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Dissertations / Theses on the topic 'Biogaz'
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Cebula, Jan. "Wybrane metody oczyszczania biogazu rolniczego i wysypiskowego." Praca habilitacyjna, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 2012. https://delibra.bg.polsl.pl/dlibra/docmetadata?showContent=true&id=20807.
Full text
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Wedraogo, Tarsida Nicolas. "Valorisation du biogaz par purification et par reformage." Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0190/document.
Full textAbstract:
Les travaux réalisés au cours de cette thèse et présentés dans ce document ont permis d'étudier plusieurs voies de valorisation pour le biogaz issu du procédé de digestion anaérobie. Deux procédés innovants ont été testés pour obtenir du bio-méthane. Le premier est l'absorption dans une émulsion, où certaines phases organiques permettent l'amélioration des conditions de transfert. L'octanol et le toluène se montrent efficaces pour l'absorption du dioxyde de carbone même si le coefficient de transfert de matière côté liquide ne présente pas de variation importante. Les expériences réalisées permettent de montrer que selon les conditions interfaciales du système, la phase dispersée peut se répandre sur les bulles de gaz et participer directement à l'absorption. Le second procédé testé est un dispositif micro-structuré d'absorption qui présente de très bonnes capacités de transfert. Le micro-mélangeur Caterpillar (IMM) s'avère être un absorbeur performant, montrant des coefficients volumiques de transfert de matière côté liquide allant jusqu'à 0,5 s-1. La seconde option est la production de gaz de synthèse par reformage direct du biogaz. Le procédé de reformage au CO2 du méthane permet de convertir deux gaz à effet de serre en produits intéressants pour l'industrie chimique. Un réacteur en forme de canal carré de 1 mm de côté a été développé pour tester la réaction. Les résultats ont montré qu'une conversion totale des réactifs pouvait être obtenue pour une température supérieure à 700°C et un débit volumique de réactifs inférieur ou égal à 45 mL/minThe present work is focused on biogas valorization. Two innovative processes were investigated in order to obtain bio-methane. The first one is CO2 absorption into an emulsion where some organic phases are responsible for an improvement of the mass transfer. Among the product tested, octanol and toluene proved to be efficient for carbon dioxide absorption even if the liquid side volumetric mass transfer coefficient did not show important variations. Experiments showed that according to the interfacial properties of the system, the dispersed phase can spread over the gas bubbles and be involved in the transfer directly. The second process considered is a micro-structured device displaying excellent mass transfer characteristics. Initially designed for the mixing of fluids, the IMM Caterpillar micro-mixer, proved to be an efficient absorption device with liquid side volumetric mass transfer coefficients up to 0.5 s-1The second option is the production of syngas by direct reforming of the biogas. The dry methane reforming was extensively studied during the past few years since it can convert two greenhouse gases into valuable products for the chemical industries. A 1 mm side square channel reactor was designed in order to investigate the reaction. Results showed that a total reactant conversion could be achieved with a minimum temperature of 700°C and a maximum volumetric flowrate of 45 mL/min. The influence of feed composition was also assessed: a stoichiometric ratio is ideal for the reaction
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Fontseré, Obis Marta. "Vers une nouvelle solution d'épuration de biogaz par des mâchefers d'incinération de déchets non dangereux : Développement et mise en œuvre d'un procédé d'adsorption d'H2S." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEI038/document.
Full textAbstract:
Le biogaz est une source d’énergie renouvelable, dont le potentiel est insuffisamment valorisé à l’heure actuelle. Avant toute valorisation énergétique, des traitements épuratoires coûteux (e.g. adsorption par des charbons actifs imprégnés, CAI) sont nécessaires, limitant la rentabilité économique. Un intérêt vers le développement de procédés de traitement « bon marché » est mis en évidence au travers d’études, la plupart à l’échelle du laboratoire, basées sur l’utilisation de déchets/sous-produits. Nous avons ainsi réalisé une étude de faisabilité d’un procédé d’élimination d’H2S, composé très corrosif et toxique, par des Mâchefers d’Incinération de Déchets Non Dangereux (MIDND). Une unité pilote a été installée sur la plateforme de valorisation de biogaz d’une installation de stockage de déchets non dangereux. Des essais à petite échelle (500 g) ont permis le screening de 6 différents MIDND et l’identification des paramètres influents sur le traitement d’H2S. Le transfert d’échelle (10 kg), ainsi que des conditions opératoires optimisées, ont permis d’obtenir une capacité d’adsorption des MIDND supérieure à 200 gH2S/kgMS, proche de celle de certains adsorbants commerciaux. Ce travail expérimental a été complété par un questionnement scientifique sur les mécanismes de rétention d’H2S. Un panel de techniques analytiques a permis de caractériser la matrice (avant et après traitement), de réaliser les bilans de soufre et d’identifier sa spéciation. Le mécanisme proposé repose majoritairement sur l’oxydation catalytique d’H2S en soufre élémentaire dans un contexte physico-chimique adéquat (humidité, pH, porosité, présence d’O2 et de métaux). L’intérêt économique de la mise en œuvre industrielle du procédé de désulfuration avec des MIDND a été démontré, avec une réduction conséquente des coûts de traitement par rapport à l’utilisation de CAI. Ce travail montre également l’intérêt environnemental d’un tel procédé qui entre parfaitement dans le cadre de l’économie circulaireBiogas is a renewable energy source, which potential is still under-evaluated. Before any energy production from biogas, costly purification treatments (e.g. adsorption by impregnated activated carbons, IAC) are necessary, limiting the economic profitability. An increasing interest in the development of "low-cost" treatments based on the use of waste/by-products is shown by several studies, most of all by tests at laboratory scale. Thus, a feasibility study of the use of Municipal Solid Waste Incineration (MSWI) Bottom ash (BA) for the removal of H2S, a very corrosive and toxic compound in biogas, has been carried out in this thesis. An experimental pilot was installed on an energy recovery plant from biogas produced in a landfill (non-hazardous waste). Small-scale trials (500 g) allowed the screening of 6 different BAs and the identification of key parameters of the desulfurization. The transfer to a bigger scale reactor (10 kg), as well as the optimized operating conditions, enabled to obtain an adsorption capacity higher than 200 gH2S/kgdy BA, similar to that of some commercial adsorbents. The on-site experimental study has been completed by a scientific investigation on the mechanisms involved on the H2S retention by BA. Several analytical techniques were used to characterize the material before and after the biogas treatment, to carry out the sulfur mass balances and to identify its chemical speciation. The proposed mechanism relies predominantly on the catalytic oxidation of H2S to elemental sulfur, in an adequate physicochemical context (moisture, pH, porosity, O2 and metal oxides). The economic benefit of an industrial implementation of the desulfurization treatment with MIDND has been demonstrated. The operational costs are reduced compared to a treatment with IAC. The environmental value of such a treatment is also shown and fits perfectly into a circular economy framework
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Luneau, Mathilde. "Reformage autotherme de biogaz modèle sur des catalyseurs au nickel." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSE1129/document.
Full textAbstract:
L'hydrogène pourrait jouer un rôle prépondérant dans le domaine de l'énergie dans les années à venir. De nos jours, la production d'hydrogène provient majoritairement de ressources fossiles. En vue de l'impact néfaste de l'utilisation de ressources fossiles sur l'environnement, produire de l'hydrogène à partir de ressources renouvelables présente un grand intérêt. Dans cette étude, le reformage autotherme du biogaz, une source renouvelable de méthane, a été étudié sur des catalyseurs au nickel à 700°C et à pression atmosphérique. Cette étude porte sur un biogaz modèle composé à 60% de méthane et 40% de dioxyde de carbone mis en présence d'oxygène et de vapeur d'eau dans les proportions : 42% H2O, 14% CH4, 9% CO2, 7% O2 dilués dans l'argon. Dans un premier temps, un criblage de catalyseurs au nickel a été réalisé grâce à un montage composé de 6 réacteurs parallèles. L'outil a permis de montrer qu'un catalyseur bimétallique NiRh supporté sur un spinelle de magnésium était actif et très stable, montrant une conversion totale du méthane après 200h de réaction. L'équivalent de ce catalyseur sans Rh s'est désactivé après seulement 2h de réaction. Notre étude a démontré que cette désactivation était causée par la formation du spinelle de nickel, NiAl2O4. Cette formation est une conséquence des hautes températures présentes dans la zone de combustion qui induisent un désordre dans la structure cristalline du support et permettent, en présence de NiO, la diffusion de ions Ni2+ dans les lacunes du support. Enfin, une étude cinétique a été menée sur des catalyseurs structurés. Un modèle cinétique a été développé, permettant également de décrire le profil de désactivation causée par la perte de sites actifsHydrogen is expected to play an increasingly important role in the energy sector in the years to come. Nowadays, hydrogen is mainly produced from fossil fuels. The extensive use of fossil fuels is unsustainable and therefore, hydrogen production from renewable sources is of great interests. Autothermal reforming of biogas, a renewable source of methane, was studied over nickel catalysts at 700°C and at atmospheric pressure. This study focused on model biogas composed of 60% methane and 40% carbon dioxide, reacting with oxygen and steam respecting the composition: 42% H2O, 14% CH4, 9% CO2, 7% O2 diluted in argon. First and foremost, a screening of different catalyst compositions was carried out with a six parallel-flow reactor set-up. This high-throughput technology showed that a NiRh bimetallic catalyst supported on magnesium spinel was active and very stable, still fully converting methane after 200 hours of reaction. On the other hand, its noble-metal free equivalent deactivated after only 2 hours. Our study showed that deactivation was caused by the formation of nickel spinel NiAl2O4. Its formation is a consequence of the exothermicity of the combustion reaction taking place at the catalyst inlet. The high temperatures induce a disorder in the crystal structure of the support and, in presence of NiO, Ni2+ ions can then diffuse into the vacancies of the support. The inactive NiAl2O4 phase is formed. Finally, a kinetic study was performed on structured catalysts. A kinetic model was developed, which also allowed the description of the deactivation profile caused by the loss of active sites
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Mancini, Gabriele. "Different approaches to enhance the biogas production from the anaerobic digestion of lignocellulosic materials." Thesis, Paris Est, 2017. http://www.theses.fr/2017PESC1250/document.
