Solutions industriels des gazogènes. Don Murray, ing.

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1 Solutions industriels des gazogènes Don Murray, ing.

2 Sujets traités Les difficultés associées à la valorisation de la biomasse Les défis de la combustion La Gazéification comme piste de solution La technologie/les processus de gazéification Les applications : Thermiques Cogénération Les projets de gazéification Quelques exemples de rendement énergétique

3 Valorisation d une gamme de biomasse grossière à des fins énergétiques

4 3 m3 de billes de bouleau blanc ~ 300 litres de mazout cl2 source : ITEBE E-Pack 1 tonne de déchets triés ~ 10 MMBtu possède une valeur énergétique équivalente à 250 litres de mazout 1 balle ronde de 490 Kg de Ø 1,6m ~ 110 litres de mazout cl2

5 À ce point ci : la biomasse est un combustible, une autre forme de carbone ``jeune`` plutôt qu un carbone fossile la biomasse (et les déchets/résidus) ont une valeur énergétique caractérisée versus celle du mazout/du gaz naturel alors, travailler avec de la biomasse qu est-ce que cela implique?

6 Plusieurs approches possibles Source : European Bioenergy Research Institute

7 La biomasse défis logistiques et technologiques 1. Faible densité énergétique coût de transport ($) 2. Taux d humidité élevée de la valeur énergétique ($) 3. Carburant souillé matières alcalines corrosion!; acheminement! 4. Haute température de combustion coût de l équipement ($)

8 À ce point ci : la biomasse est une autre forme de carbone la biomasse (et les déchets/résidus) ont une valeur énergétique caractérisée versus le mazout/le gaz naturel la conversion de la biomasse en énergie comporte plusieurs processus distincts que l on doit maitriser cela implique des paramètres tels : T élevée, air de combustion, gestion de biomasse, contrôle des émissions On connaît la combustion on parlera de la gazéification?

9 Autopsie de la flamme La gazéification Combustion 6 kg d air + 1 kg bois mélange difficile! Gazéification - Gaz pauvre CO + H2 Combustion 5 kg d air + 1 kg gaz mélange relativement efficace Le gaz pauvre brûle mieux car le mélange air/carburant se fait mieux La gazéification s opère à une température plus basse minimise les problèmes de vitrification minimise les problèmes de corrosion associés avec la liquéfaction des alcalins - ``sputtering`` contribue à la diminution du taux d émission de particules fines 1 Kg de bois 20 MJ ~ 2,4 KWh/Kg (humide)

10 La combustion - c est complexe de brûler un carburant solide humide

11 À ce point ci : la biomasse est une autre forme de carbone la biomasse (et les déchets/résidus) ont une valeur énergétique caractérisée versus le mazout/le gaz naturel la conversion de la biomasse en énergie comporte plusieurs processus distincts que l on doit maitriser cela implique des paramètres tels : T élevée, air de combustion, flot de matière, contrôle des émissions La gazéification convertit la biomasse en carburant gazeux utile à plusieurs fins énergétiques; une alternative au mazout/gaz naturel Le processus de gazéification nous mène à quoi?

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14 À ce point ci : la biomasse est une autre forme de carbone la biomasse (et les déchets/résidus) sont un carburant sous forme solide avec une valeur énergétique caractérisée que nous convertissons sous forme de carburant gaz Nous utilisons ce gaz combustible pour produire de la chaleur ou produire de l électricité Maintenant, la gazéification c est quoi précisément?

15 Le gazéificateur ou le gazogène? Conversion thermochimique de la biomasse en gaz combustible de faible valeur calorifique ( ~ 250 Btu/pi.cu) Gaz combustible composé principalement de N2, CO, H2, CO 2 Gaz combustible, sans composés de soufre, contenant un faible pourcentage de goudrons et de particules de dimension ~ 5 µm

16 Les 4 processus de la gazéification Source : GEK AllPower Labs Gaz combustible

17 Le gaz pauvre vs le syngas Le démon est dans le goudron! Source : Université de Nancy, ECN 2007

18 À ce point ci : la biomasse est une autre forme de carbone la biomasse (et les déchets/résidus) sont un carburant sous forme solide avec une valeur énergétique caractérisée que nous convertissons sous forme de carburant gaz Nous utilisons ce gaz combustible pour produire de la chaleur et/ou produire de l électricité Nous avons vu les étapes du processus de gazéification et la difficulté d épurer le gaz combustible Voyons un survol des types de gazéificateurs

19 Differents types de gazéificateurs Source : Resource Dynamics Corp 2004

20 Gazéification IGCC _ `` type entrained bed`` Source : Global Energy

21 À ce point ci : la biomasse (et les déchets/résidus) sont un carburant sous forme solide avec une valeur énergétique caractérisée que nous convertissons sous forme de carburant gaz Nous utilisons ce gaz combustible pour produire de la chaleur ou produire de l électricité Nous avons vu les étapes du processus gazéification et la difficulté clé d épurer le gaz combustible La distinction est faite entre le carburant gaz pauvre et le syngas On dispose de plusieurs types de gazéificateur/de gazogène Voyons quelques applications à des fins énergétiques...

