3.) La préparation du biogaz

Transcription

1 3.) La préparation du biogaz

2 Les principaux polluants et leurs effets nocifs Le soufre et ses composés (H 2 S notamment): Corrosion des équipements, dépôt sur les équipements Les condensats: Corrosion des équipements L ammoniaque (NH 3 ): Corrosion des équipements Les composés halogénés (F, Cl,...): Corrosion des équipements Le silicium et ses composés: Dépôt de silice sur les pièces et usure prématurée

3 Exemple de caractéristiques biogaz à respecter Désignation Valeur limite Unité Pouvoir calorifique PCI > 4 kwh/m³ i.n Variations du PCI < 5 % / min Rapport CO 2 / PCI < 10 %vol./kwh/m³ i.n Teneur en méthane [CH 4 ]* > 40 [%vol.] Indice de méthane ** > Variations de l indice de méthane < 1 % / 10 sec Teneur totale en soufre [S] < mg/m³ i.n. CH 4 Teneur en sulfure d hydrogène [H 2 S] < 0,15 < %vol./m³ i.n. CH 4 ppm réf. à 100% CH 4 Teneur totale en chlore [Cl] < 100 mg/m³ i.n. CH 4 Teneur totale en fluor [F] < 50 mg/m³ i.n. CH 4 Somme chlore et fluor [Cl + F] < 100 mg/m³ i.n. CH 4 Teneur en ammoniaque [NH 3 ] < 30 mg/m³ i.n. CH 4 Teneur en silicium [Si], organique < 10 mg/m³ i.n. CH 4 Poussières [3 10 µm] < 10 mg/m³ i.n. CH 4 Vapeurs d huile [> C5 < C10] < mg/m³ i.n. CH 4 Vapeurs d huile [> C10]*** < 250 mg/m³ i.n. CH 4 Humidité relative [ϕ]*** < 80 % Température du gaz C Condensats Condensation dans la zone d aspiration exclue Pression du gaz (entrée de la rampe de gaz) mbar (pression d écoulement à pleine charge) Variations de la pression du gaz < ± 10 % de la valeur d ajustage Fréquence des variations < 10 de la valeur d ajustage / h

4 Les différentes étapes de la préparation du biogaz La surpression ou compression: Pour l alimentation des moteurs à gaz ou des microturbines, il est nécessaire de surpresser ou de compresser le biogaz (surpresseur ou compresseur directement intégré avec le module de valorisation). Déshumidification: Un biogaz est toujours saturé en humidité à sa sortie de digesteur. Pour améliorer sa valorisation, il est recommandé de le sécher. Désulfuration ou autre traitement de polluants: Il est parfois nécessaire d éliminer le H2S présent en quantité importante dans le biogaz avant sa valorisation (usure des équipements et de l échangeur sur les fumées. D autres traitements peuvent être mis en place pour traiter d éventuels polluants supplémentaires.

5 Déshumidification par refroidissement/réchauffage Refroidissement du biogaz: - Par groupe de froid (avec fluide frigorifique refroidi par air) - Refroidissement du biogaz jusqu à environ 5 C - Récupération de quantités importantes de condensats - Biogaz toujours à 100% d humidité après refroidissement Réchauffage du biogaz: - Réchauffage du biogaz jusqu à environ C - Abaissement sensible de l humidité relative du biogaz (séchage) - Plusieurs systèmes pour le réchauffage: a- Utilisation d une partie de la chaleur du module de valorisation b- Utilisation d un échangeur biogaz / biogaz

6 Déshumidification de biogaz C.E.T. Chaleur évacuée CH 4 CO 2 Biogaz de méthanisation Gaz traité Condensats

7 Les différentes méthodes de désulfuration Traitements biologiques: - Traitement du H2S par decomposition en sulfates par des bactéries - Coûts assez élevés en investissement - Coûts d exploitation très faibles Traitements physico-chimiques: - Traitement du H2S par ajout de produits chimiques - Coûts d investissement très faibles - Coûts d exploitation très élevés

8 Désulfuration biologique du biogaz Tour de désulfuration biologique de biogaz

9 Dépôts dus au soufre sur un échangeur fumées

10 Traitement au charbon actif Traitement au charbon actif pour traiter notamment les siloxanes (assez rares dans du biogaz issu de boues de STEP) Coûts peu élevés en investissements mais très élevés en exploitation (remplacement de charbon actif) Charbon actif sensible à l humidité du biogaz traité Charbon actif va retenir d autres polluants que celui que l on veut traiter (augmentation de la vitesse de saturation du charbon)

11 Dépôts de silice sur des pistons

12 4.) Approche réglementaire et administrative

13 Textes réglementaires Arrêté-type n 2910: «Arrêté du 25 juillet 1995 relatif aux prescriptions générales applicables aux installations classées pour la protection de l environnement soumises à déclaration sous la rubrique n 2910 Combustion» (installations entre 2 et 20 MWth) Circulaire du 10 décembre 2003: «Circulaire du 10 décembre 2003 relatives aux installations classées : installations de combustion utilisant du biogaz» (installations entre 2 et 20 MWth)

