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Vaisala webinaire: allumez votre moteur biologique

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Découvrez de nouvelles méthodes pour optimiser le processus entre la digestion anaérobie et le moteur de cogénération. Le sales managerdu Vaisala Lilian Robert explique de manière détaillée les points de mesure essentiels relatifs à l'humidité, au méthane, au dioxyde de carbone et montre comment augmenter la rentabilité de la production de biogaz tout en maintenant les frais d'exploitation à un minimum.

Publicada em: Engenharia
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Vaisala webinaire: allumez votre moteur biologique

  1. 1. Intervenant : Lilian Robert, responsable des ventes Bienvenue dans le webinaire de Vaisala Allumez votre moteur biologique : améliorer la rentabilité des processus de production de biogaz
  2. 2. L'entreprise Vaisala a été fondée en 1936 par le Dr Vilho Väisälä (1889 - 1969) :  Inventeur et scientifique  Pionnier dans la météorologie moderne Aux origines de Vaisala
  3. 3. Restricted Étapes technologiques clés Des sondages en altitude Révolution des technologies de détection Mesures industrielles de l’humidité relative et du point de rosée Solutions applicatives Technologies de l'information Mesures de détection à distance du NDIR - dioxyde de carbone 1970 –19901930 –1960
  4. 4. Restricted Emploie 1850professionnels dans le monde entier Possède plus de 30bureaux 37 % des employés de Vaisala travaillent en dehors de la Finlande 17pays dans A des clients dans plus de 150pays chaque année S'engage à utiliser d'électricité renouvelable d'ici à 100 %
  5. 5. Restricted Réseau Vaisala (Mesures industrielles) (Météorologie et environnement)
  6. 6. Restricted Présentations  Lilian Robert cumule plus de 20 années d’expérience dans la mesure et l’analyse des gaz et liquides au service des processus industriels.  Titulaire d’un dîplome universitaire dans les sciences liées à l’énergie et à la chimie; et d’une maîtrise de commerce. M. Lilian Robert, expert en mesure du biogaz et sales manager chez Vaisala
  7. 7. Restricted Ordre du jour Des déchets à la valeur – une perspective mondiale Défis typiques en matière de mesure et importance de la mesure de l’humidité Points de mesure clés pour l'humidité, le méthane et le dioxyde de carbone Exemples d'installation
  8. 8. Des déchets à la valeur – une perspective mondiale
  9. 9. Restricted Des déchets à la production de valeur  Avec l'accroissement de la population, les déchets représentent un défi majeur  La digestion anaérobie (ou méthanisation ou biométhanisation) est l'un des meilleurs moyens pour gérer les biodéchets ; elle contribue à améliorer le cycle des nutriments et à garantir un sol sain  Le fait de dégrader la matière organique en méthane pour les autres processus atténue l'impact des déchets sur le climat et apporte de la valeur en tant que source d'énergie
  10. 10. Restricted Défis typiques en matière de mesure et importance de la mesure de l’humidité
  11. 11. Restricted Pour les précurseurs à la recherche d'un avenir durable  Les déchets organiques sont convertis en biogaz par la digestion anaérobie (DA) (aussi appelée méthanisation)  Le biogaz sert de combustible dans un moteur de cogénération pour fournir électricité et chaleur  Le biogaz peut également être purifié pour obtenir du biométhane utilisable comme gaz naturel pour les véhicules ou injectable sur le réseau de distribution de gaz naturel  Les mesures de gaz sont réalisées lors de la digestion anaérobie et en amont du moteur de cogénération ou de l'unité de purification pour obtenir du biométhane  Les mesures directes réalisées avec l'instrument multigaz de Vaisala offrent un contrôle des processus à la fois fiable et précis
  12. 12. Restricted Aide à l'amélioration de la rentabilité de votre usine Multiplier les revenus avec la mesure du méthane  Optimiser la génération d’électricité et de chaleur  Tirer plus de méthane des déchets  Garantir un contrôle opportun avec une mesure fiable sur site Réduire les frais d'exploitation avec la mesure de l'humidité  Protéger le moteur de l'usure et des arrêts  Espacer le remplacement des filtres à charbon actif
  13. 13. Restricted Aide à l'amélioration de la rentabilité de votre usine Multiplier les revenus avec la mesure du méthane  Mesurer le méthane et le dioxyde de carbone au niveau du digesteur anaérobie permet d'en savoir plus sur les bactéries présentes dans le méthaniseur ou réacteur à biogaz  La sortie du moteur peut être améliorée en réglant les paramètres de celui-ci sur la concentration en méthane mesurée
  14. 14. Restricted Aide à l'amélioration de la rentabilité de votre usine Espacer le remplacement des filtres à charbon actif  La filtration sur charbon actif est une technique communément utilisée pour nettoyer le biogaz en amont du moteur de cogénération ou de l'unité de purification pour obtenir du biométhane  Les pellets de charbon actif ont une plage d'humidité optimale dans laquelle ils filtrent au mieux  Les recharges coûtent cher Mesurer l'humidité au niveau des filtres à charbon permet d'économiser de l'argent.
