3 CHAPITRE : DESCRISTION TECHNIQUE ET DIAGNOSTIC DU GAZOGENE OVN-
4.6 Evaluation de l’investissement initial :
L’évaluation financière du projet revient à calculer le coût de réalisation du dispositif et d’estimer les gains (bénéfices).
Acier doux :
L’acier doux à utiliser présente les dimensions suivantes : Longueur : 80 cm ; Largeur (égale au périmètre du cercle de basse) 𝑙 = 2 × 𝜋 × 𝑅2 = 208,60 cm ; Soit donc une surface totale de 1,67 m2. Son épaisseur e=12 mm revient à coller trois feuilles de 4 mm.
Fibres céramiques :
Le volume des fibres céramiques peut être exprimé :
𝑉𝑐𝑒𝑟𝑎𝑚𝑖𝑞𝑢𝑒 = 𝜋(𝑅′2− 𝑅12) × 𝐿 + (𝑅′− 𝑅1) × 𝜋 × (𝑅12− 𝑅2) (4.30)
𝑉𝑐𝑒𝑟𝑎𝑚𝑖𝑞𝑢𝑒 = 𝜋 × (0,322− 0,202) × 0,8 + (0,32 − 0,20) × 𝜋 × (0,22− 0,052)
𝑉𝑐𝑒𝑟𝑎𝑚𝑖𝑞𝑢𝑒 = 0,170965472 𝑚3
𝑉𝑐𝑒𝑟𝑎𝑚𝑖𝑞𝑢𝑒 = 170,9654 𝑑𝑚3
Tableau 4.9: Estimation du cout de d’équipement à installer Matériau Quantité (m3 ou dm3) Prix unitaire
Investissement hors main d’œuvre Ci 1.156.235
Main d’œuvre 15% Ci 173.440
Les imprévus 5% Ci 57.815
Total 1.387.490
Soit un investissement I = 1.387.490 F CFA
4.7
Evaluation desbénéfices
financiersL’installation du dispositif de craque nous permettra de réduire le coût du kWh de 106 F à 85 F soit un gain g égal 21 FCFA. En supposant que les 8h de fonctionnement par jour sont respectées, on a :
Nombre de kWh produit par jour : 𝑁 = 32 × 80% × 8 𝑁 = 204,8 kWh
Le bénéfice journalier est : 𝐵𝑗 = 𝑁 × 𝑔 (4.31) - g : gain en FCFA par kWh produit
- N : nombre de kWh produit par jour 𝐵𝑗 = 204,8 × 21
𝐵𝑗 = 4300,8 𝐹 𝐶𝐹𝐴/𝑗𝑟
Le bénéfice annuel est donc
𝐵 = 𝐵𝑗 × (365 − 52) (4.32) 𝐵 = 4300,8 × (365 − 52)
𝐵 = 1346150,4
𝑩 = 𝟏. 𝟑𝟒𝟔. 𝟏𝟓𝟓 𝑭 𝑪𝑭𝑨/𝒂𝒏
Non seulement notre projet apporte un gain financier au centre Songhaï, il lui permettra de faire des économies des coûts de réparation du co-générateur et de prolonger le temps de
4.8 Le temps de retour sur investissement
Le temps de retour sur investissement TRI est le temps au bout duquel la somme investie sera récupérée. Il est égal au rapport de l’investissement par le bénéfice réalisé.
𝑇𝑅𝐼 =𝑖𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑖𝑠𝑠𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 𝑏é𝑛é𝑓𝑖𝑐𝑒 = 𝐼
𝐵 (4.33)
𝑇𝑅𝐼 = 1387490 1346155
𝑇𝑅𝐼 = 1,03070 𝑎𝑛 = 𝟏 𝐚𝐧 𝐞𝐭 𝟏𝟏 𝐣𝐨𝐮𝐫𝐬
En une année, Songhaï serait en possession de son investissement. En plus, ce coût relativement bas par rapport à la performance du dispositif, devrait motiver ce centre à mettre en application les mesures proposées.