Full textAbstract:
La production de biogaz par digestion anaérobie (DA) est une technologie renouvelable de longue date et un bioprocessus en croissance continue. Les matériaux lignocellulosiques (ML) présentent plusieurs caractéristiques qui les rendent particulièrement attrayants parmi les substrats couramment employés dans les bioréacteurs anaérobies. En particulier, les ML sous la forme de résidus agricoles ont été reconnus comme la matière première la plus appropriée pour la production de biométhane en raison de leur haute disponibilité, de leur faible coût, de leur durabilité et de leur absence de concurrence directe avec la production alimentaire. Cependant, leur récurrence à la conversion biologique entrave leur application pour la production à grande échelle de biogaz et nécessite une étape de prétraitement pour améliorer la dégradabilité microbienne. En plus des défis posés par la structure lignocellulosique, la fourniture de oligo-éléments (OE) a souvent été jugée insuffisante dans les digesteurs de biogaz. La croissance microbienne dépend de la disponibilité et de la quantité optimale de plusieurs OE spécifiques, constituants essentiels des cofacteurs dans les systèmes enzymatiques impliqués dans la biochimie de la formation de méthane. Différents prétraitements chimiques, à savoir le N-méthylmorpholine-N-oxyde (NMMO), le procédé organosolv et un prétraitement alcalin à l'aide de NaOH ont été étudiés pendant plusieurs expériences en lots pour améliorer les rendements de production de biogaz différents peau, coquille de fève de cacao et paille de blé). Les changements dans la cristallinité de la cellulose, la valeur de rétention d'eau et la composition chimique ont été évalués pour mieux évaluer l'effet des différents prétraitements étudiés sur la structure lignocellulosique. En outre, l'addition de différentes doses de Fe, Co, Ni et Se sur la DA de paille de riz a été étudiée, évaluant l'influence de l'origine de l'inoculum, ainsi que la performance et l'effet synergique de la combinaison d'un prétraitement alcalin avec addition de trace éléments avant la DA de paille de riz. La biodisponibilité des OE lors des tests de potentiel de biométhane par lots a également été évaluée en appliquant une technique d'extraction séquentielle. Les trois prétraitements étudiés étaient des méthodes efficaces pour améliorer la production de biométhane à partir des LM utilisées. Le rendement en biométhane de la DA de paille de riz a augmenté de 82 et 41% respectivement après le NMMO et le prétraitement organosolv. Comparé à la même expérience, le prétraitement NMMO, organosolv et NaOH a permis d'améliorer la DA de la paille de blé, ce qui affecte différemment la composition chimique de la LM brute. Le rendement cumulatif de production de biométhane de 274 mL de CH4/g VS obtenu avec la paille de blé non traitée a été augmenté de 11% par le prétraitement du NMMO et de 15% par le prétraitement organosolv et alcalin. Les coquilles de noisettes et de fèves de cacao, qui n'avaient jamais été étudiées auparavant comme substrats AD, présentaient un bon potentiel de production de biogaz, avec des rendements cumulatifs de biométhane respectivement de 223-261 et 199-231 mL CH4/g VS pour les charges non traitées. Cependant, les prétraitements à la fois de NMMO et d'organosolv n'ont pas conduit à une amélioration significative des rendements de production de biométhane de ces deux LM. La supplémentation des OE n'a eu qu'un effet mineur par rapport aux méthodes de prétraitement. L'ajout de Fe, Co, Ni et Se n'a pas entraîné d'amélioration significative de la DA de paille de riz, alors que l'utilisation du prétraitement de NaOH au cours de la même expérimentation a provoqué une augmentation considérable de la DA, augmentant la production de biogaz de 21%. L'effet négligeable observé après la supplémentation des OE sur la paille de riz pourrait être lié à sa structure lignocellulosique complexe qui nécessite une amélioration de l'hydrolyse qui est l'étape limitanteBiogas production via anaerobic digestion (AD) is a long-standing renewable technology and a continuously growing bioprocess worldwide. Lignocellulosic materials (LMs) present several features that make them especially attractive among the organic substrates commonly employed in anaerobic bioreactors. In particular, LMs under the form of agricultural residues have been acknowledged as the most suitable feedstock for biomethane production due to their high availability, low cost, sustainability and no direct competition with food and feed production. However, their recalcitrance to biological conversion hinders their application for full-scale production of biogas and requires a pretreatment step to improve the LM microbial degradability. In addition to the challenges posed by the lignocellulosic structure, the supply of trace elements (TEs) has often been found insufficient within biogas digesters. The microbial growth depends on the availability and optimal amount of several specific TEs, which are essential constituents of cofactors in enzyme systems involved in the biochemistry of methane formation. Different chemical pretreatments, namely the solvent N-methylmorpholine-N-oxide (NMMO), the organosolv process, and an alkaline pretreatment using NaOH, were investigated during several batch experiments to enhance the biogas production yields from different LMs (i.e. rice straw, hazelnut skin, cocoa bean shell and wheat straw). Changes in the cellulose crystallinity, water retention value and chemical composition were assessed to better evaluate the effect of the different pretreatments studied on the lignocellulosic structure. Furthermore, the addition of different doses of Fe, Co, Ni and Se on the AD of rice straw was studied, evaluating the influence of the inoculum origin, as well as the performance and synergistic effect of combining an alkaline pretreatment with the addition of trace elements prior to the AD of rice straw. The bioavailability of TEs during batch biomethane potential tests was also evaluated applying a sequential extraction technique. The three pretreatments investigated were effective methods for enhancing the biomethane production from the employed LMs. The biomethane yield from the AD of rice straw increased by 82 and 41% after the NMMO and organosolv pretreatment, respectively. When compared within the same experiment, the NMMO, organosolv and NaOH pretreatment were able to improve the AD of wheat straw, differently affecting the chemical composition of the raw LM. The cumulative biomethane production yield of 274 mL CH4/g VS obtained with the untreated wheat straw was enhanced by 11% by the NMMO pretreatment and by 15% by both the organosolv and alkaline pretreatment. Hazelnut skin and cocoa bean shell, which were never investigated before as AD substrates, showed a good potential for biogas production, with cumulative biomethane yields of 223-261 and 199-231 mL CH4/g VS, respectively, for the untreated feedstocks. However, both NMMO and organosolv pretreatments did not lead to a significant enhancement of the biomethane production yields from these two LMs. The TE supplementation had only a minor effect compared to the pretreatment methods. The addition of Fe, Co, Ni and Se did not result in a significant improvement of the AD of rice straw, whereas the use of the NaOH pretreatment, during the same batch experiment, caused a considerable enhancement of the AD, increasing the biogas production yield by 21%. The negligible effect observed after TE supplementation on the AD of rice straw could be linked to its complex lignocellulosic structure, which requires an enhancement of the hydrolysis, which, rather than the methanogenesis, is the rate-limiting step
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Dupont, Nicolas. "Valorisation du biogaz de fermentation : combustion catalytique." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00816867.
Full textAbstract:
L'objectif de ce travail concerne l'étude de deux classes de catalyseurs, les oxydes mixtes (CuO/Al2O3, CuAl2O4, CuO-CuCr2O4, CuO-ZnO-Al2O3 dopés ou non par Ag et Mn) et les métaux nobles supportés (Pd/Al2O3 et Pt/Al2O3, Pd-Pt/Al2O3 dopés ou non par B) utilisés dans deux réactions différentes: la réaction d'oxydation à basse température de l'ammoniac en azote et la combustion catalytique à haute température du méthane pour la production d'énergie. Le biogaz, énergie renouvelable, est constitué majoritairement de méthane et de dioxyde de carbone. Il contient, entre autres, des traces d'ammoniac (NH3 < 1000 ppm) qu'il convient d'éliminer avant d'envisager son utilisation comme vecteur d'énergie. Nous avons synthétisé des systèmes catalytiques à base d'oxydes de cuivre par différentes méthodes. Ces catalyseurs existent sous différentes formes dont l'obtention dépend du mode de synthèse utilisé, de la teneur en cuivre et de la température de calcination. Ils présentent des propriétés physico-chimiques différentes ce qui affecte à la fois leur activité en oxydation de l'ammoniac et leur sélectivité en azote.Des catalyseurs mono et bimétalliques à base de palladium et de platine ont été déposés sur -Al2O3 puis stabilisés par un traitement à haute température en présence de vapeur d'eau. Ils ont été ensuite utilisés en combustion de CH4 (200-800°C).L'activité des catalyseurs utilisés en oxydation de NH3 ou en combustion de CH4 est affectée par l'empoisonnement par H2S. Toutefois l'importance de la désactivation de ces catalyseurs est fonction de la méthode de synthèse utilisée.
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Yuki, Junior Giberto. "Dynamic modeling of anaerobic digestion and its coupling with methanation reactors." Electronic Thesis or Diss., Pau, 2024. http://www.theses.fr/2024PAUU3041.