  15. 15. Restricted Aide à l'amélioration de la rentabilité de votre usine Éviter toute condensation non sollicitée au niveau des régulateurs de pression  En général, on diminue la pression gazeuse en amont du moteur  En réduisant la pression, on descend la température du gaz  Une condensation peut se former au niveau du régulateur  Si le biogaz est transféré via une conduite vers une centrale locale hors site, la condensation en transit représente un risque
  16. 16. Restricted Aide à l'amélioration de la rentabilité de votre usine Protéger le moteur de l'usure et des arrêts  Un biogaz trop humide dans un moteur de cogénération augmente l'humidité dans l'huile du moteur  Les changements d'huile se font en fonction de l'humidité, de l'accumulation de sulfure (sulfure d'hydrogène) et de silicium (siloxanes) dans l'huile  Connaître le taux d'humidité du biogaz alimentant le moteur permet d'identifier les problèmes et de les corriger le plus tôt possible
  17. 17. Restricted Pourquoi les instruments de biogaz actuels sont-ils insuffisants ?  Les instruments de biogaz typiques sont extractifs : ils ont besoin de pompes et de tuyaux pour acheminer le gaz vers le panneau de l'instrument  Les instruments de biogaz typiques sont basés sur la mesure infrarouge à longueur d'onde fixe et les cellules électrochimiques, deux technologies qui exigent de fréquents réétalonnages sur le terrain  Les instruments de biogaz typiques ne mesurent pas l'humidité, elle est perdue dans l'extraction d'échantillons et ne peut pas être mesurée sans instruments sur site  L'instrument de biogaz idéal est un appareil sur site directement intégré dans le processus, sans pièces ni consommables et avec des intervalles de vérification de l'étalonnage longs…
  18. 18. Introduction et aperçu Sonde multigaz Vaisala MGP261
  19. 19. Restricted La différence clé Le premier instrument de mesure du biogaz 3-en-1 sur site au monde, la sonde MGP261 Stabilité et précision révolutionnaires  Appareil de mesure du méthane et du dioxyde de carbone et premier appareil au monde de mesure optique de l'humidité pour le biogaz  Auto-étalonnage CARBOCAP®  Tête de capteur chauffée pour éviter la condensation Faible coût d'exploitation  En temps réel et sur site  Pas de ligne d'échantillonnage, pas de pompe et aucune élimination d'humidité exigées  Pas de gaz d'étalonnage exigé pour une utilisation de routine Compact et robuste  Certifié IECEx/ATEX  Matériau résistant à la corrosion  Protection IP66
  20. 20. Restricted Technologie de 2ème génération CARBOCAP®  Ampoule filament miniature remplacée par un Microglow, un composant micromécanique fabriqué par Vaisala  En comparaison avec une ampoule filament utilisée par la plupart de nos concurrents, la source Microglow offre :  Une durée de vie plus longue : >15 ans  Une consommation électrique faible  Une sortie lumineuse stable  Une réponse rapide au démarrage  Elle permet de fabriquer des produits certifiés Ex hermétiquement scellés et protégés par un composé d'enrobage Microglow breveté par Vaisala, un émetteur MEMS à rayonnement infrarouge. Émetteur CadreMembrane pour isolation thermique
  21. 21. Restricted Mesures multigaz avec CARBOCAP®  Le filtre à infrarouge accordable à base de silicium de Vaisala permet de mesurer plusieurs gaz à l'aide d'un seul élément de filtre accordable (interféromètre Fabry-Perot)  Dans la sonde de biogaz MGP261, l'humidité et le dioxyde de carbone sont mesurés avec le même filtre optique  Lors de chaque mesure, le filtre est accordé à plusieurs longueurs d'onde dont  la longueur d'onde d'absorption H2O  la longueur d'onde d'absorption CO2  la longueur d'onde de référence commune  Le deuxième canal optique mesure le méthane CO2H2O CH4 Longueur d'onde (µm)