Conclusion
Outre le bénéfice financier que cela apporterait au centre, la réalisation de ce four de craquage des goudrons permettra une gestion plus rationnelle de la biomasse et protégera les équipements en aval du réacteur contre les problèmes de colmatage et de corrosion des goudrons dans les canalisations et soupapes du moteur, réduisant ainsi le coût de leur maintenance. Elle permet aussi de limiter l’exposition des travailleurs à ces particules goudrons.
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVE
La gazéification de la biomasse est l'une des sources d'énergie convaincantes, techniquement et écologiquement, pour une économie à bilan carbone neutre, tant qu'elle ne conduit pas à surexploiter les ressources, notamment la forêt. Cette filière devra être encouragée surtout dans les pays en développement.
La présente étude qui s’intéresse à l’épuration du gaz de synthèse produit par le gazogène OVN-Bio implanté au centre songhaï de Porto-Novo vise à améliorer le rendement énergétique de la plateforme et à protéger les équipements contre l’usure prématurée.
Ce travail conduisant à la mise en place d’un dispositif de craquage thermique permettra de réduire jusqu’à 93 % le taux de goudrons contenus dans le gaz de synthèse à des températures comprise entre 900 et 1000°C avec un temps de séjour égal à 3s. Ce qui élève le rendement énergétique de la plateforme de 17 à 39 % et d’abaisser le coût du kWh de 106 à 85 F CFA. La réalisation et l’installation d’un tel dispositif au centre Songhaï, nécessiterait un investissement initial de 𝟏. 𝟑𝟖𝟕. 𝟒𝟗𝟎 𝐅 𝐂𝐅𝐀 et apportera comme bénéfice annuel 𝟏. 𝟑𝟒𝟔. 𝟏𝟓𝟓 𝑭 𝑪𝑭𝑨/𝒂𝒏. Le temps de retour sur investissement est de 𝟏 𝐚𝐧 𝐞𝐭 𝟏𝟏 𝐣𝐨𝐮𝐫𝐬 .
Comme perspective, nous souhaitons la validation expérimentale de ce travail plus ou moins innovant pour authentifier les résultats obtenus afin de le publier.
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
[1]- Songhaï, Présentation du centre songhaï, 9p[2]- O. MEGRET, L. BEQUET, octobre 2011, Polluants et techniques d'abattage des gaz de synthèse issus de procèdes de traitement thermique des déchets par gazéification, CADET International. 28p
[3]- Nounagnon Prosper TONAVO, 2015, Etude technico-financière de l’intégration énergétique de la biomasse au système de production intégré du centre songhaï de Porto-Novo, mémoire de fin de formation pour obtention du diplôme d’ingénieur de conception. 175p
[4]-Melle Françoise NOZAHIC, Janvier 2008, Production de gaz de synthèse par interactions à haute température du gaz, des goudrons et du résidu carboné issus de la pyrolyse de biomasses, Thèse pour l’obtention du doctorat à l’Université de Toulouse 319p.
