif en maintenant sa pleine efficacité. L'approvisionnement en oxygène est si important pour l'usine de Solschen que Nat-Ur-Gas Solschen travaille déjà à la mise en œuvre d'une solution redondante.
Michael Klawitter met également l'accent sur le SAV d'Atlas Copco.
Les techniciens de maintenance ont remis le générateur en service de manière rapide et efficace après une panne induite par le client. Ils ont également fourni spontanément des instructions complètes d'ingénierie système pendant le cycle de maintenance.