« De combien de charbon j'ai besoin ? » C'est la question que l'on nous pose le plus souvent. La réponse tient en trois données : votre débit de biogaz, votre concentration en H2S, et la durée pendant laquelle vous souhaitez ne pas y toucher. Le reste n'est que de l'arithmétique. Voici la méthode complète, avec un exemple chiffré de bout en bout.

Les trois données d'entrée

Le débit de biogaz

Exprimé en normo-mètres cubes par heure (Nm³/h). Si vous ne le connaissez pas directement, vous pouvez l'estimer à partir de la puissance électrique de votre cogénération : un moteur produit de l'ordre de 0,5 à 0,6 Nm³ de biogaz par kWh électrique selon son rendement et le taux de méthane. Un 500 kWé consomme donc grossièrement 250 à 300 Nm³/h.

La concentration en H2S

En ppm, mesurée à l'entrée du filtre à charbon, c'est-à-dire après les étages amont (fer dans le digesteur, injection d'air) s'il y en a. C'est le point où la plupart des dimensionnements dérapent : utiliser la teneur du biogaz brut au lieu de la teneur après pré-traitement conduit à surdimensionner d'un facteur 3 à 5.

Cette valeur ne s'estime pas. Elle se mesure, par une analyse de biogaz en laboratoire ou par un capteur en ligne fiable et étalonné. Un point de mesure ponctuel avec un tube colorimétrique donne un ordre de grandeur, pas une base de dimensionnement.

Les heures de fonctionnement

Un site en cogénération bien exploité tourne entre 7 500 et 8 300 heures par an. C'est cette valeur, et non 8 760, qu'il faut retenir.

Étape 1 : calculer la masse d'H2S à capter

La conversion de base : 1 ppm d'H2S = 1,52 mg/Nm³ (masse molaire 34 g/mol rapportée au volume molaire normal).

La formule complète :

Masse d'H2S (kg) = Débit (Nm³/h) × Concentration (ppm) × 1,52 × Durée (h) ÷ 1 000 000

Cette masse est la charge que votre lit devra retenir sur la période considérée. Tout part de là.

Étape 2 : comprendre le taux de charge

Le taux de charge (on parle aussi de capacité d'adsorption) exprime la masse d'H2S qu'un charbon peut retenir, rapportée à son propre poids. Un charbon à 50 % retient 500 g d'H2S par kilo de charbon. Un charbon à 25 % en retient 250 g.

Dans notre gamme ACO :

Une mise en garde importante : ces taux de charge sont des valeurs nominales, obtenues en conditions de laboratoire. Sur site, la capacité réellement exploitée est inférieure. Les facteurs qui la dégradent :

• L'humidité. Un biogaz saturé en eau condense dans les pores et bloque l'accès à la surface active. Un séchage ou un léger réchauffage en amont (3 à 5 °C au-dessus du point de rosée) améliore nettement le résultat.
• Un temps de contact trop court. Si le gaz traverse trop vite, il ressort avant d'avoir cédé son H2S.
• Les chemins préférentiels. Un lit mal réparti ou tassé laisse passer une partie du gaz sans contact utile.
• La présence de COV. Ils occupent des sites d'adsorption au détriment de l'H2S sur les charbons non spécifiques.

En pratique, retenez 70 à 85 % de la valeur nominale pour un dimensionnement réaliste. Nous utilisons 80 % dans l'exemple ci-dessous.

Étape 3 : vérifier le temps de contact

La masse de charbon calculée ne suffit pas : encore faut-il que le gaz reste assez longtemps dans le lit. On raisonne en temps de contact en lit vide (le gaz met ce temps à traverser le volume du lit).

Temps de contact (s) = Volume du lit (m³) ÷ Débit (Nm³/s)

Pour la désulfuration sur charbon dopé, on vise couramment un ordre de grandeur de 10 à 30 secondes. Moins, et le rendement chute ; nettement plus, et l'on immobilise du charbon pour rien. La densité apparente des charbons granulés se situe autour de 450 à 550 kg/m³, ce qui permet de passer d'une masse à un volume de lit.

Il faut donc que les deux calculs convergent : la masse issue de l'étape 2 doit occuper un volume compatible avec un temps de contact correct. Si votre colonne existante est trop petite, augmenter la masse ne sert à rien — il faut ajouter une colonne.

Exemple chiffré complet

Prenons un site réaliste :

• Débit : 500 Nm³/h de biogaz
• H2S à l'entrée du filtre : 300 ppm (après dosage fer dans le digesteur)
• Fonctionnement : 8 000 h/an
• Objectif : sortie inférieure à 5 ppm

Masse d'H2S annuelle

500 × 300 × 1,52 × 8 000 ÷ 1 000 000 = 1 824 kg d'H2S par an, soit environ 228 g par heure.