  22. 22. Restricted Structure de la sonde A B C D E F G A. Couvercle du boîtier de connexions B. Entrée intrinsèquement sécurisée de 4 à 20 mA (p ou T) C. Sorties analogiques, connecteur RS-485, entrée d’alimentation de 18 à 30 CC D. Filetage NPT mâle de 1,5" E. Électronique encapsulée dans la sonde F. Cellule d'échantillonnage G. Filtre de la sonde
  23. 23. Restricted Connectivité
  24. 24. Restricted Maintenance facile Remplacement du filtre  Changez le filtre s'il montre des signes visibles de contamination ou de saleté Étalonnage et réglage en utilisant le gaz d'étalonnage comme référence avec cellule de circulation, le logiciel Insight et le câble USB Nettoyage de la sonde Nettoyez la sonde en l'essuyant avec un chiffon humide. Tolérance aux produits chimiques  H2O2 (2 000 ppm), agents nettoyants à base d'alcool comme l'éthanol et l'isopropanol (70 % d'alcool isopropylique, 30 % d'eau), l'acétone, l'acide acétique, désinfectant Virkon™ S (agent actif : l'oxone)
  25. 25. % du volume / point de rosée, base humide / base sèche Mesure optique de l'humidité
  26. 26. Restricted Unités de mesure pour la mesure optique de l'humidité  La mesure optique de l'humidité donne la concentration en volume (parties par million ou % vol) directement  Autres unités de mesure communément utilisées : température du point de rosée et humidité relative  La concentration volumique et la température du point de rosée sont liées par un simple facteur de conversion et l'instrument MGP261 est configurable pour les deux paramètres de sortie  La conversion de la concentration volumique en humidité relative dépend très fortement de la température du gaz mesurée par le capteur de température de référence externe, elle doit donc être calculée en dehors de l'instrument MGP261
  27. 27. Restricted Au-dessus de la limite de détection mais en dessous de la spécification de précision H2O 0,3 … 0,5 % vol Plage de mesure typique pour la surveillance des filtres à charbon actif HR = 30…70 On s'attend à ce que l'instrument MGP261 fonctionne bien dans les gaz humides, Td > 0 °C et température du process <65 °C Température °C % vol H20 / % d'HR et °C Performances normales H2O 0,5 … 25 % vol Précision ±0,5 % vol Au-dessous de la limite de détection conservative estimée H2O <0,3 % vol Plage de mesure typique pour l'entrée du moteur de cogénération après l'échangeur thermique Plage de mesure typique du gaz brut sans échangeur thermique Humiditérelative(%d'HR)
  28. 28. Restricted À quoi correspondent la base sèche et la base humide en % du volume ?  Pour les instruments qui mesurent les gaz directement sans extraire l'humidité, la concentration peut être exprimée en gaz humide ou en gaz sec  La différence devient considérable lorsque l'humidité du gaz est supérieure à l'air ambiant (>2 % vol)  La concentration en gaz sec est toujours supérieure à la concentration en gaz humide  Les analyseurs de gaz extractifs traditionnels extraient généralement l'humidité avant la mesure pour fonctionner sur une base sèche  L'instrument MGP261 mesure sur une base humide mais peut être configuré pour sortir les CH4 et CO2 dans l'un ou l'autre des formats HUMIDE SEC H2O 20 % - - - CH4 52 % 65 % CO2 28 % 35 % 𝑐𝑐sec = 𝑐𝑐ℎ𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 𝑢𝑢𝑢𝑢 100 % − H2O
  29. 29. Restricted Avertissement : utiliser une base sèche pour H2O n'est pas conseillé  Exprimer la vapeur d'eau sur une base sèche donne des résultats inattendus avec des concentrations élevées : un verre d'eau à moitié plein est une base sèche H2O à 100 % tandis qu'un verre d'eau aux 3/4 plein est une base sèche H2O à 300 % !?  Exprimer la vapeur d'eau sur une base humide (par défaut sur le MGP261) est plus logique : un verre d'eau à moitié plein est H2O à 50 % tandis qu’un verre aux 3/4 plein est H2O à 75 %. Est-il plein à 50 % ou à 100 % ?