Full textAbstract:
Avec une part croissante de l'énergie produite à partir de sources renouvelables, de nouveaux défis émergent quant à la gestion de ce nouveau paradigme énergétique, où la production est fortement influencée par des conditions que les humains ne peuvent pas manipuler. Dans l'UE, les capacités éoliennes et solaires ont rapidement augmenté ces dernières années. La production d'énergie solaire atteint son pic pendant les journées ensoleillées et cesse la nuit, tandis que la production d'énergie éolienne fluctue avec la vitesse du vent. Cette variabilité de la production d'électricité devra être prise en compte dans le futur réseau énergétique, qui nécessitera de nouvelles solutions de stockage d'énergie et des stratégies de gestion du réseau.Dans ce scénario, le développement de plateformes multi-énergies sera nécessaire, car une source peut compenser ou stocker l'énergie produite par une autre. De plus, cela permettra d'explorer les synergies entre ces différents systèmes. L'intégration de la méthanation et de la digestion anaérobie, par exemple, représente une alternative pour convertir l'électricité renouvelable en gaz dans une approche power-to-gas. De plus, cela permet la valorisation énergétique du CO2 provenant du biogaz. Cependant, ces deux réacteurs sont opérationnellement différents en termes de temps caractéristique et de comportement thermique. Pour cette raison, les modèles mathématiques peuvent jouer un rôle précieux dans la définition de leur gestion adéquate.Dans ce contexte, un modèle pour un digesteur de biogaz a d'abord été développé. Ce modèle contient la cinétique d'une version modifiée du Anaerobic Digestion Model N°1 (ADM1), l'un des modèles les plus répandus dans ce domaine, ainsi qu'une description thermique avancée basée sur des corrélations empiriques pour les termes de transfert de chaleur. De plus, le stockage du biogaz dans un gazomètre à double membrane a également été inclus dans ce travail. Le modèle du digesteur a été validé à l'aide de données de la littérature pour des digesteurs à l'échelle de laboratoire et à grande échelle. Il a également été utilisé dans une étude de cas pour évaluer l'influence de la localisation géographique de l'usine de biogaz sur ses pertes de chaleur.Pour simuler une usine de biométhane entière, les unités de traitement composant les étapes de nettoyage et de valorisation du biogaz ont également été modélisées. L'intégration de ces modèles avec le digesteur a permis d'évaluer le fonctionnement de l'ensemble du système.De plus, un modèle existant de méthanation catalytique développé dans une thèse de doctorat précédente réalisée au LaTEP a également été inclus dans cet environnement de simulation. Cela a permis de simuler l'ensemble du système : usines de biométhane et de méthanation catalytique. Les simulations de cette plateforme multi-énergies ont montré que cette solution serait capable de stocker l'excès d'énergie du réseau, car le démarrage des réacteurs de méthanation pourrait être effectué en quelques minutes. En outre, il a été démontré que la production dans ces réacteurs serait affectée par les variations saisonnières des conditions météorologiques. Enfin, des perspectives sur la sécurité des procédés de ce système et des possibilités d'intégration thermique ont été discutéesWith a growing share of energy being produced from renewable sources, new challenges emerge on how to deal with this new energy paradigm, where production is highly affected by conditions humans cannot manipulate. In the EU, wind and solar energy capacities have rapidly increased in recent years. Solar energy production peaks during sunny days and ceases at night, while wind energy generation fluctuates with wind speed. This variability in electricity production will have to be accounted for in the future energy grid, which will need new energy storage solutions and grid management strategies.In this scenario, the development of multi-energy platforms will be required, as one source can compensate for or store the energy produced by another. In addition, it will enable to explore synergies from these different systems. Integrating methanation and anaerobic digestion, for instance, represents an alternative to convert renewable electricity into gas in a power-to-gas approach. Moreover, it enables the energetic valorization of CO2 from biogas. However, these two reactors are operationally different in terms of their characteristic time and thermal behavior. For this reason, mathematical models can play a valuable role in defining their adequate management.In such context, at first, a model for a biogas digester was developed. This model contains the kinetics from a modified version of the Anaerobic Digestion N°1 (ADM1), one of the most widespread models in this domain, along with an advanced thermal description based on empirical correlations for the heat transfer terms. In addition, the biogas storage in an air-inflated double-membrane gasholder was also included in this work. The digester model was validated using literature data for both lab-scale and large-scale digesters. It was also used in a study case to evaluate the influence of geographical location of the biogas plant on its heat losses.To simulate an entire biomethane plant, the process units composing the biogas cleaning and upgrading stages were also modeled. Integrating these models with the digester allowed for the evaluation of the entire system's functioning.In addition, an existing model for catalytic methanation developed in a previous PhD thesis carried out in LaTEP was included in this simulation environment. This allowed simulating the whole system: biomethane and catalytic methanation plants. Simulations of this multi-energy platform showed that this solution would be able to store excess energy from the grid, as the start-up of the methanation reactors could started up within a few minutes. Besides, it was shown that the production in these reactors would be affected by seasonal variations in weather conditions. Finally, insights into the process safety of this system and potential opportunities for heat integration were discussed
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Moletta, Marina. "Caractérisation de la diversité microbienne aéroportée des biogaz." Montpellier 2, 2005. http://www.theses.fr/2005MON20170.
Full text
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Zhang, Jin Bai. "Procédé de traitement anaérobie des boues et de valorisation du biogaz." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2011. http://www.theses.fr/2011INPL106N/document.
Full textAbstract:
Ce travail vise à développer une approche originale à micro et à méso-échelle pour étudier divers phénomènes et intensifier les performances du réacteur. A méso-échelle, l'accent est mis sur l'efficacité de la production de biogaz dans un réacteur anaérobie 2D sous différentes conditions hydrodynamiques ainsi qu’à différentes concentrations de substrat. Puis, dans un dispositif microfluidique transparent, une seule granule de différentes tailles a été utilisée sous différentes conditions d'exploitation. Les effets des différentes conditions hydrodynamiques et des concentrations de substrat associés à la taille et la densité des granules de boues sur la production de biogaz ont été étudiésThe present work is focused on developing an original micro to mesoscale approach to investigate various phenomena and then to intensify the performance of a reactor. At mesoscale, the emphasis is given to the interactions between granular sludge particles as well as the biogas production efficiency in a 2D reactor under various hydrodynamic conditions at different concentrations of substrate. Then, within the microdevices, a single sludge particle of various sizes was used under different operating conditions such as superficial liquid velocity and concentration of substrate. The effect of different hydrodynamic conditions and concentration of substrate was studied
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Arunthanayothin, Suphaporn. "Study of the formation of pollutants, in particular NOx, during the combustion of biogas and bio-oils." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2021. http://www.theses.fr/2021LORR0246.
Full textAbstract:
En raison de la raréfaction des combustibles fossiles et des enjeux climatiques, les technologies neutres en CO2 doivent être basées principalement sur des sources d'énergie renouvelables et doivent se substituer progressivement aux combustibles fossiles. Le biogaz et les bio-huiles font partie des sources d'énergie renouvelables sur lesquelles se porte l'attention dans le monde entier en raison de leur utilisation directe avec peu de modifications puisque leurs propriétés sont proches de celles du gaz naturel et du pétrole. Afin d'utiliser les options technologiques les plus prometteuses, des efforts accrus au niveau de la recherche fondamentale et appliquée sont nécessaires. Cette thèse vise à mieux comprendre la formation de polluants, en particulier les NOx lors de la combustion de biogaz et de bio-huiles à la fois par des études expérimentales et des simulations numériques. La chimie de combustion du biogaz et des bio-huiles en phase gazeuse est encore relativement méconnue. La constitution d'une base de données expérimentale comprenant l'identification des produits et intermédiaires formés permettra une meilleure compréhension des réactions chimiques mises en jeu. L'objectif sera ensuite de développer et de valider des modèles cinétiques détaillés capables de reproduire la combustion de composés modèles des biogaz et des bio-huiles. L'étude de l'oxydation et de la pyrolyse de ces composés modèles a été réalisée en utilisant à la fois un réacteur parfaitement agité et des réacteurs pistons sur une large gamme de températures (jusqu'à 2073 K). Différentes méthodes ont été mises en œuvre au cours de cette thèse afin d'analyser une large gamme de composés. Les méthodes d'analyse utilisées pour cette thèse sont la chromatographie en phase gazeuse (GC), la spectrométrie de masse en ligne (MS), l'analyse des NOx par chimiluminescence et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). Les composés modèles étudiés lors de cette thèse sont NH3, NH3/CH4, NH3/H2, H2S, H2S/CH4 dans le cas du biogaz et le pyrrole, l’éthylène glycol et le propylène glycol dans le cas des bio huiles. Une étude complémentaire de la formation de NOx lors de l'oxydation de CH4 et de l'éthylène en présence d’air a été réalisée. Pour la plupart de ces réactifs, les résultats expérimentaux ont été utilisés pour développer et valider un modèle cinétique, en particulier en collaboration avec Politecnico di Milano pour les carburants azotés et soufrés. Ces modèles ont ensuite été utilisés pour étudier les voies de décomposition des espèces étudiéesDue to the depletion of fossil fuels and climate warnings, CO2 neutral technologies must be based primarily on renewable energy sources and must increasingly replace fossil fuels. Biogas and bio-oils are one of the renewable energy sources that are gaining attention globally due to their direct applicability without any modification, since their properties are similar to those of natural gas and petroleum. In order to use the most promising technology options, increased efforts in basic and applied research are needed. This thesis aims at obtaining a better understanding of the formation of pollutants, in particular NOx during biogas and biofuel combustion by means of both an experimental study and numerical simulations. The combustion chemistry of biogas and bio-oils in the gas phase is still relatively unknown. The establishment of an experimental database including the identification of the products and intermediates formed will allow a better understanding of the chemical reactions involved. The objective will then be to develop and validate detailed kinetic models able of reproducing the combustion of biogas and bio-oil surrogates. The study of fuel oxidation and pyrolysis was carried out using both a jet-stirred reactor and flow tube reactors over a wide range of temperature conditions (up to 2073 K). Different methods were implemented during this thesis in order to analyze the large number of intermediates. The analysis methods used for this thesis are Gas Chromatography (GC), Online-Mass Spectrometry (MS), NOx analyzer by chemiluminescence, and Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The thesis allowed the study the oxidation and pyrolysis of different fuels, from biogas surrogates (NH3, NH3/CH4, NH3/H2, H2S, H2S/CH4) to bio-oil surrogates (pyrrole, ethylene glycol, propylene glycol). The study of the formation of NOx during the oxidation of CH4 and ethylene in the presence of air was also investigated during my PhD. For most of these reactants, the experimental results were used to develop and validate a kinetic model, especially with Politecnico di Milano for nitrogen and sulfur containing fuels. These models were then used to study the decomposition pathways of the species studied
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Peredo, Mancilla Joselin Deneb. "Adsorption and Separation of Carbon Dioxide for Biomethane Production : The Use of Activated Carbons." Thesis, Pau, 2019. http://www.theses.fr/2019PAUU3012/document.
