Améliorer les performances de valorisation du biogaz sur ren

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Crédits : Tao SUN, Wenlong LI, Jiandong WEI, Long JI, Qingyao HE, Shuiping YAN

Le biogaz est généralement produit par digestion anaérobie de déchets organiques tels que le fumier animal et les déchets de paille, qui constituent une énergie verte renouvelable typique et peuvent être utilisés comme combustible pour la production d'électricité et de chaleur. La Chine possède une production de biogaz à grande échelle, avec une production annuelle d'environ 15 milliards de m3 de biogaz, et le développement et l'utilisation du biogaz offrent un nouveau choix pour faire face à la crise énergétique. En fait, le biogaz contient environ 60 % de CH4 et environ 40 % de CO2, ainsi que d'autres impuretés traces telles que H2S et H2O. La présence de CO2 dans le biogaz réduit considérablement les performances de combustion, et le H2S dans le biogaz provoque également une corrosion des canalisations et des équipements. Par conséquent, ces impuretés doivent être éliminées pour augmenter la part de méthane dans le produit, dans lequel ce processus d'élimination des gaz est également connu sous le nom de valorisation du biogaz. L'émergence de technologies de valorisation du biogaz peut non seulement augmenter les revenus économiques des usines de biogaz, mais également réduire les émissions de gaz à effet de serre. En théorie, puisque le biogaz a longtemps été considéré comme un carburant typiquement neutre en carbone, la capture, l’utilisation et le stockage du CO2 issu du biogaz devraient générer des émissions de carbone négatives.

À l’heure actuelle, de nombreuses technologies matures de valorisation du biogaz comprennent l’épuration à l’eau sous pression, l’adsorption modulée en pression, l’absorption chimique, la séparation par membrane et la technologie cryogénique. Parmi eux, le lavage à l'eau et l'adsorption modulée en pression peuvent simultanément éliminer le CO2 et le H2S du biogaz, tout en présentant les inconvénients fatals d'une perte élevée de CH4 (entre 2 % et 20 %). Il est bien connu que l’effet de serre du CH4 est environ 21 fois supérieur à celui du CO2. Par conséquent, de nombreux chercheurs se sont concentrés sur la méthode d’absorption chimique, où elle présente une perte négligeable de CH4 et une vitesse de réaction élevée. Par coïncidence, étant donné que la réaction chimique entre l'absorbant et le gaz acide peut former un sel stable, le processus d'absorption chimique pose des problèmes de consommation d'énergie élevée du système et de perte d'absorbant de CO2.

Afin de résoudre les problèmes de la méthode d'absorption chimique ci-dessus, le professeur Shuiping Yan et son équipe ont proposé un absorbant aqueux d'ammoniac renouvelable à partir de boues de biogaz (un sous-produit de la digestion anaérobie) combinant le principe de l'ingénierie énergétique verte. L'absorbant aqueux d'ammoniac renouvelable riche en CO2 peut être utilisé comme engrais azoté d'ammonium à appliquer directement sur les terres agricoles, évitant ainsi les problèmes des absorbants chimiques traditionnels. De plus, les membres de l’équipe ont réussi à éliminer efficacement et simultanément le CO2 et le H2S du biogaz en utilisant un solvant aqueux d’ammoniac renouvelable dans un contacteur à membrane gaz-liquide. Comparé à l'absorption physique typique (efficacité d'élimination du H2S : 48 %), le solvant aqueux d'ammoniac renouvelable 0,1 mol·L−1 NH3 pourrait éliminer 97 % du H2S du biogaz, et l'efficacité d'élimination du H2S est moins affectée par les impuretés présentes dans cet absorbant. Lorsque la solution aqueuse d'ammoniaque renouvelable a été ajustée à 0,5 mol·L−1 NH3, le biogaz peut être purifié dans le biométhane du pipeline. De plus, les conditions de fonctionnement optimales pour l'élimination simultanée du CO2 et du H2S dans le contacteur à membrane à fibres creuses ont été déterminées en explorant l'influence de divers paramètres de fonctionnement tels que la température et le débit gaz-liquide au cours du processus d'absorption par membrane, ce qui a fourni une certaine théorie théorique. base et soutien technique pour le développement vert du processus de valorisation du biogaz. Cette étude a été publiée dans Frontiers of Agricultural Science and Engineering en 2023, 10(3). DOI : 10.15302/J-FASE-2022473.

Frontières de la science et de l'ingénierie agricoles

10.15302/J-PHASE-2022473

Étude expérimentale

N'est pas applicable

VALORISATION DU BIOGAZ PAR ÉLIMINATION SIMULTANÉE DU CO2 ET DU H2S PAR SOLUTION AQUEUSE D'AMMONIAQUE RENOUVELABLE DANS UN CONTACTEUR À MEMBRANE