[5]-Laurent Van de steene, Etat de la gazéification de la biomasse : Technologies et verrous, consulté suivant le lien steene@cirad.fr le vendredi 7 Juillet à 14h28
[6]-Anonyme, gazéification.info 7p
[7]-Aristide DEJEAN, 2013, Etudes technico-économiques sur la plate-forme gazogène : de l’étude de la ressource à l’utilisation du gaz dans un moteur pour la production d’électricité, mémoire pour l’obtention du master d’ingénierie de l’eau et de l’environnement à l’Institut International d’Ingénierie.72p
[8]-Hélène HIBLOT, 2010, Etude cinétique du reformage thermique des produits issus de la gazéification de la biomasse, Pour l’obtention du titre de Docteur à l’Institut National Polytechnique De Lorraine en Génie des Procédés et des Produits. 317p
[9]-Luc Gerun, juin 2007, Etude numérique et expérimentale de la valorisation énergétique du bois par gazéification, Thèse de DOCTORAT à l’Ecole polytechnique de l’Université de Nantes. 239p
[10]-M. BASSIL Georgio, 2006, Gazéification de la biomasse : Elimination des goudrons par lavage, étude expérimentale et modélisation. Thèse de doctorat à l’Université de Lyon 205p
[11]-Songhaï, 2013, Manuel de fonctionnement, de maintenance et de sécurité. 30p
[12]-François-Xavier COLLARD, octobre 2012, Nouvelles stratégies catalytiques pour la gazéification de la biomasse Influence de métaux imprégnés sur les mécanismes de pyrolyse, Thèse pour obtenir le grade de Docteur en Sciences et technologies de l’eau, l’énergie et l’environnement (2iE). 306p
[13]-Sébastien BAUMLIN, octobre 2006, Craquage thermique des vapeurs de pyrolyse-gazéification de la biomasse en réacteur parfaitement auto-agité par jets gazeux, Thèse Pour l’obtention du titre de Docteur à l’Institut National Polytechnique De Lorraine 264p
[14]-ADEME Bois – Fibois – CTBA, JUILLET 2001, Mesure des caractéristiques des combustibles bois.
[15]-BOIS ENERGIE, http://fr.wikipédia.org/wiki/bois-energie consulté le 30 Aout 2017 [16]- Sarah AUDOUIN (CIRAD) et Laurent GAZULL (CIRAD), Disponibilité des ressources en biomasse et possibilités d’approvisionnement des centres de Songhaï, Bénin, [17]-ENR Songhaï, Tests de performance du gazogène, 5p
[18]-Projet UNIDO pour Songhaï, Solid bio-resudue gazeifier system, Institut Indien de la Science. 30p
[19]-Etienne Lebas COGEBIO, Mars 2013, Electricité et cogénération biomasse.
[20]-ADAMON David Farid Gildas, 2013, Modélisation de l’influence du craquage thermique des goudrons sur le rendement énergétique d la gazéification des déchets de bois, Mémoire de fin de formation pour l’obtention du Diplôme d’Etudes Approfondies (DEA), Université d’Abomey-Calavi.
[22]-Catalogue Acier : Disko-Metal
[23]- Chauvin Arnoux Group Pyro Contrôle, Capteurs de Température
[24]-https://www.google.bj/url?q=https://www.w3.org/TR/1998/REC-html40-19980424/html40.pdf&sa=U&ved=2ahUKEwj- consulté le 13 novembre 2017 à 20h20min
[25]- http://ambabenin.dk/?lang=fr consulté le 24 novembre 2017 à 13h29min
[26]-Fourrage-Mieux asbl, janvier 2008, Les amendements basiques ou chaulage des prairies 7p
[27]- Grâce CHIDIKOFAN, juillet 2015,Rapport de Mission Centre Songhaï-Bénin
5 ANNEXES
Annexe 1 : Maintenance du gazogène OVN-Bio
Procédure de maintenance de quelques équipements de la plateforme
Il est à noter que toutes les procédures définies ci-dessus doivent être suivi d’un test d’étanchéité des parties dévissées et du circuit de tuyauterie. Les périodes de maintenance et les méthodes sont définies comme ci-après :
a)
Maintenance du Cyclone, scrubber 1 et 2 et de l’extracteurIl a été défini qu’en cas de pression élevée au niveau du réacteur, du cooler 1 et 2 du scrubber, du cyclone et des filtres il faut procéder à l’extraction de cendre au niveau du réacteur. La méthode est de :
démonter les deux trémies du réacteur pour les nettoyer ;
ouvrir la partie de l’extracteur de cendre pour extraire le surplus accumulé.
