ECHANTILLONNAGE DU BIOGAZ ET BIOMETHANE
ISSUS DE LA METHANISATION

Biogaz et biométhane issus de la méthanisation

SOCLEMA propose des solutions pour l' échantillonnage de biogaz et de biométhane issus de la méthanisation: cannes de prélèvement, séparateurs cycloniques, séparateurs à membrane, détendeurs, tube tracé ...

Spécialiste de l'échantillonnage industriel, SOCLEMA vous rappelle les lignes directrices de l'échantillonnage du biogaz et du bio-méthane.

En savoir +
Retour en haut

BIO-METHANE: QUALITE GAZ ET SURVEILLANCE

La méthanisation est une technologie basée sur la dégradation par des micro-organismes de la matière organique, en conditions contrôlées et en l’absence d’oxygène, donc en milieu anaérobie.
Cette dégradation produit:
- un produit humide, riche en matière organique partiellement stabilisée, appelé digestat. Il est généralement envisagé le retour au sol du digestat après éventuellement une phase de maturation par compostage.
- du biogaz, mélange gazeux saturé en eau à la sortie du digesteur et composé d’environ 50 % à 70 % de méthane (CH4), de 20 % à 50 % de gaz carbonique (CO2) et de quelques gaz traces (NH3, N2, H2S).

Le biogaz a un pouvoir calorifique élevé  et peut être utilisé sous forme combustive pour la production d’électricité et de chaleur, de production d’un carburant, ou d’ injection dans le réseau de gaz naturel après épuration.
La méthanisation est un procédé très utilisé dans le monde agricole, mais également dans le traitement des déchets, celui des boues d’épuration  (STEP) et de certains effluents industriels. Le biogaz nécessite une purification supplémentaire pour pouvoir être utilisé comme biocarburant, pour être introduit dans le réseau de distribution de gaz ou encore pour être transporté et stocké.
Le processus dit de "valorisation du biogaz en biométhane" consiste à éliminer le CO2 et à porter le pourcentage de méthane à environ 98 % en volume. Le produit fini appelé bio-méthane est de qualité et de pouvoir calorifique supérieurs à ceux du biogaz. Il possède des propriétés chimiques similaires à celles du gaz naturel et il est souvent injecté directement dans le réseau de gaz naturel, où il est stocké et distribué.

Au niveau européen, les normes EN 16726, EN 16723-1 et EN 16723-2 fixent les caractéristiques de qualité du gaz, les paramètres et leurs limites pour évaluer la qualité du gaz et du bio-méthane qui sont transmis, injectés dans et depuis les stockages, distribués et utilisés, en garantissant les conditions de sécurité et de continuité du service, conformément à la législation en vigueur.
Les normes sur le bio-méthane décrivent:
- les caractéristiques chimiques et énergétiques minimales du bio-méthane,
- les méthodes d'analyse et d'échantillonnage,
- l'odorisation,
- la connexion des données et les caractéristiques métrologiques des différents systèmes de mesure.

MISE EN OEUVRE IDEALE D'UN ECHANTILLONNAGE DE GAZ RENOUVELABLE

Sorption du gaz et traitement de surface

Certains constituants des gaz renouvelables sont extrêmement sujets aux effets de sorption du gaz liés à des matériaux normalement supposés inertes. Les surfaces des matériaux peuvent devenir actives sous l'effet d'une accumulation de contaminants. Il est donc nécessaire de choisir très soigneusement les matériaux et l'état de surface de ces matériaux qui entrent en contact avec l'échantillon. Il convient notamment d'accorder une attention particulière aux effets de sorption dans les systèmes d'échantillonnage pour l'analyse des composés traces. Les effets de sorption observés sur certains matériaux peuvent être modifiés et souvent réduits par traitement de la surface. Toute surface propre et exempte de graisse révèle un pouvoir d'adsorption moins élevé. Les surfaces brutes peuvent former un noyau favorisant l'adsorption et l'accumulation de gaz. Les techniques de polissage peuvent aussi minimiser les effets dus à l'adsorption et réduire le temps requis pour le conditionnement, permettant d'amener à un équilibre l'équipement d'échantillonnage.

Matériaux d’échantillonnage

La sélection des matériaux des systèmes d'échantillonnage dépend du gaz devant être échantillonné. En raison de la présence probable d'une faible quantité de composés soufrés, de mercure, de dioxyde de carbone, etc., dans le gaz naturel, tous les dispositifs et les raccordements doivent être, de préférence, constitués d'acier inoxydable ou, pour les gaz basse pression, de verre. L'échantillonnage de gaz humides et à température élevée ou de gaz contenant de l'hydrogène sulfuré ou du dioxyde de carbone présente des problèmes supplémentaires au niveau des matériaux. Ce type de gaz peut nécessiter des matériaux et des revêtements spéciaux au niveau du système d'échantillonnage.