Full textAbstract:
Le biométhane est une source d'énergie verte qui, de part son coût et son faible impact environnemental, peut être considéré comme une alternative au gaz naturel et au diesel. La production d'énergie primaire par l'Union Européenne, à partir du biométhane, a été multipliée par 23 en cinq ans (2011-2016), ce qui rend nécessaire et urgent la recherche de nouvelles solutions performantes pour l’épuration du biogaz, notamment la séparation du dioxyde de carbone (CO2) du méthane (CH4).Dans ce contexte, l’objectif de ce travail doctoral porte sur la détermination des indicateurs de performances (capacité d’adsoprtion, sélectivité) de charbons actifs (CAs) dans le contexte de la séparation méthane/dioxyde de carbone pour la production de biométhane. A cette fin, les isothermes d'adsorption de CH4 et CO2 ont été déterminées à partir d’un dispositif manométrique d’adsorption. Les mesures ont été effectuées à des températures de 303 et 323 K pour des pressions variant de 0.1 à 3 MPa. Dans un premier temps, l’étude a porté sur 5 échantillons commerciaux de CA différents. Les résultats montrent une corrélation entre la surface spécifique et la quantité de dioxyde de carbone adsorbée. En outre, le volume microporeux a un impact significatif lors des processus d'adsorption du CO2 tandis que le volume des mésopores n'a pas d’effet direct.Par ailleurs, l'étude complémentaire d'isothermes d'adsorption du CH4 et du CO2 purs à l’aide de trois charbons actifs, issus de noyaux d’olive, activés par différentes méthodes de synthèse, révèle que la méthode d'activation est déterminante pour modifier les propriétés chimiques et structurales des charbons actifs et donc accroitre leurs propriétés d'adsorption.En outre, la sélectivité des CAs commerciaux pour la séparation CH4/ CO2 a été calculée à partir des isothermes d'adsorption du mélange équimolaire CH4/ CO2 à une température de 303 K et pour des pressions jusqu'à une pression de 3 MPa. Les résultats obtenus montrent qu’une surface spécifique élevée (< 1500 m2 g-1) facilite l'adsorption du CO2 mais réduit le facteur de sélectivité. En parallèle, une forte porosité conduit à une séparation moins efficace des deux gaz alors que la présence de groupes basiques en surface favorise les phénomènes d’adsorption du CO2.L'ensemble des résultats montre que les charbons actifs, étudiés dans ce travail de recherche, possèdent des propriétés d'adsorption comparables à celles des charbons actifs commerciaux et sont des matériaux compétitifs pour l'épuration du biogazBiomethane is a proven source of clean energy, it is one of the most cost-effective and environment-friendly substitute for natural gas and diesel. The European Union primary energy production from biomethane has folded by ~23 times in a 5 years time period (2011-2016) making necessary to find new and improved solutions for the separation of methane (CH4) and carbon dioxide (CO2), main components of biogas. In this context, the objective of this doctoral thesis is the determination of performance indicators such as the adsorption capacity and selectivity of activated carbons (ACs) for the CH4/ CO2 separation. This work focuses on the adsorption properties of activated carbons for the methane/carbon dioxide separation. To this end, CH4 and CO2 pure gas experimental adsorption isotherms of activated carbons were obtained on a pressure range of 0.1 to 3 MPa) and temperatures ranging from 303 to 323 K. The first part of this thesis project consisted in the analysis of the CH4 and CO2 pure gas adsorption properties of 5 commercial activated carbons Using a set of five commercial activated carbons a linear relationship between the adsorbent surface area and the CO2 adsorption capacity was determined. The micropore volume also showed a direct influence on the adsorption capacity. The second part of this work consisted in the study of the carbon dioxide and methane adsorption behavior of biomass-based activated carbons. Using a series of 3 ACs that had been obtained from olive stones by different activation methods, the activation technique proved to be of mayor importance as it determines the textural and chemical properties of the adsorbent and thus its gas adsorption capacity.Lastly, the CH4/CO2 adsorption selectivity of the 5 commercial activated carbons was calculated from the equimolar mixture adsorption isotherms. The selectivity factor was proven to be dependent on the sum of textural and chemical properties of the samples. Although, activated carbons with high average pore sizes and surface areas depicted higher adsorbed quantities it was on detriment of their selectivity. The selectivity was found to be better for the activated carbon showing an intermediate surface area and a narrow pore size distribution. In addition, the presence of sulfur functionalities was also found to improve the adsorption selectivity. Overall, this work shows that activated carbons are competitive materials for the upgrading of biogas, displaying adsorption properties comparable to those of other commercially available materials
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Chottier, Claire. "Composés Organiques Volatils du Silicium et sulfure d'hydrogène - Analyse - Traitement - Impact sur la valorisation des biogaz." Phd thesis, INSA de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00715818.
Full textAbstract:
Le biogaz fait partie des stratégies de diversifications des énergies renouvelables à l'échelle européenne. Un des freins technico-économiques à la valorisation en moteur thermique est la formation de dépôts abrasifs résultant de la combustion d'impuretés contenues dans les biogaz notamment les Composés Organiques Volatils du Silicium (COVSi communément appelés siloxanes) qui pénalisent le fonctionnement et les coûts de maintenance associés. L'impact négatif sur la filière est conséquent, de même que celui du sulfure d'hydrogène (H2S). Les recherches, articulées en 3 axes, sont développées avec la volonté de prendre en compte la réalité industrielle : -Analyse de dépôts moteurs prélevés sur plusieurs sites industriels. Ils sont caractérisés par analyses élémentaire, diffraction des rayons X, microcalorimétrie et microscopie électronique. L'objectif est de réfléchir à la possibilité d'utiliser les caractéristiques physico-chimiques d'un dépôt comme un indicateur de la qualité du biogaz dont il est issu. -Comparatif de deux méthodes d'analyses des COVSi, non seulement concernant les biais analytiques liés à la nature même des composés, mais aussi sur les difficultés liées aux prélèvements de biogaz sur site. Les résultats permettent d'appréhender les valeurs absolues des résultats analytiques avec plus de recul et de les pondérer. -Evaluation de traitements épuratoires du biogaz vis-à-vis des COVSi et d'H2S. Un comparatif des performances de plusieurs charbons actifs est réalisé au laboratoire en conditions contrôlées, et sur le terrain. Un réacteur de traitement gaz-liquide est testé sur biogaz réel pour en apprécier les performances vis-à-vis de certains COVSi. L'ensemble de cette étude permet de réfléchir sur la pertinence du choix des critères de qualité d'un biogaz, mais aussi sur les méthodes analytiques d'évaluation de ces critères. Ce dernier point est fondamental pour toute mise en œuvre et dimensionnement d'un système de traitement épuratoire.
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Almansour, Essam. "Bilans énergétiques et environnementaux de filières biogaz : approche par filière-type." Thesis, Bordeaux 1, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR14469/document.
Full textAbstract:
La méthanisation émerge comme une technique efficace pour la production énergétique ainsi que le traitement des résidus organiques. Une analyse de la méthanisation dans les différentes filières sélectionnées est menée par une démarche reposant sur la définition de filières-type, renseignées à partir d'enquêtes techniques auprès des installations existantes et des professionnels. Ces filières-type nous permettent d’étudier globalement les bilans énergétiques et environnementaux de la digestion anaérobie pour la comparer avec d’autres procédés en utilisant l’approche par analyse du cycle de vie. Énergétiquement, un potentiel important de plus de 11 Mtep/an est estimé à partir des ressources disponibles dans les filières retenues. Les ressources agricoles contribuent à une part importante de ce potentiel. Les déchets résiduaires des industries agroalimentaires complètent ce potentiel sachant que la quantité des déchets méthanisables est importante sur le territoire français. Environnementalement, le biogaz valorisé procure un avantage à la méthanisation devant la filière de comparaison. Les résultats des études comparatives d’ACV sont sensibles à la méthode d’analyse d’impact retenue par rapport à leur sensibilité à certains aspects. Les résultats d’ACV sont aussi sensibles à la définition des filières et alors définir d’autres filières lorsque des interrogations subsistent est une perspective importante à ne pas négligerAnaerobic digestion is emerging as an efficient technology for energy production as well as for of organic residues treatment. An analysis of the anaerobic digestion in different chosen procedures is led by an approach based on the standard procedures definition, filled from technical investigations with existing installations and professionals. These standard procedures allow us to study the overall energy and environmental balance sheets of anaerobic digestion in order to compare it with other processes by using the approach of life cycle assessment. Energetically, an important potential for more than 11 Mtoe/year is estimated from available resources in chosen procedures. Agricultural resources contribute to a significant portion of this potential. The residual waste from food industries completes this potential knowing that the amount of waste processed with anaerobic digestion is important on the french territory. Environmentally, the biogas recovered is advantageous to anaerobic digestion against comparison procedures. The results of comparative studies of LCA are sensitives to the impact assessment method adopted in relation to their sensitivity to certain aspects. The LCA results are also sensitives to the definition of procedures and define other procedures, when we have doubts, remains an important perspective not to be neglected
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Frédéric, Sylvain. "Etude de l’hydrolyse lors de la digestion anaérobie et d’éléments de dimensionnement de réacteur de méthanisation dans le cadre du développement de la technologie Ergenium™." Montpellier 2, 2009. http://www.theses.fr/2009MON20087.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur le développement d'éléments de dimensionnements de la technologie ErgeniumTM en se focalisant notamment sur la description, la caractérisation et l'hydrolyse de la matière organique solide complexe. La mise au point d'une méthode de caractérisation basée sur le fractionnement d'un substrat organique à l'eau a permis de déterminer deux fractions, une soluble et une autre non soluble à l'eau. La biodégradabilité et la vitesse de méthanisation de ces deux fractions sont apparues significativement différentes. A partir de la fraction non soluble à l'eau du substrat organique, une méthode de mesure de la vitesse d'hydrolyse a été mise au point permettant de connaitre la valeur de la vitesse d'hydrolyse, de modéliser celle-ci et enfin de tester l'influence de différents paramètres (concentration en inoculum, pH, Acide Gras Volatil, viscosité) sur cette vitesse hydrolyse. Finalement, à partir de cette caractérisation de la matière organique en deux fractions, des valeurs de biodégradabilité de ces mêmes fractions, de la vitesse d'hydrolyse et de la configuration de la technologie ErgeniumTM, un modèle a été mis au point pour déterminer l'influence de différents paramètres (Charge Organique Appliquée, taux de recyclage des déchets, taux de recyclage des liquides) sur différentes concentrations et critères de dimensionnement. Ce travail servira de base pour l'implantation et le dimensionnement d'un pilote industriel ErgeniumTM où les différents paramètres de recyclage et les mesures de concentrations et de performances pourront être comparés aux résultats théoriques issus du modèleThis work deals with the development of elements design for ErgeniumTM in particular by the description, the characterization and the hydrolysis of solid organic matter. The development of a method of characterization based on separation of organic substrate in the water has determined two different fractions, one soluble and the other insoluble in water. Biodegradability and the duration of anaerobic digestion for the two fractions appeared significantly different. With non water-soluble of organic substrate, a method for measuring the speed of hydrolysis has been developed to know the value hydrolysis rate, test the influence of various parameters (inoculum concentration, pH, volatile fatty acids, viscosity) on the hydrolysis rate. Finally, from this characterization of organic matter in two fractions, the values of degradability of these fractions, the rate of hydrolysis and the configuration of the technology ErgeniumTM, a model was developed to determine the influence of various parameters (organic loading rate, rate of recycling of waste and liquids) in different concentrations and design criteria. This work will form the basis for the design and implementation of a pilot industrial ErgeniumTM where recycling parameters and measures of concentration and performance will be compared with theoretical results from the model
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Taimoor, Aqeel Ahmad. "Valorisation de biogaz pour industrie chimie par voie catalytique." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00881030.