Figure 5.1 : Maintenance du Cyclone, scrubber 1 et 2 et de l’extracteur
Trémies d’extraction de cendre
et de charbon Boutde l’extracteur de cendre
Operateur nettoyant les trémies
b) Vidange du réacteur
La maintenance consiste à vider le réacteur en extrayant tous les résidus du précédent démarrage : charbon, bois, coques de coco ou de noix de palme, et cendre. Cette maintenance est à faire une fois que la chute pression au niveau du réacteur dépasse et se maintient à 150 mm. Il sera procédé à la récupération du charbon, et du bois coques de coco ou de noix de palme pour une utilisation ultérieure. La méthode est la suivante :
attendre une journée après le précédent fonctionnement du gazogène afin que celui se refroidisse ;
ouvrir le bas du réacteur ;
s’équiper des équipements de sécurité : gants, cache nez, lunettes et blouse ;
extraire à l’aide d’une tige en fer le bois coques de coco ou de noix de palme et le charbon du réacteur sur des plaques en métal ;
après avoir éteint le reste de flamme dans le charbon, séparer et récupérer les résidus (cendres, bois et charbon de bois) ;
refermer le bas du réacteur et procéder au remplissage ;
peser entre 120 et 150 kg de charbon de bois et remplir le réacteur jusqu’à atteindre au moins un (1) mètre au-dessus des orifices d’air ;
ajouter du bois sec jusqu’à remplir complètement le réacteur en laissant 30 cm de marge.
Figure 5.2: Opérateur vidant le réacteur (à gauche) et récupérant les résidus après vidange
c) Nettoyage et remise en état du souffleur et des filtres
Afin de limiter l’encrassement des filtres et rendre le gaz plus propre, il faut procéder au nettoyage du souffleur accompagné du remplacement des filtres.
La méthode pour remplacer les filtres consiste à :
enlever la partie supérieure du filtre ;
ouvrir et enlever les sacs de filtration usagés et les lavés ;
procéder au remplacement par des filtres déjà nettoyés issus de la précédente maintenance ;
refermer hermétiquement la partie supérieure.
d) Maintenance des coolers
Les variations intempestives de pression observées au niveau des manomètres des coolers nous indiquent la possibilité d’un encrassement qu’il faut vérifier et nettoyer.
La procédure standard est de démonter les équipements en question et enlever le goudron accumulé sur les injecteurs d’eau des coolers et dans la tuyauterie à l’aide d’une brosse métallique et ensuite de procéder à un rinçage à l’eau avant de les replacer.
Figure 5.3: Opérateur nettoyant le souffleur (à gauche) et enlevant les filtres (à droite)
Figure 5.4 : Maintenance des coolers
e) Maintenance du chiller et de l’eau de refroidissement extérieure
La maintenance de ces équipements se fera chaque après 150 heures de fonctionnement.
Pour le chiller, l’état d’encrassement peut s’observer en fonctionnement au niveau du flotteur dont le niveau dépasse la marque inferieure autorisée.
Pour faire la maintenance du chiller il faut :
selon l’état d’encrassement ouvrir le tank, enlever le goudron en suspension avec une écumoire, ensuite nettoyer les parois et vider totalement l’eau sale ;
renouveler de l’eau de lavage à partir d’un appoint d’eau en respectant le niveau du flotteur ;
mettre en marche et vérifier s’il atteint la température de consigne.
Concernant l’eau de refroidissement extérieure après 60 heures de fonctionnement il faut Coolers démontés et nettoyés injecteur des coolers encrassés
de goudron
opérateur vidant le réacteur
chercher un tuyau assez long pour arriver au BRF et une motopompe accompagnée des élastiques pour assurer l’étanchéité ;
vider le bac et s’assurer de nettoyer le fond ;
remplir à nouveau le bac à partir d’un appoint d’eau.
Figure 5.5: Nettoyage du bac d’eau (gauche) et remplissage du bac d’eau de lavage (droite)
Annexe 2 : Mesure de sécurité pour l’usage des dolomites Contrôle de l’exposition et protection individuelle
La dolomite est d’une toxicité relativement faible.
Protection respiratoire : Une longue exposition à cette poudre peut nuire au système respiratoire. S’assurer que les limites d’exposition sont respectées. Utiliser de masque respiratoire. En cas d’inhalation de la poussière, consulter un médecin en cas de symptômes.
