Journées Recherche Industries 12/02/2016 Limoges

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1 David Benizri Gilles Hébrard (LISBP) Nicolas Dietrich (LISBP) Pierre Labeyrie (ARIA Innovent) Christophe Canezin (EARL Biogascogne Energie) Christophe Hévin (ADEME) Journées Recherche Industries 12/02/2016 Limoges

2 1. Biogaz agricole : contexte et technologies 2. EPUROGAS présentation 3. EPUROGAS sur site expérimental (Vidéo) 4. Les résultats obtenus sur site 5. Perspectives d utilisation de l EPUROGAS LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 2

3 1. Biogaz agricole : contexte et technologies La méthanisation à la ferme, une opportunité de développement Agriculture - élevage + Méthanisation + Epuration du biogaz Méthane Dioxyde de carbone Vapeur d'eau Sulfure de dihydrogène Azote BIOGAZ Combustible en cogénération Méthane Azote Hydrogène Bio-CH 4 Carburant Gaz Naturel + Bio-CO 2 Serre Culture d algues LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 3

4 1. Biogaz agricole : contexte et technologies Quelques technologies actuellement proposées Qui? Air liquide Ecole Centrale Paris Quoi? Débits? Membrane gaz/gaz À partir de 80 Nm 3 /h Membrane gaz/liquide Très petit débit Metener Verdemobil Innovent TTT Absorption à l eau À partir de 10 Nm 3 /h Adsorption sur zéolites Dès 30 Nm 3 /h Absorption à l eau sous pression À partir de 15 Nm 3 /h Coût? + de 500 k Développement Thèse V. Fougerit + de 300 k k + de 150 k Quelques concurrents mais la technologie INNOVENT- TTT se démarque sur de nombreux points LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 4

5 2. EPUROGAS Historique de l EPUROGAS (ARIA ENERGIE LISBP INSA) Démarrage de la collaboration avec des étudiants en 2008 Projet région 11/05/2009 au 10/05/2012, convention FEDER Projet Eco-innov 2012 ADEME 30/11/2012 Thèse 01/ /2016 Soutenue le 05/02/2016 LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 5

6 2. EPUROGAS Principe physique de l EPUROGAS (absorption à l eau sous pression) 1) Equilibre eau / biogaz bien décrit par la loi de Henry 2) Constantes de Henry validées expérimentalement Composé CH 4 CO 2 H 2 S He i 303K ,9 He i 298K eau recyclée (exp.) He y i. x P CO 2 23 fois plus soluble dans l eau que CH 4 LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 6

7 2. EPUROGAS EPUROGAS Un système HPWS adapté grâce à deux brevets Mélangeur statique LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 7

8 2. EPUROGAS EPUROGAS Un pilote à l échelle industrielle sur site expérimental Pied de colonne H = 1,8 m d = 0,5 m Colonne H = 3 m d = 0,25 m Dimensionnement Q biogaz = 40 Nm 3 /h E CO2 = 92 % P = 10 bar Q eau = 10 Nm 3 /h LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 8

9 Régénération de l eau par désorption de CO 2 : deux défis Désorber le gaz dissous Le mélangeur statique sans stripping 2. EPUROGAS Mélange Turbulent Dissipation d énergie Nucléation de bulles et dispersion Re L P/M d bs (diamètre de Sauter ) Transfert Equilibre k L a(c C ) y= mx Régénération de l eau et production de CO 2 Empêcher l entrainement de bulles Elargissement du pied de colonne Diamètre du pied Vitesse liquide Diamètre des bulles entraînées D p v L d b Augmentation de la pureté du CO 2 LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 9

10 3. Présentation du site expérimental LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 10

11 3. Présentation du site expérimental (Vic Fezensac, EARL Biogascogne Energie, site Aria Energie) LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 11

