Epuration du biogaz. Muriel Schibler

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1 Epuration du biogaz Muriel Schibler

2 CARTOGRAPHIE DES SITES QUI INJECTENT EN OCTOBRE membranes 1 lavage à l eau 1 PSA Et après!!!! WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 2

3 LE BIOGAZ Eau Matière Sèche MO dégradable MO non dégradable WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 3

4 DU BIOGAZ AU BIOMÉTHANE WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 4

5 VARIABILITÉ DE LA QUALITÉ D UN BIOGAZ Variabilité de la teneur en CH 4 en fonction des intrants Variabilité de la teneur en impuretés (H 2 S, NH 3 ) en fonction des intrants Effluents agricoles : lisiers de cochons : H 2 S (2000 à 5000 ppm) + NH 3 Déchets de l Industrie Agro-alimentaire (IAA) : graisses : H 2 S (800 à 1000 ppm) + NH 3 maïs ensilé : H 2 S (800 à 2000 ppm) + NH 3 matières stercoraires et déchets d abattoirs : NH 3 fientes de volailles : limonène du citron et des agrumes H 2 S (800 à 1000 ppm) par pics WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 5

6 EXIGENCES ET CONTRAINTES INJECTION RÉSEAU 1. Qualité gaz La teneur en CH 4 conditionne le Gaz H PCS (kwh/m 3 (n)) > 10.7 Indice Wobbe Entre à Point rosée eau Teneur en soufre de H 2 S + COS < - 5 C à PMS < 5 mg S/m 3 (n ) Teneur en CO 2 (% molaire) < 2.5 Teneur en O 2 (% molaire) < 0.7 NH 3 < 3 mg / m 3 (n) PCS 97 % minimum de CH 4 ne laissent pas beaucoup de place aux inertes non traités, comme N 2, O 2 Les teneurs en O 2 et N 2 du biogaz sont multipliées par 1.7 dans le biométhane N 2 et O 2 difficiles à enlever. Or, ils impactent des usages sensibles WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 6

7 EXIGENCES ET CONTRAINTES INJECTION RÉSEAU 2. Proximité d un réseau Moins de qq km pour la distribution, moins d 1 km pour le transport attention au débit d étiage, à la capacité du réseau en fonction des autres unités de méthanisation qui injectent WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 7

8 QUELQUES POINTS DE REPÈRES Déclaration Enregistrement Autorisation Moins de t Moins t Plus de t t 60 à 120 m 3 (n)/h de biométhane 6 à 11 GWh PCS 170 à 300 m 3 (n)/h de biométhane 17 à 29 GWh PCS WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 8

9 LES DIFFÉRENTS TRAITEMENTS UNITAIRES Chaudière méthaniseur ou atmosphère Biogaz Désulfuration primaire (si nécessaire) Surpression séchage Désulfuration finition Traitement COV, NH 3, Siloxanes (si nécessaire) Compression refroidissement Décarbonation Offgaz Odorisation Mesure débit et contrôle qualité Biométhane WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 9

10 BILAN ÉNERGÉTIQUE COGÉNÉRATION ET INJECTION Cogénération Pertes Pertes cogénérateur : 20 % Consommation auxiliaires cogénérateur : 2% Energie électrique revendue 38 % Energie thermique 40 % ( dont 25-30% sert au chauffage digesteur) Meis souvent difficile à valoriser Energie Primaire 100 Epuration Pertes Pertes méthane : 1-2 % Chauffage digesteur : 10-12% Energie revendue % WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 10

11 SURPRESSION - SÉCHAGE Source: Cofely Axima WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 11

12 DÉSULFURATION Traitement primaire nécessaire si teneur en H2S > quelques centaines de mg Lavage à la soude par voie biologique Traitement de finition Charbons actifs 12 Source : Verdemobil WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 12

13 COMPRESSION WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 13

14 4 GRANDES FAMILLES DE PROCÉDÉS DE DÉCARBONATATION Décarbonatation biogaz Absorption Adsorption Perméation Distillation Cryogénique Physique Lavage à l eau ou par un solvant organique Chimique Lavage amines Pressure Swing Adsorption (PSA) Séparation Membranaire Séparation par abaissement température la différence de solubilité des différents constituants du gaz pour : une pression et une température 14 données une réaction chimique du composant à séparer avec les amines la différence d absorption sur un media poreux en fonction de la taille des molécules la différence de vitesse de Perméation des composés à travers la membrane, la force motrice de séparation étant la pression la différence des températures de condensation des différents composants WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 14

