Epuration du CO₂ pour valorisation
Alors que l’industrie s’oriente vers un avenir neutre en en carbone, l’attention se tourne vers la valorisation des émissions gazeuses de dioxyde de carbone (CO₂) dans le cadre de l’économie circulaire. À cela s'ajoute une demande croissante de CO₂, émanant par exemple des entreprises agroalimentaires, des entreprises de transformation des aliments et de l'industrie émergente des carburants et produits chimiques durables. La valorisation des effluents gazeux CO₂ nécessite une compréhension claire de sa source de production et des impuretés à éliminer pour répondre aux spécifications des différentes utilisations finales. Une solution de purification adaptée peut alors être conçue et proposée.
DESOTEC peut faire partie de la solution, en fournissant une filtration durable pour réduire les composants indésirables dans le flux de CO₂. DESOTEC contribue déjà aux systèmes de purification du CO₂ du biogaz destinés à être utilisés dans le secteur de l'alimentation et des boissons, et possède une vaste expertise qui peut être appliquée à d'autres industries.
Facteurs et marchés du CO₂
- Conducteurs
Jusqu'à récemment, la majeure partie du CO₂ utilisé par l'industrie européenne provenait de la production d'ammoniac pour les engrais. Toutefois, la récente hausse des prix du pétrole et du gaz a entraîné une baisse drastique de la production européenne d’ammoniac. Par conséquent, de nouvelles sources de CO₂ sont recherchées pour améliorer la disponibilité. En Amérique du Nord, la consommation de CO₂ est principalement tirée par la croissance organique de la récupération assistée du pétrole (EOR) et de l'industrie agroalimentaire.
Le Green Deal de l’UE, l’initiative Net Zero de l’EPA et des législations similaires dans le monde encouragent la décarbonation de l’industrie et l’écologisation de la production de CO₂. Les incitations peuvent inclure des allégements fiscaux et des subventions, tandis que les certificats d'échange de carbone sont également applicables dans certaines circonstances.
De plus, la prise de conscience croissante du changement climatique influence les décisions des acheteurs sur tous les marchés. Les sources biogéniques de CO₂ telles que le biogaz sont particulièrement recherchées car elles génèrent des émissions négatives, ce qui les rend plus durables et plus rentables.
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- Marchés
Chaque marché a des exigences différentes en matière de pureté du CO₂.
Pour les applications de qualité alimentaire, le gaz doit répondre à des normes strictes. Pour les autres marchés, les spécifications sont fixées par les utilisateurs finaux. Dans les applications non alimentaires, la principale raison de purifier le CO₂ est généralement d’éviter l’empoisonnement des catalyseurs en aval et de prévenir la corrosion des canalisations et des instruments.
Marchés établis :
- L'alimentation et les boissons , actuellement le plus grand marché. Le CO₂ est utilisé pour la carbonatation et comme neige carbonique pour la conservation des aliments. Pour le CO₂ de qualité alimentaire, la pureté doit être élevée. Dans l'UE, le document EIGA 70/17 stipule les limites suivantes : S total 0,1 µmol/mol = 0,1 ppm, hydrocarbures volatils totaux 50 µmol/mol = 50 ppm.
Ce marché a déjà du mal à trouver du CO₂. D'autres obstacles sont le besoin de certification et de traçabilité, ainsi que les exigences religieuses, par exemple le CO₂ produit à partir de sources halal.
- Production alimentaire . Le CO₂ de qualité alimentaire est utilisé pour : une atmosphère inerte pour l'emballage, par exemple du jambon et du fromage ; méthodes d'étourdissement dans les abattoirs ; et la conservation des fruits dans les entrepôts.
- Industrie : soudure, traitement des eaux, nettoyage de surfaces, électronique etc.
- Production chimique et nouveaux produits chimiques : par exemple remplacement du pétrole par du CO₂ pour la production de PU pour matelas verts ; produire du bicarbonate de sodium; comme solvant/atmosphère inerte, etc.
- Industrie pétrolière et gazière : récupération assistée du pétrole.
- Les serres , pour accélérer la croissance des légumes.
Marchés émergents:
- Carburants durables et Power to X (PtX) . Le méthanol et les hydrocarbures de poids moléculaire plus élevé sont fabriqués à partir de CO₂ et d'hydrogène via des procédés tels que l'hydrogénation directe, la synthèse Fischer-Tropsch ou le méthanol en oléfines (MTO). Il est utilisé pour le carburant d’aviation durable (SAF) et d’autres carburants ou produits chimiques synthétiques. Ce marché est susceptible de croître considérablement dans les années à venir, à mesure que les pays s’efforcent d’atteindre leurs objectifs du Green Deal de l’UE.
Sources de CO₂
Selon leur origine, les effluents gazeux auront différentes concentrations de CO₂ et différents composants qui nécessitent une purification avant valorisation.