  30. 30. Restricted À quel moment dois-je privilégier une base humide ou une base sèche ?  Si la mesure de la vapeur d'eau est demandée, il semble logique de rapporter tous les gaz sur base humide  H2O + CH4(humide) + CO2(humide) ≈ 100 % vol car la concentration des autres gaz du biogaz est proche de 0  Si vous ne vous intéressez qu'aux CH4 et CO2 ou si vous souhaitez comparer les relevés du MGP261 à ceux des autres instruments sur base sèche, la base sèche est plus indiquée  CH4(sec) + CO2(sec) ≈ 100 % vol  Exprimer la concentration en eau sous la forme d'une température du point de rosée fonctionne aussi bien avec des mesures du CH4 et du CO2 sur bases sèche ou humide
  31. 31. Revue rapide Zones explosives et biogaz
  32. 32. Restricted Dangers d'explosion dans le biogaz  Le biogaz est principalement composé d'un mélange de méthane/dioxyde de carbone et de quantités variables de vapeur d'eau  Une fois sec, le biogaz contient ~70 % de CH4 et 30 % de CO2  La plage des concentrations explosives est plutôt ramassée dans le schéma en triangle  Des mélanges explosifs se créent lorsque du biogaz s'échappe dans l'air par les conduits, les soupapes et les connexions des équipements d'une usine Biogaz Méthane Temp. d'allumage 700 °C 595 °C Limite explosive inférieure dans l'air 6 % vol 4,4 % vol Limite explosive supérieure dans l'air 22 % vol 16,5 % vol Valeur calorifique 6 kWh/m3 10 kWh/m3 CH4 en % vol Air/CO2/CH4 en % vol CO2 en % vol LES LEI Mélange méthane/CO2 70/30 Plage d'explosion
  33. 33. Restricted  Ces illustrations sont données à titre d'exemple et montrent des cas typiques. Reportez-vous toujours aux schémas de classification réels de chaque site.  Zone 0 : des conditions explosives existent sur de longues périodes ou fréquemment en fonctionnement normal  Zone 1 : l'atmosphère explosive existe de temps en temps, en fonctionnement normal  Zone 2 : l'atmosphère explosive n'existe pas en temps normal ou, si elle existe, elle est limitée à de courtes périodes Salle de contrôle, zone sûre Zone 1 : à l'intérieur des carters du compresseur et autour des ouvertures de ventilation, le reste de la salle du compresseur étant la Zone 2 ZONE 2 - AUTOUR DU RÉSERVOIR EN x MÈTRES DE RAYON ZONE 0 – À L'INTÉRIEUR DU RÉSERVOIR AU-DESSUS DE LA SURFACE LIQUIDE PAS DE ZONE – À L'INTÉRIEUR DU RÉSERVOIR AU-DESSOUS DE LA SURFACE LIQUIDE ZONE 1 - CUVE À FUITES ET DÉBORDEMENTS ZONE 1 - AUTOUR DU RENIFLARD Classification des zones Ex dans une usine de biogaz typique
  34. 34. Restricted Explication des marquages de protection contre les explosions  Le code Ex peut être assez complexe. L'instrument MGP261 de Vaisala est un exemple de produit certifié pour une limite entre deux zones :  II – au-dessus du sol (sans mine)  1/2 (1) - Pour une utilisation dans les Zones 0 et 1, avec un sous-assemblage pour la Zone 0  G - Protection contre les gaz (pas la poussière)  eb mb – Concepts de protection Sécurité améliorée et encapsulation de masse pour la Zone 1  [ia] - Contient l'assemblage intrinsèquement sûr pour la Zone 0  IIB – Groupe de gaz B (gaz les plus explosifs), toutefois pas > aux niveaux LEI du H2, acétylène)  T3 – Groupe de température 3, température de surface la plus élevée en cas de défaut <200 °C  Plage de température ambiante -40 ... +60 °C
  35. 35. Points de mesure clés
  36. 36. Restricted Points de mesure typiques sur une usine de méthanisation POINTS DE MESURE BIOGAZ DIGESTEUR RÉCEPTION BIODÉCHETS TRAITEMENT BIOGAZ FILTRATION PAR CHARBON ACTIF STOCKAGE GAZ MOTEUR DE COGÉNÉRATION
  37. 37. Restricted Mesure au niveau des digesteurs  Paramètres clés : méthane et dioxyde de carbone  Mesurer dans le digesteur ou immédiatement après celui-ci permet un contrôle automatisé du réacteur  Le taux de charge des déchets et le temps de rétention dans le digesteur sont des paramètres importants pour optimiser la production de méthane  L'humidité est généralement saturée à ce point POINTS DE MESURE BIOGAZ DIGESTEUR RÉCEPTION BIODÉCHETS TRAITEMENT BIOGAZ FILTRATION PAR CHARBON ACTIF STOCKAGE GAZ MOTEUR DE COGÉNÉRATION
