soutenance de these de valentine gasquet

Epuration d’H2S du biogaz à partir de résidus de traitement thermique bruts et formules : comparaison des performances et compréhension des mécanismes d’adsorption

le vendredi 4 décembre à 9h ou 9h30

visioconférence via zoom

Le biogaz est un vecteur énergétique renouvelable, local, non intermittent et aux multiples usages. Avant toute forme de valorisation, il est cependant nécessaire d’épurer ce gaz. Cette épuration consiste notamment à l’abattement du sulfure d’hydrogène (ou H2S). Celui-ci peut aujourd’hui être traité par adsorption sur des matériaux nobles tels que le charbon actif. Afin de s’inscrire dans l’économie circulaire et économiser des ressources naturelles tout en réduisant les coûts de traitement, l’idée est d’utiliser des résidus de traitement thermiques, proches des adsorbants traditionnels, pour éliminer l’H2S du biogaz.
Dans un premier temps, une méthode analytique a été mise au point pour quantifier la quantité de soufre élémentaire présente dans différents matériaux avec l’ATG-ACD sous air et sous azote. La quantité de matière organique dans la matrice solide et sa porosité ont une influence sur l’oxydation du soufre lors des essais sous air et également sur sa vaporisation. La vulcanisation de la matière organique a également pu être observée.
Durant cette thèse, trois types de résidus de traitement thermique (cendre de biomasse – CCB, biochar – BCH et cendre de boue d’épuration – CBE) ont été utilisés pour adsorber l’H2S d’un biogaz d’Installation de Stockage de Déchets Non Dangereux (ISDND). Il s’est avéré que deux d’entre eux ne pouvaient pas épurer efficacement l’H2S. Les capacités d’adsorption finales des BCH et CBE étaient en effet assez faibles et ces matériaux ne retenaient jamais la totalité de l’H2S entrant. Au contraire, les CCB se sont révélées être de bons adsorbants avec une capacité d’adsorption massique en fin d’essai de 175 mgH2S/gMS. La caractérisation des matériaux a permis de comprendre les mécanismes d’adsorption à l’origine de la rétention de l’H2S. Pour tous les matériaux, en début d’essai, les conditions sont favorables à la chimisorption de l’H2S en soufre élémentaire. Cependant, alors que les CCB et les CBE ont un pouvoir tampon qui leur permet de rester basique, les BCH s’acidifient. De la physisorption non sélective a alors lieu avec ces matériaux. Les CBE sont toutefois limitées par leur absence de microporosité pour stocker le soufre chimisorbé et les BCH par l’absence de minéraux catalyseurs et leur trop faible densité. Cette comparaison des performances épuratoires des RTT a mis également en avant l’influence de l’humidité pour les CBE ainsi que celle de la cinétique avec un essai à débit réduit.
A partir de la comparaison des RTT bruts, il nous a semblé intéressant d’associer des matériaux aux caractéristiques différentes pour tenter d’obtenir un adsorbant plus efficace et donc de réussir à valoriser ces résidus. Des tests d’adsorption avec un biogaz synthétique ont d’abord été réalisés pour estimer le potentiel de différentes formulations. Le seul mélange pour lequel une forte synergie a été observée est celui constitué de CBE et de charbon actif (CA). Les résultats encourageants obtenus lors des essais avec le biogaz synthétique ont été confirmés lors d’essai avec un biogaz d’ISDND, avec un réacteur de plus grande taille. La CBE seule était en effet un mauvais adsorbant mais l’ajout de CA a permis retenir de manière beaucoup plus efficace l’H2S et de rendre ce RTT utilisable pour l’épuration de biogaz à l’échelle industrielle. Le CA a en fait apporté la porosité nécessaire pour qu’ait lieu la chimisorption de l’H2S et le stockage du soufre élémentaire.