Contamination

Pour éviter la contamination, les composés doivent être nettoyés avec soin. En effet certains contaminants ont un fort pouvoir de sorption.

Condensation de l’échantillon

Toutes les parties constituantes d'un système d'échantillonnage doivent être maintenues à au moins 10 °C au-dessus des températures du point de rosée des mélanges gazeux possibles. Il est nécessaire de maintenir la température aussi constante que possible, car des fluctuations de température entraînent des effets de sorption du gaz différents. Il peut être nécessaire d’utiliser une isolation thermique combinée à un traçage thermique.

Perturbation de l’écoulement

Le plus important est d'éviter les volumes morts dans le système d'échantillonnage, où se produisent un mélange et une stagnation.

Temps de réponse

La conception du système doit tenir compte du temps de réponse qui inclut dans son calcul les volumes internes des équipements. Le temps de réponse doit être réduit au maximum.

EQUIPEMENT D'ECHANTILLONNAGE

Le matériel d'échantillonnage utilisé pour les gaz renouvelables issus de la méthanisation sont pratiquement identiques à ceux utilisés pour le gaz naturel. L'équipement est proportionné en fonction de la taille des canalisations (plus petites) et des débits de gaz (plus faibles).

Cannes ou sondes de prélèvement

Pour les lignes exemptes de liquides et avec des températures très supérieures au point de rosée, tout type de canne peut convenir. Pour les lignes où les températures sont proches du point de rosée, une canne spécifique est nécessaire pour éviter les problèmes liés à la condensation et aux liquides entrainés dans le flux de gaz. Pour éviter de modifier la composition du gaz, les liquides doivent être séparés à la température et à la pression de la source.
La canne de prélèvement la plus basique est un tube de prélèvement droit. L’autre type de canne fréquemment utilisé dans l’industrie du gaz est la canne de prélèvement avec détente. Elle est fréquemment utilisée avec des systèmes d’analyse en continu. La détente se fait à l’extrémité de la canne qui est traversée par le flux de gaz. La chute de température est compensée par la masse thermique du flux gazeux. Il est recommandé d’installer la canne dans le premier tiers de la canalisation. Pour les canalisations avec un diamètre de plus de 30 cm, il est nécessaire d’installer la canne à 10 cm minimum de la paroi. La canne doit être équipée d’un système de vannes adapté, ce qui permettra de déconnecter la ligne d’échantillonnage de la ligne process. Elle peut être permanente ou temporaire.

Tubes pour lignes d’échantillonnage

Les lignes d’échantillonnage doivent être le court possible et avec le plus petit diamètre, sans réduire excessivement le flux. Le débit dans les lignes doit être choisi de façon à avoir un temps de réponse réduit.

Filtres, membranes et séparateurs

Des filtres et des séparateurs de membrane peuvent être nécessaires pour obtenir un échantillon propre et sec. Il ne faut pas oublier que les systèmes ne doivent pas modifier la représentativité de la composition échantillonnée. En général, les séparateurs ne sont pas recommandés dans les systèmes d’échantillonnage, mais ils peuvent être utilisés pour s’assurer qu’aucun liquide n’arrive dans l’analyseur ou le cylindre d’échantillonnage. La pression et la température de ces dispositifs doivent correspondre à la pression et à la température de la source pour éviter de modifier la composition de l’échantillon pendant le processus d’échantillonnage.

Vannes et soupapes de sécurité

Des vannes de service devraient être incluses à l’entrée et à la sortie du système ; les vannes d’arrêt doivent être de type vanne à boisseau sphérique ; les vannes à pointeau sont destinées au contrôle et à la régulation du débit ; des soupapes de décharge doivent être installés pour protéger les équipements et les composants. Afin de minimiser les points de fuite potentiels, le nombre de vannes et de raccords devrait être réduit au minimum. Il faut éviter d’utiliser des coudes ; il est préférable d’utiliser des tubes pliés. Les vannes avec raccords intégrés sont généralement préférables.

Détendeurs

Afin d’alimenter l’analyseur avec un gaz ayant une pression appropriée, un détendeur est souvent nécessaire en début ou en fin de ligne. Les détendeurs sont de préférence en acier inoxydable et PTFE. En raison de l’effet Thomson-Joule, la température baisse en moyenne de 1°C tous les 2 bars, ce qui crée potentiellement de la condensation. Il est habituel d’empêcher ce phénomène en chauffant pour compenser la baisse de température. La chaleur nécessaire dépend de la composition du gaz, de la détente, de la pression et de la température, du débit…

Appareils de chauffage

Des éléments de chauffage peuvent être installés sur la canne d’échantillonnage ou les lignes d’échantillonnage. Ils doivent être du type auto-limitant et doivent respecter les normes électriques des zones où ils sont utilisés.