15 COMPARAISON DE DIFFÉRENTS PROCÉDÉS DE TRAITEMENT WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 15

16 SCHÉMA : LAVAGE A L EAU WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 16

17 LAVAGE A L EAU Points forts procédé assez robuste toute taille de projets Contraintes Traitement de l air nécessité de disposer d eau traitement de l eau rejetée Teneur en CO 2 résiduel : 2% Hauteur des colonnes si contraintes architecturales 17 Constructeurs : Flotech, Malmberg, Kempro, Chaumeca WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 17

18 SCHÉMA : LAVAGE AUX AMINES WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 18

19 LAVAGE AUX AMINES Constructeurs : Cirmac, HERA, MT-Energies, PURAC Adapté plutôt pour taille moyenne à grande taille Points forts Technologie ayant la perte en méthane la plus faible Consommation électrique faible Contraintes Nécessité de disposer de chaleur consommation de produits chimiques (amines et gel de silice) savoir-faire spécifique pour l exploitation hauteur des tours si contraintes architecturales WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 19

20 SCHÉMA : PSA WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 20

21 PSA Adapté sur débit faible à moyen Points forts Pas de consommation de réactifs en dehors Changement du média pas de hauteur importante Peut éliminer N 2 partiellement avec média adapté Contraintes nécessaire de mettre un prétraitement efficace pour extraire des composés tels que H 2 S, COV, et H 2 O Perte en méthane dans les offgaz de 3 à 6 % qui peut être récupérée par une chaudière spécifique (investissement supplémentaire) 21 Constructeurs : CARBOTECH (groupe Viessmann) Source : Verdemobil Cirmac, DMT, Verdemobil, WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 21

22 PSA Adapté sur débit faible à moyen Points forts Pas de consommation de réactifs en dehors Changement du média pas de hauteur importante Peut éliminer N 2 partiellement avec média adapté Contraintes nécessaire de mettre un prétraitement efficace pour extraire des composés tels que H 2 S, COV, et H 2 O Perte en méthane dans les offgaz de 3 à 6 % qui peut être récupérée par une chaudière spécifique (investissement supplémentaire) 22 Constructeurs : CARBOTECH (groupe Viessmann) Source : Verdemobil Cirmac, DMT, Verdemobil, WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 22

23 SCHÉMA : SÉPARATION MEMBRANAIRE WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 23

24 SEPARATION MEMBRANAIRE Adapté sur faible à moyen débit Points forts Unité compacte pas de consommation de réactifs Contraintes Sensibilité aux polluants traces du gaz à traiter ; les plus délétères identifiés : H 2 S qui colmate la membrane (pas plus 35 ppm pour certains fournisseurs de membranes), eau sous toutes ses formes (liquide comme vapeur, car il y a un risque de condensation) limonènes (solvant terpénique C 10 H 16 ) Changement des membranes 5 à 7 ans WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 24

25 SEPARATION MEMBRANAIRE Adapté sur faible à moyen débit Points forts Unité compacte pas de consommation de réactifs Contraintes Sensibilité aux polluants traces du gaz à traiter ; les plus délétères identifiés : H 2 S qui colmate la membrane (pas plus 35 ppm pour certains fournisseurs de membranes), eau sous toutes ses formes (liquide comme vapeur, car il y a un risque de condensation) limonènes (solvant terpénique C 10 H 16 ) Changement des membranes 5 à 7 ans Constructeurs : Air Liquide, Axiom, BORSIG, Cirmac, DMT, Eisenmann, Envitec, MT-Biométhane, PENTAIR HAFFMANS WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 25

