Département Physiques Master Spécialisé Energies Renouvelables et Systèmes Ener
Département Physiques Master Spécialisé Energies Renouvelables et Systèmes Energétiques Module : Biomasse Réalisé par : Encadré par : AIT BAHA Ibtissam Pr. M. TAHRI BOUCHATAOUY Manal 2021/2022 Purification du biogaz 2 Résumé Ce rapport a pour objectif essentiel de comprendre et d’expliquer la dynamique des processus liés à la production du biogaz. Le comportement du biogaz dans la masse des déchets (transferts, composition, variations…) et les diffères méthodes utilisés pour la purification du biogaz. La valorisation du biogaz est une technologie permettant de recueillir et de traiter le biogaz issu des déchets organiques fermentescibles en vue de produire de l’énergie tout en préservant l’environnement grâce à la réduction des émissions de gaz à fort effet de serre tel que le méthane, l’élimination des odeurs et des risques d’explosion. Une des méthodes de la valorisation du biogaz est la production d’électricité dans des groupes électrogènes constitués des moteurs à biogaz couplés à des génératrices électriques. Pour une efficacité optimale de cette valorisation, il est très important que la production du biogaz et sa composition soient stables. Cependant, il y a beaucoup de facteurs qui influent sur la variation de la concentration de composants du biogaz, en particulier les paramètres météorologiques (précipitations, pression atmosphérique, température et humidité), l’âge et les types des déchets, les méthodes d’enfouissement. Plusieurs technologies matures d’épuration du biogaz permettent la production de biométhane compatible avec les spécifications des réseaux : lavage à l’eau, épuration membranaire, PSA (Pressure-Swing Adsorption), lavage aux amines et cryogénie. L’ensemble de ce travail a permis une étude à deux niveaux (deux chapitres), le premier chapitre est constitue une généralité du biogaz, qu’est ce que le biogaz ? Sa composition, sa production et ces utilisations. Dans le deuxième chapitre présente la purification du biogaz ; avec une explication de chaque composant est son effet sanitaire et sur l’environnement. Puis les méthodes de purification de chaque composant du biogaz. 3 Sommaire LISTE DES FIGURES .........................................................................................................5 LISTE DES TABLEAUX .....................................................................................................5 CHAPITRE 1 : PRESENTATION GENERALE DU BIOGAZ .........................................6 INTRODUCTION ................................................................................................................6 I. Définition du champ d’application ............................................................................6 1. Qu’est ce que le « BIOGAZ » ? .......................................................................................6 2. Production du biogaz ...................................................................................................7 3. Fermentation .............................................................................................................. 10 4. Composition de biogaz............................................................................................... 10 II. Production d’énergie et utilisation du biogaz ......................................................... 10 1. Les utilisations du biogaz ........................................................................................... 10 2. Les méthodes de production du biogaz ....................................................................... 12 III. Alimentation du biogaz aux grands projets au Maroc ........................................... 13 CONCLUSION ................................................................................................................... 14 CHAPITRE 2 : PURIFICATION DU BIOGAZ ............................................................... 15 INTRODUCTION .............................................................................................................. 15 I. Présentation des composants du biogaz ................................................................... 15 1. Les différents composants du biogaz .......................................................................... 15 2. Conséquences des composants du biogaz ................................................................... 16 II. Purification et traitement du gaz............................................................................. 18 1. Désulfuration ............................................................................................................ 18 a. Désulfuration biologique dans le digesteur ................................................... 