12 4. Les résultats obtenus sur site EPUROGAS - Présentation des mesures expérimentales Point 54 conditions, 40 portant sur la variation des paramètres et 14 portant sur le matériel Point Q eau (m 3 /h) Q biogaz (Nm 3 /h) P CO2 P CH4 LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 12 T eau (K) E CO2 R CH4 Y CH4,s Y CO2,s (%) (bars) (bars) (%) (%) (%) ,7 3,771 5,2 299, ,5 84,26 10,6 15 9,939 37,6 3,599 4, ,4 54,1 88,5 74, ,034 38,4 3,509 4, ,6 37,1 94,7 69,5 25,3 EPUROGAS fonctionne dans une gamme de débits de gaz importante Q eau (m 3 /h) Q biogaz (Nm 3 /h) P CO2 (bar) P CH4 (bar) T eau (K) E CO2 R CH4 (%) (%) 41 Asp. Grille 10 28,4 3,039 3, ,95 33,0 97,9 49 Pulv. RSR 10 27,3 2,993 3, ,65 59,0 94,0 Tendance générale : le choix du matériel d aspersion et du garnissage est important

13 4. Les résultats obtenus sur site Stabilité du ph de l eau Limitation de l entraînement de biogaz Choix matériels (garnissage/buse) Désorption efficace et production de CO 2 «pur» de 80 à 85 % Traitement du H 2 S Cellule de visualisation Aspersion Abattement mass. de 90 % et précipitation de gypse par ajout de calcium Avant Après Amélioration du rendement de récupération du CH 4 Raschig Super Ring Meilleur rapport coût / efficacité LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 13

14 4. Les tendances obtenues : expérience et modèle Débit d eau plus faible = moins de perte de CH 4 Pression élevée Basse température Débit d eau plus faible = moins de perte de CH 4 Rendement de récupération du méthane élevé (95%) Efficacité moyenne (50-60%) recherchée Désorption améliorée Meilleure absorption de CO 2 Complément nécessaire pour atteindre un gaz réseau H Post traitement du gaz de désorption à gérer Très faible consommation énergétique (de 0,17 à 0,33 kwh/nm 3 bruts) LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 14

15 4. Les tendances obtenues sur site PSA obtention d une qualité GNV Seul Couplé à l EPUROGAS Cycles courts (100 s) Perturbation adsorption / désorption Qualité max : 90 % CH 4 Cycles plus longs (500 s) Perturbation adsorption / désorption minimisée Qualité max : 95 % CH 4 Présence d inertes en sortie LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 15

16 5. Perspectives d utilisation de l EPUROGAS BIOGAZ CO 2 CH 4 EPUROGAS CO 2 85 % H 2 S ppm CH 4 15 % Post-traitement PSA CO % CO 2 (fin de purge) CH 4 98 % P=250 bar CH 4 98 % P=6~7 bar CH 4 90 % P=6~7 bar GNV réseau H réseau B Production Biogaz LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 16

17 5. Perspectives d utilisation de l EPUROGAS PSA et EPUROGAS couplage opérationnel EPUROGAS seul Biogaz GNV Réseau H 50 % 88 % 97 % PSA seul + traitement H 2 S primaire - Sensibilité H 2 S, H 2 O + compression % CH 4 % CH 4 EPUROGAS + PSA % CH 4 - Inertes + séchage + traitement H 2 S résiduel LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 17

18 5. Perspectives d utilisation de l EPUROGAS Consommation d énergie électrique EPUROGAS (40 Nm 3 /h) : 0,17 kwh/nm 3 biogaz brut EPUROGAS + PSA sans GNV : 0,19 kwh/nm 3 biogaz brut EPUROGAS REFROIDI : 0,25 kwh/nm 3 biogaz brut Metener, HPWS : 0,35-0,45 kwh/nm 3 biogaz brut PSA seul avec GNV : 0,5 kwh/nm 3 biogaz brut PSA KOMPOGAS sans GNV : 0,5 kwh/nm 3 biogaz brut Greenlane, HPWS : 0,4 à 0,8 kwh/nm 3 biogaz brut Quelques apports de l étude Automatisation fonctionnelle Caractérisation de la saturation en eau des gaz Caractérisation de la chaleur à dissiper (2kW) Méthode de dimensionnement adaptée ACV favorable et étude économique favorable LISBP Laboratoire d Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés Page 18

19 Merci de votre attention

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