22 Chaufferie Urbaine Gazéificateur de type cross-draft

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24 Cogénération type ORC - caloporteur huile thermique alimentant un engin à combustion externe Électricité Huile thermique Eau chaude

25 Cogénération CHP gazogène couplé à un engin à combustion interne Source: XyloWatt

26 Groupe électrogène gazogène complémentaire avec le solaire photovoltaïque et l éolien

27 Vers des bâtiments institutionnels CO 2 -neutre vidéo

28 Densification/Encapsulation de matière organique sous forme de carburant solide standardisé Déchets de ``pulpeur`` Mélange résidus d émondage + déchets de table

29 À ce point ci : la biomasse, les résidus) sont un carburant sous forme solide avec une valeur énergétique caractérisée que nous convertissons sous forme de carburant gaz nous avons vu les étapes du processus de gazéification, la distinction entre le carburant gaz pauvre versus le syngas on comprend qu il y a plusieurs types de gazéificateurs on distingue plusieurs applications industrielles et commerciales possibles Maintenant, vu le potentiel énoncé, qui gazéifie de la biomasse?

30 Les gazéificateurs à l œuvre depuis l aube des années 1900

31 Production 7,0 MMBtu/h de vapeur à partir de copeaux de bois franc DZD Hardwood, St-Jérôme, Québec Gazéificateur opère depuis 14 ans

32 lbs/hr de vapeur à partir de bois Remplacement à GJ de gaz naturel

33 College Middlebury, VT, USA Cogen gazéificateur de 800 BHP produisant de la 300 psig;

34 Chippewa valley Ethanol Company Benson, MN USA 12,5 MW th vapeur

35 Mount Wachusett Community College MA USA Cogen - gazogène BioMax 50KWe

36 DARGAVEL Energy from Waste FACILITY Dumfries, Écosse Cogen MWh e annuellement vidéo tonnes/jour de déchets ultimes triés

37 À ce point ci : la biomasse, les résidus) sont un carburant sous forme solide avec une valeur énergétique caractérisée que nous convertissons sous forme de carburant gaz nous avons vu les étapes du processus de gazéification, la distinction entre le carburant gaz pauvre versus le syngas on comprend qu il y a plusieurs types de gazéificateurs Ces gazéificateurs, gazogènes génèrent de la vapeur, de l eau chaude et/ou produisent de l électricité Quel est le rendement, l efficacité et le coût de ces systèmes? Voyons des cas précis

38 Chaufferie Urbaine Chauffage hydronique alimenté de biomasse humide Réserve

39 Chauffage eau chaude serre de 2,8 Ha Gazéificateur de 20 MMBtu/h couplé à une chaudière 175 ºC 600 ºC 1200 ºC Rendement énergétique Consom. en bois Disp. du système CAPEX Coûts d'opération $/MWh (hors CAPEX) Thermique Électrique tmv/an hrs/an MWh MWh 20 MMBtu/h n/a ,0 $ ,0 $ 29,1 $ Remplacement de litres d'huile usée; Serres de 2,8 Ha; culture de tomates

40 Chaudière industrielle à l huile thermique alimentée à la biomasse Les technologies en bref Foyer de combustion à gazéification Échangeur de chaleur. L énergie des gaz de combustion est transférée au caloporteur à l huile Therminol.

41 Cogénération à partir de bois de trituration; chaleur caloporteur huile thermique + génération électrique Options Rendement énergétique Consom. en bois Disp. du système CAPEX Coûts d'opération $/MWh (hors CAPEX) Thermique Électrique tmv/an hrs/an MWh MWh n/a ,0 $ ,0 $ 53,5 $ ,0 $ ,0 $ 103,1 $ Note : 1 camion de copeaux équivaut à 30 tonnes métriques vertes (tmv)

42 Gazéification de résidus de vignes Divers carburant solide 1. Échangeur thermique aircaloporteur huile thermique 2. Génération électrique via un engin à combustion externe 3. Chauffage hydronique circuit d eau chaude à 80ºC Exemple : La conversion de 1,5 tonnes de plastique HDPE génère ~ 2 MMBtu/hr d énergie pendant 16 hrs

43 Système de Cogénération ORC - 70 tonnes/jr; 2000 KWe KWth 2 nd thermal oil circuit from biogas

44 Cogénération ORC ONTARIO Simulation 1500 KWe KWth (pessimiste) - 0,138$/KWh + vente thermique à 5$/GJ Source : RetScreen tonnes/an de déchets Déchets payés 25$/tonne

45 Merci pour votre attention