18 b. Désulfuration biologique dans des réacteurs externes – principe du lit bactérien ................................................................................................................. 19 c. Épuration biochimique du gaz – bioépurateurs ............................................. 19 d. Précipitation du sulfure ................................................................................ 19 e. Adsorption sur charbon actif ........................................................................ 20 2. Séchage.................................................................................................................... 20 a. Séchage par condensation ............................................................................ 20 b. Séchage par adsorption ................................................................................ 21 c. Séchage par absorption ................................................................................ 21 3. Elimination d’ammoniac ......................................................................................... 21 a. La nitritation ................................................................................................ 22 4 b. La dénitritation ............................................................................................ 22 4. Siloxanes............................................................................................................... 22 III. Les grandes méthodes générale de purification du biogaz.................................. 23 1. Lavage à l’eau ....................................................................................................... 23 a. Avantages ................................................................................................... 23 b. Limites ....................................................................................................... 24 2. Épuration membranaire ......................................................................................... 24 a. Avantages .................................................................................................. 24 b. Limites ...................................................................................................... 25 3. PSA (Pressure-Swing Adsorption) ......................................................................... 25 a. Avantages .................................................................................................. 25 b. Limites ...................................................................................................... 26 CONCLUSION ................................................................................................................... 27 BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................. 28 5 Liste des figures FIGURE 1: SCHEMA DU PRINCIPE DE LA COGENERATION -----------------------------------------7 FIGURE 2: PRODUCTION DU BIOGAZ : METHANISATION -------------------------------------------8 FIGURE 3: SCHEMA PRESENTE LES PHASES DE LA DECOMPOSITION DES DECHETS-----9 FIGURE 4: EQUIPEMENT DE FERMENTATION DES DECHETS ------------------------------------ 10 FIGURE 5: PRODUCTION D’ENERGIE PAR LE BIOGAZ ---------------------------------------------- 11 FIGURE 6: DISTRIBUTION DU BIOGAZ AUX PLUSIEURS UTILISATIONS ENERGETIQUE12 FIGURE 7: METHODE DE PURIFICATION DE BIOGAZ (LAVAGE A L’EAU) ------------------- 23 FIGURE 8: SCHEMA DU PROCEDE MEMBRANAIRE DE PURIFICATION DU BIOGAZ ----- 24 FIGURE 9: SCHEMA D’EPURATION PSA DU BIOGAZ ------------------------------------------------ 25 Liste des tableaux TABLEAU 1: COMPOSITION MOYENNE DU BIOGAZ ............................................................. 16 TABLEAU 2: CONSEQUENCES DES COMPOSES MINEURS PRESENTS DANS LES BIOGAZ SUR LES EQUIPEMENTS, LES SANITAIRES ET L’ENVIRONNEMENT ........................... 17 TABLEAU 3: PRETRAITEMENT EN FONCTION DES TECHNOLOGIES D’EPURATION DU BIOGAZ ................................................................................................................................... 26 6 Chapitre 1 : Présentation générale du Biogaz Introduction Depuis les années 80, l’état doit faire face à une forte progression des quantités de déchets générées par nos habitudes de vie et nos activités. Les déchets dits « organiques » produisent lors de leur décomposition d’énormes quantités de méthane et de gaz carbonique. Les gaz émis contribuent à l’augmentation de l’effet de serre. La politique nationale actuelle de gestion des déchets préconise notamment leur réduction, leur récupération et leur valorisation. La maîtrise de la méthanisation apparaît comme une solution intéressante car elle permet une valorisation énergétique des déchets organiques tout en répondant aux préconisations écologiques de réduction des quantités de