Protection des yeux : Elle peut causer, au contact avec les yeux, une irritation. Utiliser des lunettes de protection. Et rincer aussitôt les yeux à l’eau claire en cas d’incident.
Protection de la peau : la dolomite peut avoir un effet de séchage en contact avec la peau.
Utiliser des gant et vêtements adéquats. Laver au savon et à l’eau s’il arrivait.
Manipulation et stockage :
Utiliser des moyens appropriés pour minimiser l’envoi de poussière et stocker dans un abri sec.
Informations écologiques :
La dolomite est persistante et non biodégradable, mais elle n’a pas d’effets nocifs à long terme sur l’environnement. Elle est insoluble dans l’eau. Sa toxicité aquatique est négligeable ; aucune toxicité pour la terre, les plantes et pour les animaux. La dolomite n’est donc pas classée comme produit dangereux selon les lois européennes.
Annexe 3 : Démonstration des formules
La résolution de l’inéquation 6.3 pour la détermination des épaisseurs de l’acier et de celle de la fibre céramique se fera comme suit :
1ere itération : Prenons P% = 5% c’est-à-dire que seulement 5% du flux thermique sera perdu à travers les parois (∆Φ ≤ 62 W) ; et 𝑒1 = 10 × 𝑒2 c’est-à-dire si l’épaisseur de la couche d’acier doux fait 1 cm, celle des briques fera 10cm.
Avec
Cette inéquation résolue avec Microsoft Excel donne les épaisseurs suivantes : 𝑒2 = 27 𝑚𝑚 donc 𝑒1 = 27,0 𝑐𝑚
Ces épaisseurs sont un peu trop élevées par rapport au prix des matériaux et leur masse volumique (le poids).
2ème itération : Prenons à nouveau P% = 8% (∆Φ ≤ 99,2 W) et 𝑒1 = 10 × 𝑒2
Ces valeurs, peu acceptables, nous irons à 10% des pertes en vue de comparer les résultats.
3ème itération : Posons P% = 10% (∆Φ ≤ 124 W) et 𝑒1 = 10 × 𝑒2
Ces valeurs d’épaisseur peuvent être acceptées
4ème itération : Posons P% = 12% (∆Φ ≤ 148,8 W) et 𝑒1 = 10 × 𝑒2
Ces valeurs d’épaisseurs sont bien plus acceptables mais il faut vérifier si cette épaisseur de l’acier est normalisée.
Tableau 5.1: Les épaisseurs normalisées de l'acier [22]
Le choix de l’épaisseur de l’acier à partir d’un catalogue de normalisation :
Dans le tableau des épaisseurs normalisées pour l’acier, il n’y a pas 11 mm alors l’épaisseur immédiatement supérieure 12 mm est choisie. Ce qui nous permet de considérer les pertes thermiques égales à 12% du flux thermique soit ∆Φ ≤ 148,8 W. Par conséquent, l’épaisseur de la fibre céramique est égale à 12 cm car celle de l’acier doux est 12 mm.
Annexe 4 : La résistance thermique opposée par les parois cylindriques
Calcul de la résistance thermique conductive opposée par les paroisFigure 5.6 : Transfert dans une conduite cylindrique Le flux thermique Φ traverse la couche isolante de l'intérieur vers l'extérieur.
On note L la longueur du tube et 𝜆 la conductivité thermique de l'isolant (W m-1 K-1).
Par raison de symétrie, le transfert de chaleur par conduction est radial.
Φ = −λS𝑑𝑇
𝑑𝑟 (5.5)
S : aire latérale du cylindre de rayon r : 𝑆 = 2𝜋𝑟𝐿.