26 COMPARATIF DES TECHNOLOGIES DE DÉCARBONATATION 26 Eau pressurisée Lavage amines Membrane Perte CH4 1 à 2% 0,1à 0,4% 0,5 à 20% 3% Taux de CO2 résiduel dans biométhane PSA < 2 3 % < 0,1 % < 1% < 1% Disponibilité 95 % 95 % 98 % 98 % Sensibilité aux polluants Neutre H 2 S réagit avec amines Consommation électrique (kwh/m 3 (n)) biogaz Consommables /déchets Limonènes, H 2 S H 2 S 0.3 à 0,4 0,2 0.3 à 0,45 0,35 - Eau appoint - Rejets des condensats à traiter - Air à traiter - Consomme en chaleur : 5-8% de l énergie du biogaz entrant - Amines à traiter - Condensats à traiter - Membranes à remplacer - Masse épurante à remplacer WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 26

27 ELÉMENTS DE PLAN DE FINANCEMENT INVESTISSEMENTS A AMORTIR ET A REMPLACER Clefs en main constructeurs Coûts d intégration dalle génie civil, raccordement tuyauterie, gaz non conforme, électricité, automatisme Coûts de raccordement au réseau et coût poste injection sur réseau transport (800 k ) CHARGES ANNUELLES D EXPLOITATION Maintenance Electricité Consommable Traitement rejets Main d œuvre Coût location poste GrDF: les 85 à 100 k incluent les mesures complémentaires de qualité gaz WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 27

28 ELÉMENTS DE PLAN DE FINANCEMENT INVESTISSEMENTS A AMORTIR ET A REMPLACER Clefs en main constructeurs Coûts d intégration dalle génie civil, raccordement tuyauterie, gaz non conforme, électricité, automatisme Coûts de raccordement au réseau et coût poste injection sur réseau transport (800 k ) CHARGES ANNUELLES D EXPLOITATION Maintenance Electricité Consommable Traitement rejets Main d œuvre Coût location poste GrDF: les 85 à 100 k incluent les mesures complémentaires de qualité gaz WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 28

29 EVALUATIONS FINANCIERES : MAITRISER LES RISQUES Risques Maitrise du risque Disponibilité Une disponibilité de 100 % n existe pas : multiplier les disponibilités de chaque élément : production du biogaz, épuration, poste injection Pour une injection de 100 m 3 (n) / h : 1 % de dispo en plus = en plus examiner globalement l enjeu de redondance de certains équipements clefs prendre un contrat de maintenance et de pilotage de l exploitation sur 2 ans : examiner avec vigilance les clauses de limites et d exclusion du contrat Non atteinte du niveau d énergie estimé 29 Bien regarder les délais d intervention Ne pas sous estimer les besoins en chauffage pour le digesteur Estimations des potentiels méthanogènes à sécuriser par des tests Ne pas oublier les pertes de CH 4 dans le procédé d épuration. Si prise en compte d une récupération d énergie au niveau du procédé d épuration : demander des garanties au fournisseur WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 29

30 EVALUATIONS FINANCIERES : MAITRISER LES RISQUES Risques Maitrise du risque Disponibilité Une disponibilité de 100 % n existe pas : multiplier les disponibilités de chaque élément : production du biogaz, épuration, poste injection Pour une injection de 100 m 3 (n) / h : 1 % de dispo en plus = en plus examiner globalement l enjeu de redondance de certains équipements clefs prendre un contrat de maintenance et de pilotage de l exploitation sur 2 ans : examiner avec vigilance les clauses de limites et d exclusion du contrat Non atteinte du niveau d énergie estimé 30 Bien regarder les délais d intervention Ne pas sous estimer les besoins en chauffage pour le digesteur Estimations des potentiels méthanogènes à sécuriser par des tests Ne pas oublier les pertes de CH 4 dans le procédé d épuration. Si prise en compte d une récupération d énergie au niveau du procédé d épuration : demander des garanties au fournisseur WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 30

31 EVALUATIONS FINANCIERES : MAITRISER LES RISQUES Risques Performances Maitrise du risque Vérifier les garanties fournies par le constructeur sur o Taux de CH 4 dans le biométhane o Perte de biométhane en vérifiant les exclusions notamment sur la qualité du biogaz en entrée s assurer de la présence d un prétraitement en entrée pour les procédés sensibles S il y a 2 contrats séparés pour la méthanisation et pour l épuration, il y aura les interfaces sur la qualité du biogaz à gérer Prévoir dans la mesure du possible l évolution des intrants Eviter les dérives de mesures : mettre des capteurs performants et les faire étalonner 1 fois par an 31 Merci de votre attention WIN Briefing meeting with selected participants FR.pptx 31

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