Scénario A : ACO S, taux de charge 50 %

Capacité retenue après abattement (50 % × 0,8) : 0,40 kg d'H2S par kg de charbon.

Charbon nécessaire : 1 824 ÷ 0,40 = 4 560 kg par an, soit 9,1 big bags de 500 kg. On arrondit à 10 big bags.

Sur la base d'un prix indicatif de 2 050 € le big bag (haut de gamme, livraison incluse), le coût annuel ressort à environ 20 500 €.

Scénario B : ACO BS, taux de charge 25 %

Capacité retenue : 25 % × 0,8 = 0,20 kg d'H2S par kg de charbon.

Charbon nécessaire : 1 824 ÷ 0,20 = 9 120 kg par an, soit 18,2 big bags. On arrondit à 19 big bags.

Sur la base d'un prix indicatif de 1 450 € le big bag, le coût annuel ressort à environ 27 550 €.

Ce que dit la comparaison

Voilà le point essentiel de cet article : l'ACO S coûte 41 % plus cher au kilo, mais environ 29 % moins cher au kilo d'H2S capté. Et l'écart réel est encore plus favorable si l'on ajoute ce qui n'apparaît pas dans le prix du produit : moitié moins de manutentions, moitié moins d'arrêts de changement, et moitié moins de tonnage à faire détruire (à 370 € la tonne, cela représente environ 1 650 € d'écart annuel supplémentaire en faveur de l'ACO S).

Comparer des charbons au prix du big bag n'a aucun sens. La seule métrique utile est le coût par kilo d'H2S capté.

Attention : le raisonnement s'inverse à basse concentration

Si votre biogaz entre à 30 ppm au lieu de 300, la masse de soufre à capter est dix fois plus faible et le dimensionnement n'est plus piloté par la capacité mais par le temps de contact. Vous devez remplir la colonne quoi qu'il arrive, et le charbon sera remplacé avant d'être saturé. Dans ce cas, un produit moins chargé et moins cher au kilo est le bon choix.

Dimensionner la colonne : vérification du temps de contact

Reprenons le scénario A. Combien de charbon faut-il avoir en place dans la colonne ?

500 Nm³/h = 0,139 Nm³/s. Pour un temps de contact de 15 secondes, il faut un volume de lit de 0,139 × 15 = 2,1 m³. À 500 kg/m³, cela représente environ 1 050 kg de charbon, soit deux big bags de 500 kg.

Durée de vie de cette charge : 1 050 kg × 0,40 = 420 kg d'H2S retenus, à 228 g/h, soit environ 1 840 heures, ou 2,5 mois de fonctionnement continu.

Vous savez maintenant tout ce qu'il faut : votre colonne doit contenir 2 big bags, vous les changerez environ 5 fois par an, et vous consommerez de l'ordre de 10 big bags sur l'exercice. Les deux calculs convergent, le dimensionnement est cohérent.

Le conseil des deux étages en série

Si votre installation le permet, montez deux colonnes en série plutôt qu'une seule. La première travaille jusqu'à saturation complète, la seconde sert de garde et garantit la sortie. Au changement, on retire la première, on avance la seconde en tête et on charge du neuf en second. Vous exploitez ainsi la totalité de la capacité du charbon au lieu de le jeter à 60 ou 70 % de charge, sans jamais prendre le risque d'un dépassement en sortie. C'est le meilleur gain de rentabilité accessible sans changer de produit.

Le préalable non négociable : l'analyse

Tous les calculs de cet article reposent sur une seule valeur : la concentration en H2S à l'entrée du filtre. Une erreur d'un facteur 2 sur cette donnée produit une erreur d'un facteur 2 sur votre budget annuel.

Il faut également savoir si votre biogaz contient des COV. S'il en contient, un charbon uniquement dopé H2S se saturera prématurément et il faudra s'orienter vers un ACO DUO ou un montage à deux étages avec un ACO SI. Une analyse H2S + COV totaux coûte une fraction du prix d'un big bag et évite de se tromper de produit pour un an.

Nous pouvons faire le calcul avec vous

Donnez-nous votre débit, votre analyse et le volume de votre colonne : nous vous indiquons la référence adaptée, la quantité à charger, la fréquence de remplacement et le coût annuel réel. Si vous n'avez pas d'analyse, nous commençons par là.

Téléphone : 01 84 80 65 91, du lundi au vendredi de 9h à 19h. Nos prix incluent la livraison, et le tarif est dégressif au volume : une palette isolée supporte environ 260 € de transport contre 45 € par palette sur un camion complet, une économie que nous répercutons jusqu'à 13 % sur le prix au kilo.