1- Gaz d'échappement issus de procédés thermiques ou de combustion de déchets, de combustibles fossiles et de combustibles biogéniques. Des flux très importants sont émis par des industries comme la sidérurgie, le ciment et la construction. Ces gaz d'échappement contiennent généralement 3 à 20 % de CO₂ ainsi que de l'humidité, des gaz inertes ainsi que des poisons de catalyseurs/micro-organismes comme le sulfure de carbonyle (COS), le disulfure de carbone (CS₂), etc. En raison de leur concentration relativement faible, il est énergivore pour extraire ce CO₂.
2- Gaz combustibles combustibles produits par les usines de biogaz, les raffineries, les mines, les eaux usées et les décharges. Ces flux contiennent généralement 30 à 50 % de CO₂ ainsi que des composés organiques volatils (COV) comme le méthane, l'humidité, mais également des poisons de catalyseurs/micro-organismes comme le sulfure d'hydrogène (H₂S), les siloxanes et d'autres composants.
3- Gaz riches en CO₂ provenant de la production d'ammoniac et d'urée (engrais), d'éthanol (détergents), d'hydrogène et d'oxyde d'éthylène (pour les détergents et les plastiques), etc. Ces gaz dégagés sont presque entièrement du CO₂ mais contiennent également de l'humidité, gaz inertes, COV, amines, etc. comme impuretés.
Composants à épurer
Comme le montrent les exemples ci-dessus, les impuretés d’un gaz dégagé dépendent de son origine, tandis que l’utilisation finale prévue détermine le niveau d'épuration requis.
Ces impuretés peuvent inclure :
- Grands volumes de H₂O, O₂ , N₂ , H₂ , Ar.
- Particules/poussières qui doivent être séparées mécaniquement.
- Traces de composants pouvant être des poisons de catalyseur ou toxiques pour les micro-organismes du processus en aval ou même pour la consommation humaine :
- Composants acides tels que H₂S, SO₂ , SO3 , HCl, HF, COS, CS₂ , CH3 SH, HCN, NO, NO₂ /NO3 et Cl₂ .
- Composants de base tels que NH3 et Amines.
- Composants combustibles tels que CO, CH4, matières organiques.
- Composants biologiques organiques tels que levures et champignons.
- Les composants métalliques tels que le mercure (Hg), les métaux lourds (Ni, Cr, etc.) et les métaux alcalins et alcalino-terreux (Na, K, Ca, Ba), qui se présentent sous forme d'aérosols plutôt que de particules.
- Composants organiques volatils tels que les hydrocarbures aromatiques, les oléfines, les aldéhydes/acides organiques, les dioxines/furanes, les huiles/graisses, etc.
Éliminer le CO₂ des flux de gaz
Il existe actuellement quatre technologies principales pour éliminer le CO₂ des flux d'échappement. Aujourd'hui, l'absorption ou l'adsorption sont les plus fréquemment utilisées.
1. Absorption/épurateurs humides
Il existe plusieurs technologies différentes, dont la plus importante est le lavage aux amines. Les amines captent de grandes quantités de H₂S ainsi que de CO₂. Lors de la désorption flash, du H₂S est libéré avec du CO₂ gazeux, ce qui nécessite une étape supplémentaire d'élimination du H₂S. De plus, H₂S dégrade progressivement la capacité de chargement en CO₂ des amines et réduit leur durée de vie. Par conséquent, H₂S doit être éliminé de préférence en amont du lavage aux amines, ou au moins en aval si le CO₂ doit être valorisé, ainsi que les autres impuretés listées ci-dessus.
Généralement, la première étape consiste à dissoudre le gaz CO₂ dans un liquide approprié, par exemple une amine pauvre, dans un épurateur à colonne. La deuxième étape consiste à désorber le CO₂ dans une deuxième colonne. Ensuite, le CO₂ doit être déshydraté et nettoyé. Il est alors susceptible d'être comprimé et refroidi voire liquéfié jusqu'à environ 2 MPa et -20°C. Il est ensuite prêt à être transporté, stocké et finalement fourni à l'utilisateur final.
2. Procédures d'adsorption
L'oscillation de température ou l'oscillation de pression sur le charbon actif (tamis moléculaire de carbone) ou les zéolites est souvent utilisée dans les applications de biogaz et les petites installations pour nettoyer le CO₂ des gaz permanents tels que le méthane, l'azote, l'oxygène, H₂O et Ar. Cependant, des traces des impuretés mentionnées ci-dessus passent par cette étape et peuvent nécessiter un nettoyage.
3. Cryocondenseurs
Cette technologie sépare généralement le CO₂ de l'humidité et des gaz permanents. Il ne peut pas atteindre de très faibles concentrations de contaminants. Les turbines et refroidisseurs standard utilisés avec chaque flux de CO₂ peuvent être renforcés pour agir comme un cryocondensateur efficace. Cependant, cela peut ne pas suffire à lui seul pour répondre à toutes les spécifications, ce qui peut nécessiter un nettoyage supplémentaire pour réduire d'autres impuretés.