Full textAbstract:
La production de l'hydrogène à partir de biomasse est actuellement à l'étude mais la méthode de valorisation du biogaz (mélange H2/CO2) par réactions catalytiques, autres que la simple combustion, n'a pas encore été retenue. Par conséquent, le principal objectif de ce travail est d'explorer les autres voies. L'effet du CO2 sur le système catalytique est mal connu et seulement un effet négatif sur la dissociation de l'hydrogène a été mentionné. L'hydrogénation du toluène sur un catalyseur Pt a d'abord été étudiée sans CO2 pour suivre son comportement et éventuellement sa perte d'activité. En présence de CO2, l'inactivité complète du catalyseur pour l'hydrogénation du toluène a été mis en évidence. La modification de la surface du catalyseur par le CO2 est quantifiée par DRIFT et un mécanisme à deux sites a été montré. La réaction de Reverse Water Gas Shift produisant du CO se trouve être la principale cause de la désactivation de la surface de catalyseur avec le CO2. Donc la compétition d'adsorption entre le CO et des acides carboxyliques a été mise à profit pour favoriser sélectivement la conversion des acides. Pour l'alumine, elle est polluée par des carbonates complexes venant du CO2. La silice étant aussi connue pour promouvoir la décomposition, ces supports ont été rejetés. L'oxyde de titane a été utilisé pour catalyser une autre gamme de produits. Sur ce catalyseur, le changement de sélectivité entre le RWGS et la conversion de l'acide a été observé. Quant à l'oxyde de fer (catalyseur moins actif), il n'est pas capable de produire du CO à partir du CO2. La chimie de surface de l'oxyde de fer joue un rôle important sur la sélectivité du produit parmi les cétones et les aldéhydes. Un mécanisme à deux sites peut réutiliser pour l'oxyde de fer, montrant qu'un fonctionnement stable peut être trouvé si la réduction par l'hydrogène est continue. Si l'oxyde de fer est totalement oxydé par le CO2, produit de réaction, la production des cétones cesse. Énergiquement, le procédé de production d'acétone peut être autosuffisant et l'acétone peut être utilisée comme une molécule de stockage d'énergie. Le procédé va aussi compenser le nouveau procédé de production de phénol qui ne produit pas l'acétone.
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Rojas, Devia Carolina. "Biogaz en vue de son utilisation en production d'énergie : séparation des siloxanes et du sulfure d'hydrogène." Phd thesis, Ecole des Mines de Nantes, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00824324.
Full textAbstract:
Ce travail présente une étude de procédé de traitement des siloxanes et de l'H2S appliqué à la purification des biogaz. Une approche bibliographique montre l'intérêt de développer de nouveaux procédés de traitement à faible coût pouvant s'intégrer facilement dans une filière complète de purification des biogaz. Une partie de l'étude est consacrée aux possibilités de traitement par transfert gaz-liquide dans des huiles. Cette technique est comparée à un procédé plus classique de traitement par adsorption sur charbon actif. Les résultats ont montré que ces 2 techniques étaient complémentaires, l'absorption dans une huile utilisée pour le traitement de fortes concentrations et l'adsorption sur charbon actif en traitement definition. Une autre partie de l'étude a été consacrée au traitement de l'H2S. Les niveaux d'abattement requis étant de plus en plus bas, l'approche choisie est celle d'un traitement definition en complément des traitements principaux classiques. Le procédé étudié est celui d'un système par physi-adsorption sur charbon actif en tissu pre-humidifié. Celui-ci est régénéré in situ par chauffage électrique direct et mise en dépression du réacteur. L'étude des conditions opératoires a permis d'établir des paramètres de régénération et des conditions de traitement permettant de réaliser des cycles pérenne. L'intérêt réside ici dans les conditions douces de température et de pression utilisées pour la régénération.
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Belhani, Mehdi Pons Marie-Noëlle. "Analyse de cycle de vie exergétique de systèmes de traitement des eaux résiduaires." S. l. : INPL, 2008. http://www.scd.inpl-nancy.fr/theses/2008_BELHANI_M.pdf.
Full text
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Tcha-Thom, Maglwa. "Recherche d'une filière durable pour la méthanisation des déchets de fruits et d'abattoirs du Togo : Evaluation du potentiel agronomique des digestats sur les sols de la région de la Kara." Thesis, Limoges, 2019. http://www.theses.fr/2019LIMO0061/document.
Full textAbstract:
La digestion anaérobie, procédé d’énergie renouvelable, constitue un atout indéniable de récupération des flux matière et énergie des déchets en réponse aux enjeux du développement durable. Ainsi, la présente étude a pour objectif de contribuer à la compréhension des mécanismes qui gouvernent l’environnement réactionnel de digestion en anaérobie et les effets des digestats sur la matrice bio-physico-chimique des sols à vocation agricole. Le développement des tests de lixiviation en réacteurs contrôlés aérobie et anaérobie, les modes de mobilisation du contenu organo-minéral des substrats et la valorisation du biogaz pour l’équarrissage des bêtes ont été réalisés. Les verrous techniques et physico-chimiques entachant la digestion anaérobie des déchets d’ananas ont été levés et optimisés grâce à des co-substrats notamment les bouses de vache et les cendres. Les digestats ont été apportés sur des sols agricoles, des sols des zones de forêts et des milieux sans matière organique ni argiles et ont permis de déceler les limites d’utilisation des digestats et les interactions avec les fractions organiques et minérales du sol. Cette étude montre ainsi, l’importance de développer la filière de méthanisation pour une élimination durable des déchets organiquesAnaerobic digestion, a renewal energy process, constitutes an undeniable asset of material and energy flows recovering in response to sustainable development issues. Thus, the aim of this current study was to contribute to the understanding of mechanisms that govern the reactive environment of anaerobic digestion and the effects of digestates on the biophysico- chemical matrix of agricultural soils sector. The running of leaching tests in aerobic and anaerobic controlled reactors, organo-mineral mobilizations patterns of the substrates and the valorization of biogas in slaughtered animals knackering have been realized. The physicochemical and technical locks tarnishing the pineapple wastes anaerobic digestion have been lifted and optimized through the co-substrates including cattle manure and ashes. The digestates have been brought on agricultural soils, forests areas soils and medium free of organic matter and clays and allowed to detect the limits of digestates uses and the interactions with organic and mineral fractions of soils. This study, thus show, the importance to develop the anaerobic digestion sector for a sustainable removal of organic wastes
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Carvalho, villarim Pedro. "New compacts systems for biogas upgrading." Electronic Thesis or Diss., Littoral, 2023. http://www.theses.fr/2023DUNK0697.
Full textAbstract:
Le biogaz est une source d'énergie renouvelable produite naturellement par la digestion anaérobie de matières organiques. Il se compose principalement de méthane (CH4) et de dioxyde de carbone (CO2). Il contient également des traces de vapeur d'eau, de composés organiques volatils (COV) et de sulfure d'hydrogène. La valorisation du biogaz en biométhane nécessite l'élimination des contaminants présents dans le biogaz brut, en réduisant le niveau d'impuretés afin d'obtenir une teneur élevée en CH4, de l'ordre de 90 à 99 %. Les utilisations du biométhane sont les mêmes que celles du gaz naturel, mais il s'agit d'une source d'énergie non fossile et renouvelable à 100 %. De nombreuses technologies ont été testées et appliquées pour éliminer les impuretés du biogaz, telles que le lavage à l'eau, le lavage physique et chimique, la séparation par membrane, l'adsorption par variation de pression, les méthodes biologiques, etc. Les absorbants jouent un rôle important dans l'élimination des impuretés du biogaz. Il est donc impératif de mettre au point de nouveaux absorbants dotés d'une capacité d'absorption et d'une recyclabilité élevées. L'absorbant approprié doit également avoir une faible viscosité, une toxicité relativement faible, une faible pression de vapeur, un point d'ébullition élevé, une grande capacité d'absorption et un faible coût. Les solvants eutectiques profonds (DESs) sont un mélange de deux ou trois composés chimiques (généralement un composé accepteur d'hydrogène, HBA, et un composé donneur d'hydrogène, HBD), qui se combinent par le biais de liaisons hydrogène et dont le point de fusion est inférieur à celui de chacun de leurs composants purs. Ces solvants ont des propriétés physico-chimiques qui peuvent être ajustées en fonction de la nature des composés individuels et de leur ratio. L'objectif de cette thèse était d'évaluer des DES et des solvants verts conventionnels en tant qu'absorbants pour les COV/CO2. Nous avons évalué et comparé l'efficacité de différents DESs et absorbants conventionnels pour l'absorption de neuf COV et du CO2. Le coefficient de partage vapeur-liquide (K) des COV dans les solvants étudiés et la capacité d'absorption du CO2 dans les DES ont été déterminés à l'aide de la chromatographie en phase gazeuse couplée à l’espace de tête statique. L'effet du mélange de COV, de la température et de la teneur en eau a été évalué. Les capacités d'absorption des COV individuels, de leur mélange et du CO2/CH4 dans les DES et les solvants conventionnels ont également été évaluées à l'aide d'un dispositif dynamique simulant une colonne d'absorption industrielle. Les résultats statiques et dynamiques obtenus sont en bon accord. Les capacités d'absorption d’absorbants industriels ont également été évaluées à l'échelle industrielle en utilisant un échangeur développé par notre partenaire industriel (Terrao®)Biogas is a renewable energy source produced naturally by the anaerobic digestion of organic matter. It consists mainly of methane (CH4) and carbon dioxide (CO2). It also contains traces of water vapour, volatile organic compounds (VOCs) and hydrogen sulphide. Biogas upgrading to biomethane requires the removal of contaminants in the raw biogas, reducing the level of impurities to achieve high CH4 content of about 90 to 99%. The uses of biomethane are the same as natural gas while being a 100% renewable and non-fossil energy source. Many technologies have been tested and applied to remove impurities from biogas, such as water scrubbing, physical and chemical scrubbing, membrane separation, pressure swing adsorption, biological methods, etc. Absorbents play an important role in removing impurities from biogas. Therefore, the development of novel absorbents with high absorption capacity and high recyclability is mandatory. The suitable absorbent should also have low viscosity, relatively low toxicity, low vapor pressure, high boiling point, high absorption capacity, and low cost. Deep eutectic solvents (DESs) are a mixture of two or three chemical compounds (usually a hydrogen acceptor compound, HBA and a compound hydrogen donor, HBD), which combine via hydrogen bonds that have a lower melting point than each of their pure components. These solvents have physico-chemical properties that can be tuned depending on the nature of the individual compounds and their ratio. The purpose of the thesis was to evaluate DESs and conventional green solvents as VOCs/CO2 absorbers for biogas upgrading. We evaluated and compared the efficiency of different DESs and conventional absorbents for the absorption of nine VOCs and CO2. The vapor–liquid partition coefficient (K) of the VOCs in the studied solvents and the absorption capacity of CO2 in DES were determined using static headspace-gas chromatography. The effect of VOC mixture, temperature water content was evaluated. The absorption capacities of individuals VOCs, their mixture and CO2/CH4 in DESs and conventional solvents were also evaluated using a dynamic set-up which simulated an industrial absorption column. Both static and dynamic results are in good agreement. Also, the absorption capacities of industrial absorbents were evaluated on an industrial scale using an exchanger developed by our industrial partner (Terrao®)
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Jiang, Jian Kai. "Caractérisation hydrodynamique des réacteurs anaérobies produisant du biogaz et fonctionnant en batch et en continu." Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0142/document.
