Creative Chemistry cible les énergies renouvelables
À première vue, les décharges, les exploitations laitières et les usines de pâte et papier semblent avoir peu de choses en commun. Mais ces industries divergentes – ainsi que les installations de traitement des eaux usées – partagent un défi environnemental coûteux : la gestion de volumes importants de déchets organiques.
De plus en plus, ces industries utilisent des micro-organismes anaérobies pour décomposer ou « digérer » initialement les déchets. Le biogaz, principalement un mélange de méthane, de dioxyde de carbone (CO2), et de sulfure d’hydrogène (H2S), est un sous-produit de ce processus. Le biogaz est potentiellement une source précieuse de gaz naturel renouvelable (GNR). Mais pour être utilisé comme combustible propre et sûr, il doit d’abord être traité pour éliminer le CO2 et le H2S.
« Grâce aux subventions gouvernementales, de plus en plus d’entités valorisent le biogaz », a déclaré Deane Little, PDG de New Sky Energy. « Et l’élimination du H2S du flux gazeux est l’étape critique du processus. »
Basée à Boulder, Colorado, New Sky Energy développe des solutions chimiques innovantes qui aident les entreprises agricoles et industrielles à traiter les émissions gazeuses, à récupérer des produits chimiques précieux – et à convertir le biogaz brut en flux d’énergie renouvelable.
En 2018, l’entreprise a fait une découverte véritablement révolutionnaire qui a conduit au procédé SulfurSolve® – un système de capture du H2S transformateur.
La différence SulfurSolve
Le sulfure d’hydrogène est malodorant, inflammable, toxique – et fortement réglementé. Pour éliminer le H2S d’un flux de biogaz, les producteurs se sont généralement appuyés soit sur des réactifs chimiques H2S à usage unique, soit sur des technologies de contrôle H2S régénératives.
« Comme il faut constamment réapprovisionner les produits chimiques, la méthode à usage unique est très coûteuse à exploiter, a déclaré Little. Et au final, il reste un déchet sulfuré dangereux. »
Les technologies de contrôle régénératives se répartissent en deux catégories : biologique et chimique. Les méthodes biologiques reposent sur des bactéries qui utilisent le H2S comme ressource pour se régénérer.
« Mais les méthodes biologiques ne sont généralement pas très fiables – et nous avons découvert que, souvent, il faut ajouter plus de produits chimiques à ces systèmes biologiques que dans notre procédé chimique », a déclaré Little.
Les technologies de contrôle régénératives chimiques absorbent généralement le H2S dans une solution aqueuse de sel de fer. La solution est régénérée lorsqu’elle est exposée à l’air dans un processus d’oxydation. Cependant, les systèmes chimiques conventionnels utilisent des agents chélatants organiques coûteux pour assurer la solubilité du fer.
« C’est là que SulfurSolve est unique, explique Little. Notre complexe ferrique à métaux mixtes est intrinsèquement soluble dans les solutions alcalines. Il ne nécessite pas d’agents chélatants pour solubiliser le fer. »
Du pilote à l’échelle commerciale
Selon Little, la réaction chimique qui a mené à la solution SulfurSolve était inattendue.
« C’était l’un de ces “moments pénicilline”, explique Little. Nous expérimentions des formulations et avons d’abord pensé qu’il y avait eu une erreur lors de la production de la solution. Le fer n’était pas censé être soluble à ces niveaux de pH élevés. »
Ce qui a suivi, ce sont des mois d’essais à l’échelle du laboratoire pour vérifier les résultats. Ensuite, l’entreprise a passé une année à tester des skids pilotes dans des stations de traitement des eaux usées, une usine de pâte et papier et une décharge.
Après le succès des pilotes, New Sky Energy a contacté le partenaire de fabrication Moore Control Systems pour faire passer le système à l’échelle commerciale. Entreprise d’ingénierie, d’approvisionnement et de construction (EPC), Moore Control Systems possède plus de 40 ans d’expérience au service des secteurs du pétrole et gaz et d’autres industries. L’entreprise est basée à Katy, Texas.
Comment ça fonctionne
Moore Control Systems a conçu une installation SulfurSolve sur skid basée sur une plate-forme de commande Rockwell Automation équipée de contrôleurs Allen-Bradley® CompactLogix™, de variateurs c.a. PowerFlex® et d’une IHM FactoryTalk® View. L’installation fonctionne sur un réseau EtherNet,IP™.
Le biogaz brut entrant dans l’installation SulfurSolve est traité pour éliminer les gouttelettes et les solides, puis exposé à SulfurSolve dans des colonnes de contact co- ou contre-courant à basse pression. La solution alcaline SulfurSolve capture immédiatement et oxyde partiellement le H2S. La solution partiellement utilisée, contenant le H2S capturé, est pompée vers un réacteur de régénération où l’exposition à l’air convertit le sulfure capturé en soufre élémentaire et régénère la solution SulfurSolve. Le soufre flottant est récupéré par filtration sous pression. Les solutions SulfurSolve sont régénérées et réutilisées des centaines de fois, ce qui réduit considérablement les coûts de traitement du H2S.
« Nous aidons les clients à intégrer le skid SulfurSolve comme première étape du processus de valorisation du biogaz, a déclaré Jessica Carollo, responsable des ventes et du marketing chez Moore Control Systems. Nous pouvons également offrir notre expertise pour les étapes supplémentaires qui complètent la transformation en gaz naturel renouvelable, notamment l’élimination du CO2 et la compression du gaz. »
Réduction des coûts d’exploitation. Moins de déchets.
Avec de nombreuses mises en œuvre commerciales réussies sur le terrain, le système SulfurSolve affiche des résultats impressionnants. Il capture et élimine systématiquement plus de 99.9 % du H2S – et récupère et réutilise près de 100 % de la solution SulfurSolve.
New Sky Energy estime que le système réduit les coûts d’achat de produits chimiques et d’élimination des déchets pour les projets de contrôle du H2S jusqu’à 90 % par rapport aux systèmes utilisant des réactifs chimiques conventionnels. Selon l’application, le retour sur investissement typique est de 12–24 mois.
« De plus, le sous-produit de soufre élémentaire peut être vendu et utilisé comme engrais ou dans d’autres applications », a déclaré Little.
SulfurSolve permet une approche plus durable du contrôle du H2S pour l’industrie du biogaz – et s’avère également être une option viable dans d’autres applications de gaz naturel.
« Récemment, nous avons testé le système SulfurSolve pour le traitement des gaz résiduels d’amine dans le traitement du gaz naturel, a déclaré Carollo. Il a fait un travail incroyable et a démontré que SulfurSolve est applicable à ces applications à haut débit. »
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SulfurSolve est une marque déposée de New Sky Energy.