4. Membranes
Ceux-ci séparent les dégagements gazeux à forte concentration de CO₂ des gaz acides, des matières biologiques, de certains COV et des aérosols. Ils ont besoin de conditions de fonctionnement optimales telles que la température, la pression et l'humidité. Souvent, des concentrations plus élevées de COV peuvent entraîner un encrassement des membranes. Pour certains dégagements gazeux, cette technologie de séparation peut être une option viable, même si plusieurs membranes doivent être mises en série pour des concentrations élevées de CO₂.
Purifier le CO₂ avec du charbon actif
Une fois le CO₂ séparé, le flux de CO₂ peut contenir de l'eau résiduelle ainsi que des traces d'impuretés comme indiqué ci-dessus. Il faudra donc dans de nombreux cas le purifier.
La filtration sur charbon actif est une technologie éprouvée, couramment utilisée pour purifier le CO₂. Il offre les principaux avantages suivants :
* Élimination des COV, des composants acides et basiques, du mercure, des composants halogènes, des matières organiques, du soufre et des odeurs.
* Très utile comme étape de polissage après une autre technologie, réduisant les dernières traces de composants en dessous des niveaux détectables.
* Potentiel d'épuration des flux d’air/gaz et d’eau/liquide .
* Simple à installer et à utiliser.
* Gestion de débits variables, ce qui le rend adapté aux processus discontinus ou intermittents.
* Processus circulaire, produisant des déchets qui peuvent être réactivés pour une utilisation ultérieure, renforçant ainsi la durabilité.
La filtration au charbon actif présente les limites suivantes :
- Cela peut s'avérer peu rentable pour des flux très importants, provenant par exemple de l'industrie lourde.
- Il ne peut pas séparer les gaz permanents, le méthane, l'éthane ou les particules.
Un processus d'épuration typique utilisant du charbon actif
![Processus de nettoyage au CO2](https://www.DESOTEC.com/uploads/Diagram_process_CO2-cleaning_v2.png)
DESOTEC serait soit entre le refroidisseur et le compresseur (Filtre 1), soit après le compresseur (Filtre 2) ou avant la technologie de séparation (Conditionnement).
Les solutions mobiles de filtration durable de DESOTEC
DESOTEC fournit des solutions mobiles durables utilisant du charbon actif à des entreprises de divers secteurs industriels, en Europe et en Amérique du Nord.
Notre flotte de filtres modulaires permet des débits allant de quelques centaines de mètres cubes par heure (m³/h) jusqu'à 55 000 m³/h en phase gazeuse, et de 2 m³/h à 50 m³/h en phase liquide. En plaçant des filtres en parallèle, des débits plus élevés peuvent également être traités.
Nous proposons une gamme de qualités de carbone pour traiter et capturer différents composants. Pour les impuretés acides/basiques telles que l'ammoniac, les amines, le HCl, le HCN, le H₂S, etc. et les métaux comme le mercure, du carbone imprégné est utilisé.
La gestion durable des déchets de filtration est la clé de notre service circulaire . Tous les déchets de filtration sont transportés dans des filtres fermés loin des sites des clients et acheminés vers nos installations ultramodernes. Les composants adsorbés sur le charbon sont désorbés et décomposés dans les fours DESOTEC, ou valorisés. Dans la plupart des cas, le charbon actif est réactivé pour être réutilisé , ce qui réduit les coûts pour les clients, améliore la durabilité et réduit notre et la vôtre empreinte CO₂ .
Étude de cas : épuration du CO₂ d'une usine de biogaz pour le secteur agroalimentaire
Cette usine danoise produit du biogaz à partir de déchets alimentaires et de résidus agricoles.
Une fois le méthane extrait pour la production d’énergie, il existe un flux de gaz résiduaires CO₂. Dans la plupart des installations de biogaz, le CO₂ serait rejeté dans l'atmosphère après le nettoyage – mais ici, il est valorisé.
DESOTEC fournit deux filtres AC3000PE , placés en parallèle, dans le cadre d'un système de traitement comprenant d'autres technologies comme un compresseur. Le débit de gaz résiduaires est de 2 250 m³/h, et contient 50 ppm de H₂S et 2 000 ppm de COV, le reste étant du CO₂.
Les mesures du client montrent qu'après le traitement, il ne reste presque aucune impureté dans le flux de CO₂, ce qui rend le produit adapté à une utilisation dans l'industrie des boissons.
Le gaz épuré est stocké dans deux réservoirs, prêt à être transporté par camion vers les clients du secteur des boissons.
Comment DESOTEC peut-il vous aider ?
Pour discuter de la façon dont les solutions mobiles de filtration durable de DESOTEC pourraient purifier le CO₂ dans votre entreprise, contactez notre équipe d'ingénieurs dès aujourd'hui.
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Notre modèle de service complet en boucle fermée est aussi unique que les besoins de votre entreprise. Nous définirons la bonne configuration de filtration et recyclerons en toute sécurité les déchets de filtration, ce qui facilitera le passage au vert. -
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Nous nous soucions de la protection de l’air, de l’eau et du sol pour les générations futures, tout comme vous. Nos solutions de filtration vous aident à respecter les normes environnementales et à réduire votre empreinte carbone.