Par suite Φ = −2λ𝜋𝑟𝐿𝑑𝑇
𝑑𝑟 (5.6) Le flux thermique est constant dans tout le cylindre de rayon r compris entre r1 et r2
𝑑𝑇 = − Φ
Annexe 5 : Les catalogues
Tableau 5.2 : Catalogue pour le choix du thermocouple [23]
Tableau 5.3: Thermocouple-prix
6 TABLE DES MATIERES
REMERCIEMENTS ...3
LISTE DES FIGURES ...7
LISTE DES TABLEAUX ...8
LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS : ...9
NOMENCLATURE ...10
RESUME ...11
ABSTRACT ...12
INTRODUCTION GENERALE ...13
CAHIER DE CHARGE ...15
PREMIERE PARTIE : GENERALITE SUR LA BIOMASSE ET sur les goudrons ...16
1 CHAPITRE 1 : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LA VALORISATION DE LA BIOMASSE ....17
1.1 Généralités sur la biomasse ...17
1.2 Historique de la gazéification ...19
1.3 Principe de la gazéification ...19
1.4 Les grands types de procédés/technologies de gazogènes ...21
1.5 Les caractéristiques du syngas ...26
1.6 Les moyens de valorisation du syngas de la gazéification ...28
1.6.1 La production directe de la chaleur ...28
1.6.2 La production d’électricité ...29
1.6.3 La production du biocarburant à partir du syngas ...29
1.7 Comparaison à l’incinération ...30
2 CHAPITRE 2: GENERALITE SUR LES GOUDRONS ...32
2.1 Définitions des Goudrons ...32
2.2 Quelques composants de goudron et leurs caractéristiques ...33
2.3 Formation des goudrons ...36
2.4 Classifications ...37
2.4.1 Classification en 4 classes : ...38
2.4.2 Classification en 5 groupes ...39
2.4.3 Classification en 6 groupes ...39
2.5 Problèmes liés aux goudrons : condensation ...40
2.6 Elimination des goudrons ...41
2.6.1 Elimination Physique des goudrons ...41
L’élimination chimique des goudrons ...42
DEUXIEME PARTIE : ETUDE TECHNIQUE DU GAZOGENE ET DU SYSTEME DE PURIFICATION
Du GAZ ...48
3 CHAPITRE 3 : DESCRISTION TECHNIQUE ET DIAGNOSTIC DU GAZOGENE OVN-BIO MODELE INDIEN ...49
3.1 Présentation du gazogène et Biomasse adaptée ...49
3.1.1 Le réacteur : ...51
3.1.2 Le système d’épuration physique ...53
3.1.3 Le groupe électrogène à gaz : ...54
3.1.4 Biomasse adaptée au gazogène et étude de disponibilité ...57
3.2 La consommation électrique du gazogène ...59
3.3 Problèmes techniques du gazogène ...61
3.3.1 Tests de performance du gazogène ...61
3.3.2 Analyse et interprétation ...63
3.3.3 Le rendement énergétique du gazogène ...66
4 CHAPITRE 4 : ETUDE TECHNIQUE DU SYSTEME DE CRAQUAGE DES GOUDRONS ET ANALYSE FINANCIERE ...68
4.1 Les Critères de choix de la technique de purification ...68
4.2 Le craquage thermique pur ...68
4.2.1 Calcul de l’apport thermique nécessaire ...69
4.2.2 Dimensionnement du four ...73
4.2.3 Calcul des résistances chauffantes : ...82
4.2.4 Récapitulatif sur les caractéristiques du four ...84
4.3 Elimination catalytique à base de la dolomite : ...87
4.3.1 Approvisionnement en dolomite : ...87
4.3.2 L’emploi de la dolomite ...88
4.3.3 Résultats attendus : ...88
4.4 Comparaison et Interprétation ...89
4.5 Analyse Economique et Environnementale ...89
4.6 Evaluation de l’investissement initial : ...90
4.7 Evaluation des bénéfices financiers ...91
4.8 Le temps de retour sur investissement ...92
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVE ...93
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ...94
5 ANNEXES ...97
Annexe 1 : Maintenance du gazogène OVN-Bio ...98
Annexe 2 : Mesure de sécurité pour l’usage des dolomites ...103
Annexe 3 : Démonstration des formules ...104 Annexe 4 : La résistance thermique opposée par les parois cylindriques ...108 Annexe 5 : Les catalogues ...109