Full textAbstract:
Ce travail est consacré à une étude approfondie sur le procédé anaérobie pour les traitements des eaux usées et des boues d’épuration afin d’améliorer la production de biogaz. Tout d’abord, l’hydrodynamique dans un réacteur de type circulation interne (IC) a été caractérisée en maquette froide. La vitesse de circulation du liquide dépend davantage de l’écoulement de la phase gazeuse que de la phase solide, l’influence du débit de liquide entrant étant la plus faible des trois. La taille de bulles influe non seulement sur la vitesse de cisaillement mais aussi sur les types d’interactions bulles-granules. L’effet de la vitesse de cisaillement moyenne a ensuite été étudié dans une cuve agitée en maquette chaude. Lorsque la vitesse de cisaillement moyenne augmente, le débit de biogaz passe par un maximum pour une valeur de 6,8 s-1, tandis que le pourcentage en méthane diminue continument. La déformation des granules est provoquée par cisaillements et collisions, à masse volumique constante. A micro-échelle, une déformation locale d’un cratère à l’extrémité du canal d’acheminement du biogaz est découverte pour la première fois. Le diamètre de ce cratère est proportionnel à la taille du pore, et la pression de compression de la microbulle estimée par la loi de Laplace est comparable à la résistance mécanique du granule mesurée par la pénétrométrie. Enfin, l’étude s’attache aux propriétés rhéologiques de boues digérées hautement concentrées. Un comportement rhéofluidifiant à seuil de contrainte, et un comportement viscoélastique sont caractérisés. L’effet de la concentration en solide est beaucoup plus significatif que celui de la température. En outre, des expériences d’impact par une bille sur des boues digérées hautement concentrées sont réalisées pour révéler sa dynamique transitoire. Un modèle simplifié de la trainée est établi pour estimer le module de l’élasticité ainsi que la viscosité d’impactThis work is devoted to an in-depth study on the anaerobic process for wastewater treatment and sewage sludge treatment in order to intensifier the biogas production. Firstly, the hydrodynamic in an internal circulation (IC) reactor was characterized by experimental simulation. The relative importance of the three phases is ordered as gas > solid > liquid for the liquid circulation velocity. The bubble size affects not only the shear rate but also the types of interaction between bubbles and granules. Then the effect of mean shear rate was investigated in an anaerobic stirred tank reactor. With the increase of mean shear rate, the flow rate of biogas passes through a maximum at the shear rate of 6.8 s-1, while the methane content decreases continuously. The deformation of granules is induced by shear stress and collisions; nevertheless the granules’ density remains unchanged. At micro-scale, a local deformation in the shape of crater located at the extremity of biogas channel was detected for the first time. The cater diameter is proportional to the size of gas exit pore, and the compression pressure of the microbubble estimated by the Young-Laplace equation compares favorably with the mechanical resistance of granule measured by penetrometry. Finally, the study focused on the rheological properties of the highly concentrated digested sludge. A shear thinning behavior with a yield stress and a viscoelastic property were characterized. The effect of solid content is much more significant than that of temperature. Furthermore, the experiments of a sphere impacting on the highly concentrated digested sludge were carried out to reveal its transient dynamics. A simplified drag force model was established to estimate the elasticity modulus and the impact viscosity
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Nawfal, Mira. "Valorisation catalytique du biogaz pour une énergie propre et renouvelable." Thesis, Littoral, 2015. http://www.theses.fr/2015DUNK0392/document.
Full textAbstract:
Cette étude concerne la formation d'hydrogène par le procédé de vaporeformage et la production de gaz de synthèse par le procédé de reformage à sec, au moyen de catalyseurs tout en augmentant la résistance à la formation de coke. Sept oxydes mixtes NiₓMg₆₋ₓAl₂ 800 (0 ≤ x ≤ 6) ont été obtenus, en passant par la voie hydrotalcite suivie d'une calcination à 800°C. L'espèce active dans les deux réactions étudiées est le nickel métallique. Une partie de ces oxydes a été imprégnée par 0,5 % en masse de ruthénium et recalcinée à 800°C, puisque le ruthénium améliore la réductibilité des espèces oxydes de nickel. Dans le procédé de vaporeformage et en abscence de ruthénium, le prétraitement réducteur est une étape nécessaire pour activer le catalyseur. L'ajout du ruthénium améliore l'activité catalytique, la sélectivité et la résistance à la formation de coke des oxydes étudiés et ceci en abscence de prétraitement réducteur avant test. Une interaction ruthénium-nickel serait à l'origine de ces bonnes performances catalytiques. Le catalyseur Ru/Ni₆Al₂ 800 800 présente les meilleures performances catalytiques, parmi les systèmes étudiés, puisqu'il assure une meilleure interaction Ru-NiThis study is related to the formation of hydrogen by the steam reforming process and the production of synthesis gas by the dry reforming process, using catalysts, leading to increased resistance to coke formation. Seven mixed oxides NiₓMg₆₋ₓAl₂ 800 (0 ≤ x ≤ 6) were obtained, by hydrotalcite route followed by calcination at 800°C. Metallic nickel is the active species in both studied reactions. Some of these oxides have been impregnated with 0.5 wt % of ruthenium and recalcined at 800°C. In steam reforming test and in absence of ruthenium, the reducing pretreatment step is necessary to activate the catalyst. Ruthenium addition improves the catalytic activity, selectivity and the resistance to coke formation, with no reducing step prior to the test. An interaction between nickel and ruthenium is in origin of these good catalytic performances since ruthenium improves the reductibility of nickel species. The catalyst Ru/Ni₆Al₂ 800 800 presents the best catalytic performances among the studied systems, because it presents a better Ru-Ni interaction
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Laperrière, Wendy. "Évaluation des limites d'un digesteur biogaz pour une utilisation flexible dans un réseau local de production d'énergie." Thesis, Montpellier, 2017. http://www.theses.fr/2017MONTT068/document.
Full textAbstract:
Avec l’augmentation de la part des énergies renouvelables intermittentes (solaire et éolien) dans les mix énergétiques, des problèmes dans la stabilité de la fourniture d’électricité peuvent se présenter. La solution pour compenser ces fluctuations réside dans la production flexible de biogaz. Le biogaz peut en effet être stocké puis utilisé en période de demande; sa production doit donc être assurée de manière flexible, contrairement à ce qui est fait actuellement sur la majorité des digesteurs. L’objectif de la thèse était d’étudier et de déterminer les limites de digesteurs biogaz en fonctionnement flexible. Trois réacteurs de 15L, alimentés avec trois mélanges différents de deux substrats solides, ont été alimentés pendant 550 jours en fonctionnement flexible. Il a été démontré au cours de cette thèse que le fonctionnement flexible avec des surcharges organiques ponctuelles n’avait aucune incidence négative à long terme sur la production de méthane. La flexibilité instantanée a été définie comme la marge entre le maximum de production sur un réacteur et sa production de base. Elle a été fortement influencée par la charge de base du réacteur et par les cinétiques de dégradation des substrats utilisés en surcharge, mais très peu par l’intensité des surcharges appliquées. L’utilisation de substrats rapidement dégradables en surcharge a permis d’atteindre un maximum de production de 1 à 1,2 LCH4/Lréacteur.j dans les premières 24 heures, même sur des réacteurs alimentés de base avec du fumier, conduisant à des flexibilités allant de +92 à +150%. Ce plafond dépend de la vitesse d’hydrolyse des substrats et il peut être relevé en utilisant des composés plus simples à dégrader en surcharge (type glycérol). Un mode opératoire prêt à être validé sur des installations pilote a été défini ; il précise la démarche à suivre pour la détermination du maximum de production et le niveau de la charge de base à adopter, pour une flexibilisation optimale de la production de méthane sur les CSTR. Un modèle simple, basé sur deux vitesses de dégradation, a également été développé et proposé pour simuler un fonctionnement flexible sur un réacteurWith the increasing share of intermittent renewable energies in the electricity mix, some stability problems are expected in the grid. The solution consists in using biogas as buffer energy. Biogas can be stored, then used on-demand. As the storage is limited, biogas production should be flexible. The aim of this thesis was to study and determine the limits of anaerobic reactors in a flexible operation. Three 15L reactors, fed with three different mixtures of two solid substrates, were fed for 550 days in flexible operation. It was demonstrated in this thesis that flexible operation with one-off overloads had no negative impact on methane production on long-term. The flexibility was defined as the margin between the maximum production on a reactor and its baseload production. It was strongly influenced by the baseload of the reactor and the substrates used in overloads, but not by the intensity of the overloads applied. The use of readily degradable substrates in overloads allowed a maximum production of 1 to 1.2 LCH4/Lreactor.d to be achieved in the first 24 hours, even in reactors fed mainly with manure, leading to flexibility ranging from +92 to + 150%. This ceiling depends on the rate of hydrolysis of the substrates. It can be increased by using compounds that are of a simpler structure (glycerol for example). An operational strategy ready to be validated on pilot plants has been defined; it specifies the approach for the determination of the maximum production and the level of the baseload to be adopted, for an optimal flexibilization of the methane production on CSTRs. A simple model, based on two degradation rates, has also been developed to simulate flexible operation of anaerobic reactors
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Cuzin, Nadine. "Fermentation méthanique des épluchures de manioc. Influence et dégradation du cyanure." Aix-Marseille 1, 1991. http://www.theses.fr/1991AIX11355.
Full textAbstract:
La fermentation anaerobie en continu des epluchures de manioc, sans traitement prealable a ete etudiee dans un fermentateur transpaille de type piston horizontal de 128 litres. Les epluchures de manioc, en raison meme de leur composition (richesse en amidon, rapport c/n eleve, presence de composes cyanogeniques) peuvent poser des problemes d'acidification, de carence en azote et de liberation de cyanure, compose toxique pour les bacteries methanogenes. Un rendement de fermentation de 0,661 m#3 de biogaz/kg de matiere organique (mo) a ete obtenu pour une charge de 3,6 kg mo/m#3/j. Dans le fermenteur, les phases d'hydrolyse et d'acidogenese interviennent dans la premiere moitie du reacteur, tandis que la phase de methanogenese se situe plutot dans la deuxieme partie du corps cylindrique. La concentration en azote augmente au cours du temps dans la phase liquide. Aucune perturbation due au cyanure present dans le fermenteur (0 a 6 mg/l) n'a ete enregistree. A des concentrations plus elevees, la production de biogaz est soppee, mais reprend des que la quantite de cyanure atteint 5 mg/l. Le cyanure est elimine par reaction avec certains composes du milieu de fermentation ou par l'intervention d'enzymes provenant du manioc ou de la microflore presente dans le fermenteur, celle-ci ne semble cependant pas jouer de role primordial dans cette detoxification. Les epluchures de manioc contiennent une activite linamarase permettant l'hydrolyse de la linamarine, et une activite beta-cyanoalanine synthase, permettant la detoxification du cyanure. Les bacteries methanogenes, isolees et caracterisees lors de cette etude, appartiennent aux genres methanobacterium et methanosarcina. Elles presentent une grande sensibilite au cyanure dont l'action est reversible. La bacterie sulfatoreductrice isolee appartient au genre desulfovibrio et possede une activite rhodanese de detoxification du cyanure; elle resiste jusqu'a une concentration de 25 mg cn/l. L'etude de la fermentation methanique des epluchures de manioc en fermenteur transpaille, a revele une potentialite interessante pour la production de biogaz (plus de 85% du rendement theorique) et permet d'envisager son utilisation a une plus grande echelle. La biodegradation anaerobie du cyanure meriterait plus d'attention pour son eventuelle application au traitement biologique des effluents riches en cyanure
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Avlianou, Arapinis Hélène. "Suivi analytique en paramètres conservatifs : DCO et CT du fonctionnement de systèmes d'épuration ou de valorisation d'effluents mettant en oeuvre la fermentation anaérobie en biogaz." Paris 12, 1990. http://www.theses.fr/1990PA120052.
