La méthanisation sous l angle de l ingénierie

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1 La méthanisation sous l angle de l ingénierie Steve Boivin, ingénieur Michel Morin, ingénieur Bio-Terre Systems Inc. Introduction La méthanisation à la ferme Matières disponibles à la ferme Sources et utilisations de l énergie Besoins en nutriments pour les cultures Sources de matières organiques externes Projets d expansion 2 1

2 Schéma de procédé La méthanisation à la ferme Électricité àla ferme Énergie thermique àla ferme Électricité à revendre Crédits CO 2 Ferme Fertilisant liquide Biomasse de la ferme Biodigesteurs Bio-Terre Biomasse externe Fertilisant concentré (2-3 % volume) Commercial & industriel Municipal & résidentiel 3 Modélisation du bioréacteur Matière organique Quantité et source (m 3 ou kg) Demande chimique en oxygène (mg/l DCO) Solides volatiles (%SV) Solides totaux (%ST) Bioréacteur Engrais solide Quantité (kg) Métaux (%m/m) Humidité (%m/m) Valeur agronomique (NPK) Biogaz Volume (m 3 ) Composition (% CH 4, %H 2 S, %CO 2, N 2 ) Bactéries psychrophiles Opération batch séquentiel Anaérobie T=20-25 C Engrais liquide Quantité (m 3 ) Demande chimique en oxygène Solides volatiles Solides totaux Valeur agronomique 4 2

3 Modélisation du bioréacteur Paramètres d opération Taux de chargement organique (kg DCO alimenté/m 3 bioréacteur/jour) Rendement (m 3 CH 4 /kg DCO alimenté) % de destruction en SV ou DCO Accumulation des acides gras volatils (mg/l acide acétique, propionique, etc.) 5 Bioréacteurs Réservoirs chauffés et isolés Réservoir en béton (en sol ou hors-sol) Réservoir d acier galvanisé avec membrane étanche Lagune Réservoir d acier vitrifié 6 3

4 Bioréacteurs Considérations techniques Agitation minimale (selon % solides) Chauffage des galeries techniques Système de protection pour le biogaz (valve de surpression et antiretour de flamme) Protection des matériaux en contact avec le biogaz et sujets à la corrosion 7 Bioreacteurs Chauffage et isolation Pour maintenir C dans les bioréacteurs Isolant de polyuréthane giclé Réseau de chauffage au propylène glycol 20 % de l énergie produite est destinée au chauffage (base annuelle) La majorité du chauffage requis sert à réchauffer le lisier de 15 à 25 C 8 4

5 Bioreacteurs Chauffage Système de distribution de la chaleur 9 Gestion du lisier Site principal : engraissement maternité - pouponnière 10 5

6 Gestion du lisier Site secondaire : Engraissement Distance du site principal : 300 mètres 11 Gestion du lisier 12 6

7 Gestion du biogaz Soufflante régénérative Conduit en acier noir vissé Évacuation de l eau de condensation Torchère (excédant de biogaz) 13 Gestion du biogaz Débitmètre à biogaz Débitmètre massique thermique Débitmètre à turbine (corrigé pour la pression) Sécurité Norme CSA-B105 Prévention des fuites Détecteur de méthane Ventilation appropriée (5 changements d air/h) 14 7

8 Valorisation du biogaz Bouilloire Bonne tolérance à la présence de H 2 S Opération à des températures élevées (80 C) Éviter les cycles arrêt/démarrage Bouilloire en fonte Inspection bisannuelle Suivi serré des équipements périphériques (régulateur, valve de surpression, cheminée) 15 Valorisation du biogaz Utilisation de la chaleur Cas St-Hilaire : entre 55 et 70 kw transférable en tout temps Chauffage de l air de ventilation Système de tubes à ailettes (100 mètres) Valve automatisée pour prioriser les bioréacteurs et maintenir la T de la bouilloire 16 8

9 Valorisation du biogaz Utilisation des tubes à ailettes Amélioration de la qualité de l air (augmentation de la ventilation et diminution du taux d humidité) Rallongement des périodes de chauffage Augmentation de la productivité (selon le producteur) 17 Valorisation du biogaz Cogénération à la ferme St-Hilaire Partenariat avec le LTE Hydro-Québec Moteur à combustion interne (MAN) Efficacité électrique (25-35 %) Efficacité thermique (50 %) Traitement pour enlever le H 2 S et l eau 18 9

10 Valorisation du biogaz Autres alternatives Injection sur le réseau de gaz naturel Nécessite un niveau élevé de purification (H 2 S et CO 2 ) Rentable à grande échelle seulement (de l ordre de 1000 m 3 /h) Carburant pour véhicule motorisé 19 Valorisation du biogaz Technologies de purification Méthodes physico-chimiques Membranes sélectives Filtration avec lit d adsorbant (PSA, charbon actif, etc.) Absorption et précipitation Méthodes biologiques «Bio-scrubbing» (absorption + bioréacteur) Biofiltration Injection d air dans la tête des bioréacteurs 20 10

11 Suivi à distance 21 Conclusion La méthanisation à la ferme Système sécuritaire (CSA-B105) Intégration à l opération de la ferme Système stable et simple d opération 22 11

12 La méthanisation sous l angle de l ingénierie Steve Boivin, ingénieur sboivin@bioterre.com 23 12