  38. 38. Restricted Mesure au niveau de l'unité de traitement du gaz  Paramètre clé : humidité  Les mesures réalisées après l'échangeur thermique et avant la filtration ont deux objectifs : 1. Contrôler l'échangeur thermique utilisé pour sécher la gaz 2. Surveiller l'humidité du gaz passant à travers les filtres à charbon actif pour éviter les problèmes de condensation ou de gaz trop sec POINTS DE MESURE BIOGAZ DIGESTEUR RÉCEPTION BIODÉCHETS TRAITEMENT BIOGAZ FILTRATION PAR CHARBON ACTIF STOCKAGE GAZ MOTEUR DE COGÉNÉRATION
  39. 39. Restricted Mesure au niveau du moteur de combustion interne  Paramètres clés : méthane et humidité  La mesure du méthane offre un contrôle plus précis et plus efficace du moteur  La mesure de l'humidité permet de détecter les problèmes au niveau de la qualité du gaz avant qu'ils n'endommagent le moteur ou provoquent des arrêts POINTS DE MESURE BIOGAZ DIGESTEUR RÉCEPTION BIODÉCHETS TRAITEMENT BIOGAZ FILTRATION PAR CHARBON ACTIF STOCKAGE GAZ MOTEUR DE COGÉNÉRATION
  40. 40. Exemples d'installation
  41. 41. Restricted Usine de méthanisation, déchets de l'industrie agroalimentaire  L'usine de biogaz traite actuellement des flux latéraux de l'industrie agroalimentaire ainsi que des biodéchets collectés et conditionnés à part. Les matériaux conditionnés sont livrés pour l'utilisation de l'énergie et les parties biodégradables sont utilisées dans le biogaz.  Le biogaz extrait de l'usine est vendu pour alimenter la chaudière et le moteur de cogénération d'une société d'électricité locale pour la production d'énergie, de chaleur et de vapeur.  Un premier prototype de l'instrument MGP261 a été installé dans un adaptateur à circulation et a servi d'analyseur extractif dans un boîtier Ex d résistant aux explosions pendant une période test de 12 mois.  Les résultats ont été comparés à ceux d'un analyseur extractif existant.
  42. 42. Restricted Stabilité à long terme dans l'usine de méthanisation 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 Concentration,%vol Temps, jours Reference CH4 MGP261 CH4 MGP261 CO2 MGP261 H2O Temps, jours Concentration,%vol CH4 de référence
  43. 43. Restricted Usine de gaz de décharge  L'une des plus grandes usines de gaz de décharge en Europe a été sélectionnée pour le test sur site.  Le site contient deux décharges et plusieurs stations de pompage du gaz dont une est dorénavant équipée d'un MGP261 pour surveiller la qualité du gaz  Le gaz est filtré et passe à travers plusieurs moteurs de cogénération et produit une puissance électrique totale de 15 MW  De plus, la chaleur produite au niveau des moteurs de cogénération assure l'auto-suffisance énergétique du site.  Les émissions de dioxyde de carbone provenant du site de traitement des déchets sont réduites d'environ 3 000 tonnes par an par l'utilisation du gaz de décharge  Dans les données en ligne présentées dans la diapositive suivante, le temps de réponse rapide de la sonde de mesure sur site est souligné par les impulsions répétées sur le schéma. Elles se produisent lorsque les filtres à charbon actif basculent automatiquement entre 2 batteries de filtres.
  44. 44. Restricted Mesure sur site dans une usine de gaz de décharge 0 10 20 30 40 50 60 70 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Concentration,%vol Temps, jours MGP261 CH4 MGP261 CO2 MGP261 H2O REF CH4 REF CO2CO2 de RÉF. Temps, jours Concentration,%vol CH4 de RÉF.
  45. 45. Restricted Résumé  Des mesures précises et fiables du biogaz sont nécessaires pour optimiser les processus  La mesure sur site réduit les coûts d'exploitation et simplifie l'analyse des gaz en comparaison avec les analyseurs de gaz extractifs  Le nouvel instrument MGP261 de Vaisala permet de mesurer l'humidité, en plus du méthane et du dioxyde de carbone, et de contrôler les processus
  46. 46. Merci pour votre participation ! Pour plus d'informations, visitez www.vaisala.fr/biogas

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