Full textAbstract:
Le carbone total (ct) et la demande chimique en oxygene (dco), en tant que parametre refletant en masse d'oxygene consomme le pouvoir reducteur du carbone contenu dans une biomasse, constituent des parametres conservatifs pour toute transformation anaerobie de la biomasse en question. Une exploitation conjointe de ces deux parametres permet l'evaluation a priori de la productivite maximale en methane et biogaz d'une biomasse, ainsi que des performances d'un equipement de fermentation methanique et en particulier celle du rendement d'extraction par cet equipement du methane equivalent au pouvoir reducteur de la biomasse. La comparaison entre les grandeurs calculees a partir de l'abattement de la dco et du ct et les valeurs reelles des volumes de biogaz produits lors d'une fermentation anaerobie en lit bacterien fixe d'un substrat artificiel montre la fiabilite de ces criteres. Le suivi analytique en grandeurs conservatives d'une installation industrielle pilote a permis une evaluation fiable des differents equipements mis en jeu. L'examen, selon les memes vues, des resultats d'analyses transmis par des responsables d'importantes stations d'epuration urbaines font apparaitre des incoherences entre certaines grandeurs transmises et montrent le besoin d'une normalisation de procedures d'analyse et d'exploitation en grandeurs conservatives
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Aceves, Lara Cesar Arturo. "Modélisation, estimation et commande de procédés de digestion anaérobie en vue de l'optimisation de la production de biohydrogène." Montpellier 2, 2007. http://www.theses.fr/2007MON20136.
Full text
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Chamaa, Mohamad Amr. "Couplage de la méthanisation et des électrotechnologies : intentisification de la production de biogaz et du séchage du digestat." Thesis, Lorient, 2017. http://www.theses.fr/2017LORIS463/document.
Full textAbstract:
La limitation de la production de biogaz liée aux substrats mobilisables à faible potentiel méthanogène et, les contraintes d’épandage qui conduisent au séchage du digestat, en vue de sa stabilisation ou de son transport, sont deux enjeux pour le développement du procédé de méthanisation. L’effet de la désintégration cellulaire induite par un prétraitement par Champs Électriques Pulsés (CEP) sur la production de biogaz a été évalué sur différents substrats. L’intensité de champ appliqué a varié entre 500 et 3600 V∙cm-1 et les indices de désintégration cellulaire correspondants ont été calculés. L’influence du prétraitement par CEP sur la production de méthane en réacteur batch de 500 mL a été étudiée en utilisant la méthodologie des plans d’expériences et en intégrant différents modes de préparation (taille de particules, préchauffage, hygiénisation). Les résultats obtenus montrent que le traitement CEP peut significativement intensifier la production de biogaz (+5,2 à +12,5 % de CH4). Pour le séchage des digestats, un système de séchage convectif par air chaud à température modérée (40 à 70°C) a été utilisé. D’une part, les effets de la vitesse d’air et de la température de séchage ont été étudiés. D’autre part, les effets de prétraitements par CEP, par micro-ondes, et après un cycle de congélation/décongélation ont également été testés. Nous avons identifié, en utilisant la seconde loi de Fick, les coefficients effectifs de diffusion et conclu à l’inefficacité des CEP pour le séchage des digestats et dans les conditions de séchage testéesThe limitation of the biogas production related to the accessibility of the substrates with a low biochemical methane potential, as well as the constraints of spreading which lead to the drying of the digestate, in order to stabilize or to transport the dried digestate, are two issues for the development of the methanisation process. The cellular disintegration’s effect induced by Pulsed Electrical Field (PEF) pretreatment on biogas production is evaluated on different substrates. The applied field’s strength is varied between 500 and 3600 V/cm and the corresponding cell disintegration index were calculated. The influence of PEF pretreatment on methane production was examined in a 500 mL batch reactor using the experimental design methodology and integrating different methods of preparation (size of particles, preheating, hygenisation). The obtained results show that PEF treatment can significantly increase the biogas production (+5.2 to +12.5% CH4). For the drying of the digestates, a convective drying system with hot air at a moderate temperature (40 to 70°C) is used. On the one hand, the effects of air velocity and drying temperature are evaluated. On the other hand, the effects of pre-processing by PEF, by microwaves, and after a freeze thawing cycle were also tested. Using the second Fick's law, the effective diffusion coefficients are identified and it was concluded that PEFs are ineffective for drying the digestates under the tested drying conditions
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Bassila, Joseph. "Etude et conception d’un système d’épuration de biogaz et de liquéfaction de bio-méthane." Thesis, Paris, CNAM, 2017. http://www.theses.fr/2017CNAM1105.
Full textAbstract:
La consommation mondiale en énergie qui augmente progressivement a favorisé la recherche de ressources alternatives renouvelables. L’Europe a mis le développement de la filière de biogaz comme une priorité pour valoriser la matière organique et produire une énergie durable et un carburant propre. Plusieurs technologies ont été développées afin de produire le bio-méthane et ensuite le liquéfier. Cryo Pur a développé un procédé cryogénique où le biogaz est refroidi progressivement à 3 niveaux de température :-40 °C ; -75 °C et -120 °C. Dans un premier temps, la vapeur d’eau est extraite à -40 °C et à -75 °C, le biogaz sec ne contient plus alors que du méthane à une concentration de 65 % et du CO2 à 35 %. Le biogaz est alors refroidi jusqu’à -120 °C dans un système frigorifique en cascade intégrée pour capter le dioxyde de carbone jusqu’à une concentration résiduelle de 2 %. Une fois ce bio-méthane obtenu, il est liquéfié. A une pression de 15 bara et une température de -120 °C. Une étude énergétique et exergétique est menée et prend comme référence le pilote d’épuration et de liquéfaction Cryo Pur installé à la sortie de méthaniseurs de la station d’épuration de Valenton. Le CO2 est capté par givrage sur les ailettes d’échangeurs frigorifiques ; le dégivrage est effectué par un débit diphasique prélevé à l’étage -40 °C de la cascade intégrée. La thèse compare l’énergie récupérée par un dégivrage en phase liquide du CO2 avec donc une remontée en température jusqu’à -56 °C (température du point triple du CO2) et un dégivrage par sublimation du CO2 à une température bien inférieure à -56 °C qui fait l’objet d’une optimisation énergétique. La thèse mène aussi une étude énergétique et exergétique du procédé complet d’épuration de biogaz et de liquéfaction de bio-méthane avec récupération d’énergie par sublimation du dioxyde de carbone.Un banc d’essai est conçu pour évaluer la performance énergétique du procédé de dégivrage du CO2 par sublimation. Les différents éléments nécessaires de ce banc d’essai sont présentés avec leurs consommations énergétiques. Dans ce banc d’essai, le dégivrage du dioxyde de carbone par sublimation est effectué via un caloporteur qui récupère la froideur de sublimation du CO2 réduisant la puissance consommée par la cascade intégrée. Ce nouveau procédé a besoin d’une pompe à vide. La consommation de cette pompe à vide dépend de la pression de sublimation et fait l’objet d’une étude d’optimisation énergétique. La densité du CO2 varie énormément en fonction de la température et la pression de sublimation. Un modèle de calcul de l’évolution de l’épaisseur du givre au cours de la sublimation est présenté. Comme conclusion de cette partie, une comparaison est faite entre la consommation électrique spécifique du système installé à Valenton et celle du banc d’essai.D’autre part, la durée du cycle de givrage demande elle aussi une étude d’optimisation énergétique associée au dimensionnement de l’échangeur de captage du CO2. L’échangeur tube-ailettes avec la forme de l’ailette et les paramètres affectant le givrage du CO2 sont présentés. Une étude est effectuée pour répartir uniformément la masse de CO2 déposée sur la surface d’échange pour réduire le taux de blocage de l’échangeur et prolonger la durée de la phase de givrage. Une étude sur l’effet de la vitesse du biogaz et du glissement en température du réfrigérant sur la durée du cycle est menée ainsi qu’une étude sur les matériaux des ailettes et des tubes choisis afin de minimiser la surface d’échange en gardant la sortie du bio-méthane avec 2 % de CO2Global energy consumption, which is gradually increasing, has led to the search for alternative renewable resources. Europe has put the development of the biogas sector as a priority to enhance organic matter and produce sustainable energy and clean fuel. Several technologies have been developed to produce bio-methane and then to liquefy it. Cryo Pur developed a cryogenic process where the biogas is cooled gradually to 3 temperature levels: -40 ° C; -75 ° C and -120 °C. In a first step, the steam is extracted at -40 °C and at -75 ° C, the dry biogas contains 65 % methane and 35 % CO2. The biogas is then cooled to -120 °C in a low-temperature refrigeration system to capture carbon dioxide and obtain bio-methane with 2.5 % of CO2. Once this bio-methane is obtained, it is liquefied at a pressure of 15 bara and a temperature of -120 °C. An energy and exergy study is studied and takes as reference the pilot of purification and liquefaction Cryo Pur installed at the exit of digester of the purification station of Valenton. CO2 is captured by frosting on the fins of heat exchangers. The defrosting is carried out by a two-phase flow rate taken from the -40 °C stage of the low-temperature refrigeration system. The thesis compares the energy recovered by a liquid CO2 defrosted with a rise in temperature up to -56 °C (triple point temperature of CO2) and defrosting by sublimation of CO2 at a temperature much lower than - 56 ° C which is the subject of an energy optimization. The thesis also conducts an energy and exergy study of the complete process of biogas and bio-methane liquefaction with the recovery of energy by sublimation of carbon dioxide.A test bench is designed to evaluate the energy performance of the CO2 defrosting process by sublimation. The various necessary elements of this test bench are presented with their energy consumption. In this test bench, the defrosting of the carbon dioxide by sublimation is carried out via a low-temperature heat-transfer fluid which recovers the energy sublimation of the CO2 reducing the power consumed by the low-temperature refrigeration system. This new process requires a vacuum pump. The consumption of this vacuum pump depends on the sublimation pressure and is the subject of an energy optimization study. The density of CO2 varies enormously depending on the temperature and the sublimation pressure. A model of the evolution of the thickness of the frost during the sublimation is presented. As a conclusion of this section, a comparison is made between the specific power consumption of the system installed at Valenton and that of the test bench.On the other hand, the duration of the frosting cycle also requires an energy optimization study associated with the design of the exchanger that capture the CO2. The tube-fins exchanger with the shape of the fin and the parameters affecting the CO2 frosting are presented. A study is carried out to uniformly distribution of the CO2 mass on the exchange surface to reduce the blocking rate of the exchanger and to extend the duration of the frosting phase. A study on the effect of biogas velocity and temperature slippage of the refrigerant over the cycle is carried out as well as a study on the materials of the fins and tubes selected in order to minimize the exchange surface and have the bio-methane with 2 % CO2
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Keryakos, Elie. "Étude et conception d'une pompe à chaleur intégrée dans le procédé d'épuration du biogaz." Thesis, Paris, CNAM, 2017. http://www.theses.fr/2017CNAM1098.