14 Les éléments importants à respecter Valeurs limites d émission à l échappement (circulaire du ou arrêté préfectoral de l installation) Hauteur de cheminée d échappement et vitesse d éjection des gaz d échappement Niveau de bruit de l installation et niveau d émergnece Détection de gaz et de fumées à l intérieur des locaux du module de valorisation Alimentation en gaz du module de valorisation (équipements réglementaires) Normes pour la réalisation des installations électriques Zonage ATEX de l ensemble des équipements de valorisation (conduites de gaz)

15 Limites d émissions pour les moteurs biogaz Limites d émission dans les gaz d échappement données par la circulaire du : - Moteur avec une puissance primaire < 2 MWth: Pas de VLE (Valeurs Limites d Emission) - Moteur avec une puissance primaire > 2 MWth: VLE en SO 2 : Pas de VLE VLE en NOx: 525 mg/m 3 VLE en poussières: 150 mg/m 3 VLE en COVNM: 50 mg/m 3 VLE en CO: 1200 mg/m 3

16 Les différentes démarches administratives Permis de construire: - inclus dans le permis de construire de l installation globale - Interlocuteur: Mairie + Préfecture Déclaration / DAE au titre des installations classées : - incluse dans l autorisation de l installation globale - Interlocuteur: DRIRE Raccordement au réseau électrique: - Durée de 8 à 12 mois entre demande et raccordement définitif - Interlocuteur : ERDF Rachat de l électricité produite: - Durée de 1 à 2 mois après la demande - Interlocuteur : EDF AOA Déclaration / DAE pour une installation de production d électricité: - Délai de 1 à 4 mois (selon déclaration ou autorisation) - Interlocuteur : DIDEME

17 5.) Valorisation des énergies produites

18 Les tarifs de rachat d électricité (10 juillet 2006) (en ct /kwh) Jusqu à 150 kwél De 150 kwél à2 MWél Au-delà de 2 MWél Tarif de base 9,0 interpolation 7,5 Bonus Méthanisation 2,0 Bonus Cogénération Jusqu à 3,0 en fonction du rendement V de l installation Rendement V Jusqu à 40% De 40 à75 % Au-delà de 75% Bonus Cogénération 0 interpolation 3,0

19 Valorisation des énergies produites Cogénération (voire trigénération): 1- Production d électricité 2- Production de chaleur (et de froid) Électricité produite: - Revendue sur le réseau électrique (plupart des cas), - Utilisée directement sur site pour les besoins propres. Chaleur produite (et froid produit): - Valorisée directement sur site pour les besoins propres (digesteurs, bâtiments, boues,...) - Valorisée pour des besoins externes (réseau de chaleur)

20 Valorisation de la chaleur Deux sources de chaleur: 1- l eau de refroidissement 2- les gaz d échappement Diverses utilisations possibles de cette chaleur: - Sous forme d eau chaude: circuit d eau chaude pour le chauffage des digesteurs ou des bâtiments, réseau de chaleur,... - Production de vapeur à partir des gaz d échappement pour le traitement des produits à méthaniser ou issus de la méthanisation, utilisation dans un process,... - Utilisation dans une installation ORC (Organic Rankine Cycle) pour une production complémentaire d électricité

21 Production d eau chaude

22 Organic Rankine Cycle (ORC) PROCÉDÉ ORC Pompe Évaporateur Machine à expansion (turbine) Pompe MOTEUR Condenseur (air)

23 6.) Exemple de réalisation

24 Référence station d épuration de Strasbourg (F) Prestations Pro2: Moteur à gaz de 626 kw él en bâtiments Récupération complète de la chaleur Ingénierie et réalisation

25 Valorisation du biogaz sur la STEP de Strasbourg Valorisation du biogaz par cogénération: 1- Production d électricité 2- Production de chaleur sous forme d eau chaude (70/90 C) Électricité produite: - Dans un premier temps, utilisée pour les besoins propres - Va être revendue sur le réseau électrique : peut alimenter environ foyers en électricité Chaleur produite: - besoins propres de la station: digesteurs, bâtiments,...

26 Référence méthanisation de Calais (F) Prestations Pro2: Moteur à gaz de 943 kw él en version conteneurisée avec station de compression de 600 m 3 /h intégrée Torchère haute température de kw Récupération de chaleur: eau chaude et vapeur Ingénierie et réalisation

27 Merci de votre attention! Pour toute question, contactez-nous! Pro2 Environnement SARL (F) Pro2 Anlagentechnik GmbH (D) Tel: +33 / (0) Tel: +49 / (0)2154 / info@pro2.fr info@pro2.de