méthane rejetées dans l’atmosphère. En effet, le méthane contenu dans le biogaz produit et capté permet d’éviter des émissions à l’atmosphère par exemple lors du stockage du lisier ou des déchets ménagers. De plus la valorisation énergétique du biogaz produit se substitue à l’usage d’énergies fossiles. La méthanisation et donc la production de biogaz se fait à partir de différentes sources de matières organiques (matières organiques résiduelles issues des secteurs agricoles, déchets ménagers, industriels, boues et rejets urbains) définissant ainsi différentes filières. C’est quoi le biogaz ? Comment il produit ? Où est il produit ? Quelle sont ces caractéristiques ? I. Définition du champ d’application 1. Qu’est ce que le « BIOGAZ » ? Le biogaz est le produit de la dégradation de la matière organique, d’origine animale ou végétale, par des microorganismes dans des conditions dites « anaérobie » c’est-à- dire en l’absence d’oxygène. Le phénomène est très largement observable dans la nature. Le savant italien Alessandro Volta (1745-1823) a été le premier à décrire et à analyser la composition du « gaz des marais ». En 1776 il en isole le composant majeur : le méthane. Les archaebactéries méthanogènes, qui sont présentes dans la nature, sont les organismes vivants producteurs du méthane. Ces mêmes bactéries ont produit le méthane conservé dans les terrains sédimentaires qui est extrait sous forme de « gaz naturel ». Ce procédé de production fermentaire est appelé méthanisation. 7 La méthanisation se produit spontanément dans les marais (gaz des marais), les rizières, les grands réservoirs ou barrages hydroélectriques tropicaux, les décharges contenant des déchets ou matières organiques (animales, végétales, fongiques ou bactériennes). On peut la provoquer artificiellement dans des digesteurs (en particulier pour traiter des boues d'épuration et des déchets Figure 1: Schéma du principe de la cogénération 2. Production du biogaz Le biogaz est une énergie renouvelable obtenue grâce à la fermentation de matières organiques placées dans un environnement sans oxygène. Ce processus naturel de fermentation s’appelle la méthanisation. La production de méthane peut se faire naturellement dans certains milieux naturels, tels que les marais ou les rizières, mais aussi dans les décharges. Aujourd’hui, le biogaz fait partie de la catégorie des énergies renouvelables, au même titre que l’énergie solaire, éolienne ou encore hydraulique. Mais pour obtenir du biogaz en grande quantité, l’Homme doit intervenir en provoquant artificiellement la fermentation des déchets organiques provenant de déjections animales, d’effluents d’élevage (fumier, lisier, etc.), de graisses, ou encore de boues d’épuration ou d’effluents de l’industrie agroalimentaire. Ces déchets sont ensuite placés dans un environnement dépourvu d’oxygène. Dans tous les endroits où sont stockés et accumulés des déchets fermentescibles totalement ou partiellement privés d’aération continue. Il s’agit des centres de stockage des déchets, des stations d’épuration des eaux (production de boues) et des digesteurs à fermentation de déchets organiques. Ces équipements, appelés aussi méthaniseurs, valorisent les déchets ménagers organiques triés, les effluents agricoles (déjections animales) ou ceux 8 des industries agroalimentaires et papetières. Les méthaniseurs sont installés la plupart du temps sur les sites mêmes de production de ces effluents ou boues. Figure 2 : Production du biogaz : méthanisation La décomposition de la matière organique (biomasse) se déroule en deux étapes essentielles. La première étape est aérobie et la seconde anaérobie. La décomposition aérobie se produit dès l’enfouissement des déchets, en présence d’oxygène, suivie de la décomposition anaérobie en absence d’oxygène, pendant une période de temps plus longue. Cette dernière peut être subdivisée en quatre phases. La dégradation aérobie de la matière organique : Cette étape, durant quelques semaines ou mois, implique la décomposition aérobie avec la consommation de l’oxygène présent dans des déchets au moment du dépôt. La matière organique polymérique est d’abord décomposée par des microorganismes en oligomères et monomères qui sont ensuite dégradés avec production de CO2, d’H2O et d’énergie. L’énergie libérée pendant cette étape est utilisée pour l’accroissement exponentiel du nombre de microorganismes. 9 La dégradation anaérobie de la matière organique : Cette étape est le métabolisme prédominant dans les décharges parce que la pénétration d’oxygène dans uploads/Industriel/ purification-du-biogaz.pdf
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Gratuit pour un usage personnel Attribution requise- Détails
- Publié le Jui 30, 2021
- Catégorie Industry / Industr...
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