Volatile Organic Silicon Compounds and hydrogen sulfide - Analysis - Removal - Impact on biogas valorization

Abstract

Le biogaz fait partie des stratégies de diversifications des énergies renouvelables à l’échelle européenne. Un des freins technico-économiques à la valorisation en moteur thermique est la formation de dépôts abrasifs résultant de la combustion d'impuretés contenues dans les biogaz notamment les Composés Organiques Volatils du Silicium (COVSi communément appelés siloxanes) qui pénalisent le fonctionnement et les coûts de maintenance associés. L’impact négatif sur la filière est conséquent, de même que celui du sulfure d’hydrogène (H2S). Les recherches, articulées en 3 axes, sont développées avec la volonté de prendre en compte la réalité industrielle : -Analyse de dépôts moteurs prélevés sur plusieurs sites industriels. Ils sont caractérisés par analyses élémentaire, diffraction des rayons X, microcalorimétrie et microscopie électronique. L’objectif est de réfléchir à la possibilité d’utiliser les caractéristiques physico-chimiques d’un dépôt comme un indicateur de la qualité du biogaz dont il est issu. -Comparatif de deux méthodes d’analyses des COVSi, non seulement concernant les biais analytiques liés à la nature même des composés, mais aussi sur les difficultés liées aux prélèvements de biogaz sur site. Les résultats permettent d'appréhender les valeurs absolues des résultats analytiques avec plus de recul et de les pondérer. -Evaluation de traitements épuratoires du biogaz vis-à-vis des COVSi et d’H2S. Un comparatif des performances de plusieurs charbons actifs est réalisé au laboratoire en conditions contrôlées, et sur le terrain. Un réacteur de traitement gaz-liquide est testé sur biogaz réel pour en apprécier les performances vis-à-vis de certains COVSi. L’ensemble de cette étude permet de réfléchir sur la pertinence du choix des critères de qualité d’un biogaz, mais aussi sur les méthodes analytiques d’évaluation de ces critères. Ce dernier point est fondamental pour toute mise en œuvre et dimensionnement d’un système de traitement épuratoire.As a renewable source of energy, biogas is part of the European strategies of energetic diversifications. However, some biogas impurities hampered economics benefices of recovery by causing damages to industrial process. Amongst these impurities, the worst are Volatile Organic Silicon Compounds (VOSiC commonly named siloxanes) which badly impact the system, as well as hydrogen sulfide (H2S). The approach of this work is developed with the will to take into account the industrial reality: in our case, landfill industries. For that purpose, 3 axes of research have been investigated: The first part deals with the most important barrier for electricity production from landfill gas (LFG), i.e solid oxide deposits in the engines, which increase maintenance costs and frequencies. Deposits from several landfills have been analyzed: elementary analysis, X-Ray diffraction, micro-calorimetry and scanning electron microscopy. The study aim is to develop a reflexion on the possibilities to use physico-chemical properties of a deposit as an indicator of corresponding landfill gas quality. The second part describes a comparison between two analytical methods for VOSiC in LFG. The main focus is not only about analytical bias but also a reflexion dealing with sampling issues. The knowledge of these biases allows the evaluation of analytical results. The third part is dedicated to H2S and VOSiC removal from LFG. An efficiency comparison of several sorbents (activated charcoal) has been performed under field and controlled conditions at laboratory. A gas-liquid pilot system has been built and evaluated with real LFG on site, mainly for VOSiC removal. The overall study provides scientific discussions about the relevance of biogas quality criteria, the efficiency of analytical methods in regards to the design basis of biogas treatment processes