Présentation plans et devis

Transcription

1 Présentation plans et devis Production de biogaz pour l autosuffisance énergétique d une ferme porcine Préparé par Sylvain de Ladurantaye Jalil Hassaoui Khalid Ouazir Jeudi, 1 er mai

2 Plan de la présentation 1.1. Collaborateurs 2.2. Description du client 3.3. Objectifs et mandat 4.4. Description du projet 5.5. Design et dimensionnement des composantes du système : Préfosse Bioréacteur et stockage du biogaz Unité de traitement du biogaz Unité de cogénération 6. Conclusion L énergie verte, c est brillant!! Groupe Énergie Brillance Inc. Collaborateurs Safia Hamoudi (Supervision du projet) Robert Lagacé (Conseiller) 2

3 Description du client Ferme typique, Bellechasse Production porcine de porcs à l engraissement Alimentation en électricité par Hydro Québec Chauffage au gaz propane Épandage du lisier non traité directement au champ Mandat et objectifs Objectifs Traiter le lisier afin de respecter les normes environnementales Production de biogaz àpartir du lisier Convertir le biogaz produit en énergie Mandat Conception d un système de production d énergie renouvelable à partir du lisier de porc 3

4 Description du projet Torchère Épandage au champ (liquide) Préfosse Bioréacteur Fosse à digestat Compostage (solide) Fosse à lisier du producteur Désulfuration Conduit de déshydratation Réseau électrique Unité de cogénération (moteur + génératrice) Chauffage et électricité pour tous les bâtiments Design et dimensionnement des composantes du système Préfosse Bioréacteur et stockage du biogaz Traitement du biogaz Unité de cogénération 4

5 1. Préfosse But : Préchauffer le lisier et ajout de matière organique (source de C) si désiré Caractéristiques : Préfosse circulaire Acier inoxydable V = 115 m 3 H = 3 m D = 7 m 2. Bioréacteur 2.1 Conditions ambiantes Température Influe sur le potentiel de production de biogaz Gamme de température mésophile : 25 < T< 40 C Potentiel de production important Bonne stabilité d opération ph : autour de la neutralité : 6 < ph < 8 5

6 2. Bioréacteur 2.2 Paramètres physiques Temps de rétention hydraulique Paramètre le plus important dans le dimensionnement Représente le temps de séjour de l effluent dans le bioréacteur HRT = 15 jours 2. Bioréacteur 2.2 Paramètres physiques (suite) Débit d entrée (Q) Dépend de la production de lisier Q = 20 m 3 /j 6

7 2. Bioréacteur 2.3 Composantes Matériaux de construction Acier inoxydable résiste àla corrosion Isolant : polyuréthane Isolant Volume V = 300 m 3 (1/3 2/3) Tuyaux de chauffage 2. Bioréacteur 2.4 Système de brassage Permet d homogénéiser le lisier dans le bioréacteur Système composé d une hélice montée sur un arbre rotatif Vitesse de mélange comprise entre 20 et 50 tours/minute 7

8 2. Bioréacteur 2.5 Système de pompage Permet d acheminer le lisier de la fosse vers la préfosse, de la préfosse vers le bioréacteur Permet de purger les boues du bioréacteur 2. Bioréacteur 2.6 Composantes Système de contrôle des conditions ambiantes Maintien des conditions de température Tuyaux insérés dans la paroi Sondes RTD Isolant limitant les pertes de chaleur vers l extérieur Source : LabFacility 8

9 2. Bioréacteur 2.7 Production totale de biogaz Calculs basés sur : l équation d Eckenfelder la cinétique de croissance bactérienne G = 220 m 3 CH 4 /jour ( 300 m 3 de biogaz) 2. Bioréacteur 2.8 Digestat Fractions liquides et solides sont acheminées vers une fosse Valorisation agronomique possible 9

10 3. Traitement du biogaz 3.1 Composition du biogaz Composant Méthane (CH 4 ) Dioxyde de carbone (CO 2 ) % Volumique Sulfure d hydrogène (H2S) 2 0 1,5 Ammoniac (NH 3 ) Vapeur d eau (H2O)g 0 0,05 Le gaz est saturé en eau 3. Traitement du biogaz 3.2 Désulfuration Le H 2 S est formé par des bactéries réductrices de soufre lors de la digestion anaérobie Le H 2 S est combiné avec la vapeur d eau pour former l acide sulfurique (H 2 SO 4 ) ou sulfureux (H 2 SO 3 ) 10

11 3. Traitement du biogaz 3.2 Désulfuration (suite) Impact sur l environnement La combustion du H 2 S entraîne la production des oxydes de soufre SO x (très nuisible pour l environnement) Impact sur les équipements : Corrosion des métaux (tuyauteries, pompes, unité de cogénération) causée par le H 2 SO 4 ou bien le H 2 SO 3 3. Traitement du biogaz 3.2 Désulfuration (suite) Critères de choix du procédé de désulfuration Le produit résultant de la réaction de la désulfuration est non toxique ou nuisible pour l environnement 11

12 3. Traitement du biogaz 3.2 Désulfuration (suite) Critères de choix du procédé de désulfuration Procédé simple à opérer et ne nécessitant pas : De surveillance accrue D équipement de contrôle spécialisé D intervention de personnel hautement qualifié D utilisation de produits chimiques dangereux 3. Traitement du biogaz 3.3 Choix pour désulfuration Procédé d adsorption sur un lit d oxyde de fer Adsorbant choisi : Adsorbant commercial Sulfatreat : matériel granulaire sec fait à base d oxyde de fer - Pouvoir adsorbant : 0,11 kg H 2 S/kg d adsorbant 12

13 3. Traitement du biogaz 3.3 Choix pour désulfuration (suite) Dimension de la colonne d adsorption : Hauteur : 3 m; Diamètre : 1,38 m Hauteur du lit d adsorbant : 0,6 m Volume d adsorbant utilisé : 0,90 m³ Changement d adsorbant chaque 15 jours de service Installation de deux colonnes d adsorption en parallèle pour assurer une désulfuration continue du biogaz 3. Traitement du biogaz 3.4 Déshydratation La vapeur d eau cause aussi des problèmes de corrosion d équipements Procédé choisi : Condensation de la vapeur d eau Canalisations souterraines pour la circulation du biogaz L eau condensée est purgée 13

14 3. Traitement du biogaz 3.6 Torchère Éviter les fuites de gaz nocifs vers l extérieur et brûler l excédant de biogaz 3. Traitement du biogaz 3.6 Torchère (suite) Respect des conditions : Respect des normes de rejets àlʹatmosphère Allumage automatique 14

15 4. Design et dimensionnement de l unité de cogénération 4.1 Paramètres de dimensionnement Teneur minimale de 40 % de CH 4 Besoins en chauffage et en électricité des bâtiments et installations : Bâtiments : kwh q /an = m 3 biogaz/an kwh é /an = m 3 biogaz/an - Préfosse et : kwh q /an = m 3 biogaz/an bioréacteur 4. Design et dimensionnement de l unité de cogénération 4.1 Paramètres de dimensionnement (suite) Déterminer les puissances thermique et électrique : Puissance thermique = 69 kw q Puissance électrique = 65 kw é Choix de l unité de cogénération (P nécessaire) : Avec une marge de sécurité de 30 % pour les pointes : P = 90 kw q et 85 kw é 15

16 4. Design et dimensionnement de l unité de cogénération 4.2 Résultats Volume de biogaz requis : Nm 3 / année Besoins annuels d énergie : kwh / année Puissance de l unité choisie : Moteur Tecogen, modèle CM kw élec et 110 kw thermique (20 % supérieure) 4. Design et dimensionnement de l unité de cogénération 4.2 Résultats (suite) La puissance de l unité répond : Aux besoins thermiques et électriques actuels Aux besoins thermiques et électriques futurs (vente d électricité ou agrandissement) Marge de sécurité 16

17 4. Design et dimensionnement de l unité de cogénération 4.3 Production d énergie Chaleur : récupération gaz d échappement (30 %) et du liquide de refroidissement (70 %) Transmission de la chaleur via un échangeur de chaleur et des conduites de glycol Production d électricité via la génératrice Bilan de matière porcs/année CH 4 70 %, 220 m 3 /j 20 m 3 /jour (débit maximal du lisier) Bioréacteur (315 m 3 biogaz/jour) Valorisation Digestat H 2 S, 1,5 %, 5 m 3 /j Élimination par adsorption Élimination du H 2 O par condensation Chauffage kwh q Électricité kwh é Unité de cogénération P = 100 kw é et 110 kw q 17

18 Conclusion Respect de tous les critères imposés par le mandat Mise au point d un système permettant au client de valoriser énergétiquement les déjections animales Objectif d autosuffisance énergétique atteint Respect de l environnement Système prévu pour les besoins futurs Production de sous produits àhaute valeur fertilisante L énergie verte, c est brillant!! 18