Full textAbstract:
L’engagement de l’Europe sur les énergies renouvelables amène à l’accélération du développement du biométhane comme énergie renouvelable. Les travaux de cette thèse portent sur une partie du procédé Cryo Pur qui est un procédé essentiellement frigorifique qui va permettre en refroidissant le biogaz de la température ambiante à -120 °C, de séparer successivement l’eau, le CO2 et des polluants pour obtenir du méthane et du CO2 liquides de hautes puretés. Les objectifs poursuivis sont méthodologiques et expérimentaux. La méthode est celle de l’intégration énergétique associée à une analyse exergétique du procédé. L’analyse intègre la production frigorifique et la production de chaleur par les groupes frigorifiques pour son utilisation dans le procédé de méthanisation. L’optimisation énergétique part de l’analyse exergétique et identifie les pertes des différentes étapes du procédé et intègre à la fois les productions frigorifiques aux différents niveaux de température et la production de chaleur utilisée dans le digesteur. Le besoin en chaleur du digesteur se situe autour de 50 à 55 °C pour les bactéries thermophiles. Pour l’épuration du biogaz et la liquéfaction du biométhane, les besoins frigorifiques se situent de la température ambiante jusqu’à-120 °C. Dans le procédé Cryo Pur, la production frigorifique s’effectue à 4 niveaux de températures : 2°C, -40 °C, -78 °C et -120 °C. La pompe à chaleur est couplée aux différents systèmes frigorifiques en refroidissant un frigoporteur à une température qui fait l’objet de l’optimisation globale du système de thermo-frigo-pompe. En effet la pompe à chaleur refroidit les condenseurs des 4 systèmes frigorifiques et la chaleur récupérée des groupes froids est valorisée à 55 °C par la pompe à chaleur.Complémentairement à cette optimisation énergétique globale, la thèse se focalise sur le givrage et dégivrage de l’eau contenue dans le biogaz. Cette opération consomme beaucoup d’énergie et un travail d’optimisation énergétique est mené pour minimiser la consommation d’énergie pour la déshumidification du biogaz de la température ambiante à -78 °C. La représentation des cycles associés au givrage et dégivrage de la glace hydrique et des pertes associées aux montées et descentes en température des masses métalliques des échangeurs requière une modélisation dynamique de ces phénomènes. Du point de vue expérimental les cycles de givrage et dégivrage de l’eau font l’objet d’une optimisation quant à leur gestion.Les travaux de la modélisation donneront lieu à dimensionner les échangeurs des cycles de givrage et de dégivrage. Le but finalement étant l’obtention d’un rendement exergétique le plus élevé possible. Les essais ont permis de valider les modèles d’échangeurs et des systèmes frigorifiques. L’optimisation intègre également le choix des mélanges des fluides frigorigènesEurope's commitment to renewable energy leads to accelerate the biomethane development as a renewable energy. The work of this thesis is based on the Cryo Pur process which is essentially a cooling process that will allow the biogas cooling from ambient temperature to -120 °C. While cooling the biogas, water vapor, CO2 and pollutants must be separated to obtain liquefied biomethane and bio CO2. The objectives pursued are methodological and experimental. The method used is the energy integration associated with an exergy analysis of the process. The analysis integrates the cooling production and the heat production by the refrigeration units for the use in the methanisation process. The energy optimization starts from the exergy analysis and identifies the losses of the various stages of the process and integrates both the cooling production at different temperature levels and the heat production used in the digester. The heat requirement of the digester is around 50 to 55 °C for the thermophilic bacteria. For the biogas upgrading and the liquefaction of biomethane, the cooling requirements are from ambient temperature to -120 °C. In the Cryo Pur process, refrigeration is carried out at 4 different temperature levels: 2 °C, -40 °C, -78 °C and -120 °C. The heat pump is coupled to the various refrigeration systems by cooling a refrigerant at a temperature which is the objective of the overall optimization of the heat pump system. The heat pump cools the condensers of the 4 refrigeration systems and the heat recovered from the refrigeration systems is upgraded to 55 °C by the heat pump.In addition to this overall energy optimization, the thesis focuses on the frosting and defrosting of the water contained in the biogas. This operation consumes a lot of energy. An energy optimization work is carried out to minimize the energy consumption for the dehumidification of biogas from ambient temperature to -78 ° C. The representation of the frosting and defrosting cycles and the losses associated with the temperature of the metallic mass of the heat exchangers requires a dynamic modeling. The dynamic modeling will lead to design the heat exchangers. The ultimate aim is to achieve the highest possible exergy efficiency. Tests made it possible to validate the models of the heat exchangers and refrigeration systems. The optimization also integrates the choice of refrigerant mixtures
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Daoud, Yessmine. "Analyse de modèles de la digestion anaérobie : applications à la modélisation et au contrôle des bioréacteurs." Thesis, Montpellier, 2017. http://www.theses.fr/2017MONTS050/document.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l’analyse mathématique de différents modèles de la digestion anaérobie. Dans la première partie, nous étudions un modèle à quatre étapes avec dégradation enzymatique du substrat (matière organique) qui peut être sous forme solide. Nous étudions l’effet de l’hydrolyse sur le comportement du processus de la digestion anaérobie et de la production du biogaz (méthane et hydrogène). Nous considèrons, dans un premier modèle, que l’hydrolyse se fait d’une manière enzymatique, alors que dans un second, nous supposons qu’elle est réalisée par un compartiment microbien. Les modèles considérés incluent l’inhibition de croissance des bactéries acétogènes, méthanogènes hydrogénétrophes et acétoclastes par plu- sieurs substrats. Pour étudier l’effet de ces inhibitions en présence de l’étape de l’hydrolyse, nous étudions dans un premier temps un modèle sans inhibition. Nous déterminons les équilibres et nous donnons des conditions nécessaires et suffisantes pour leur stabilité. L’existence et la stabilité des équilibres sont illustrées avec des diagrammes opératoires. Nous montrons que le modèle avec hydrolyse enzymatique change la production du méthane et d’hydrogène. En outre, l’introduction du com- partiment hydrolytique microbien donne de nouveaux équilibres et affecte les régions de stabilité. Nous prouvons que la production de biogaz est maximale en un seul point d’équilibre selon les paramètres opératoires et nous déterminons le taux maxi- mal de biogaz produit, dans chaque cas. Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés à un modèle à deux étapes décrivant les phases de l’acétogénèse et de la méthanogénèse hydrogénotrophe. Le modèle représente une relation de syntrophie entre deux espèces microbiennes (les bactéries acétogènes et méthanogènes hydro- génotrophes), avec deux substrats à l’entrée (l’acide gras volatile et l’hydrogène), incluant les termes de mortalité et l’inhibition de croissance des bactéries acéto- gènes par un excès d’hydrogène dans le système. L’analyse de l’existence et de la stabilité des équilibres du modèle donne naissance à un nouvel équilibre qui peut être stable selon les paramètres opératoires du système. En utilisant les diagrammes opératoires, on remarque que, quelle que soit la région de l’espace considérée, il existe un seul équilibre localement exponentiellement stable. Cette étude est géné- ralisée dans le cas où la croissance des bactéries méthanogènes hydrogénotrophes est inhibée. Ce modèle donne naissance à deux équilibres strictement positifs et une bistabilité. Nous illustrons, en utilisant les diagrammes opératoires l’effet de cette inhibition sur la réduction des régions de coexistence et l’émergence de régions de bistabilitéThis PhD thesis focuses on the mathematical analysis of different anaerobic digestion (AD) models. In a first part, we study a 4-step model with enzymatic degradation of the substrate (organic matter) that can partly be under a solid form. We investigate the effects of hydrolysis on the behavior of the AD process and the production of biogas (namely, the methane and the hydrogen). We consider, in a first model, that the microbial enzymatic activity is constant, then we take into consideration an explicit hydrolytic microbial compartment for the substrate biodegradation. The considered models include the inhibition of acetogens, hydroge- notrophic methanogens and acetoclastic methanogens growth bacteria. To examine the effects of these inhibitions in presence of a hydrolysis step, we first study an inhibition-free model. We determine the steady states and give sufficient and neces- sary conditions for their stability. The existence and stability of the steady states are illustrated by operating diagrams. We prove that modeling the hydrolysis phase by a constant enzymatic activity affects the production of methane and hydrogen. Furthermore, introducing the hydrolytic microbial compartment yields new steady states and affects the stability regions. We prove that the biogas production occurs at only one of the steady states according to the operating parameters and state variables and we determine the maximal rate of biogas produced, in each case. In the second part, we are interested in a reduced and simplified model of the AD pro- cess. We focus on the acetogenesis and hydrogenetrophic methanogenesis phases. The model describes a syntrophic relationship between two microbial species (the acetogenic bacteria and the hydrogenetrophic methanogenic bacteria) with two in- put substrates (the fatty acids and the hydrogen) including both decay terms and inhibition of the acetogenic bacteria growth by an excess of hydrogen in the sys- tem. The existence and stability analysis of the steady states of the model points out the existence of a new equilibrium point which can be stable according to the operating parameters of the system. By means of operating diagrams, we show that, whatever the region of space considered, there exists only one locally exponentially stable steady state. This study is generalized to the case where the growth of the hydrogenetrophic methanogens bacteria is inhibited. This model exhibits a rich be- havior with the existence of two positive steady states and bistability. We illustrate by means of operating diagrams the effect of this inhibition on the reduction of the coexistence region and the emergence of a bistability region
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Sarperi, Laura. "Développement d'une filière de production de bio-GNV à partir de biogaz agricole à l'echelle individuelle." Thesis, Nantes, Ecole des Mines, 2014. http://www.theses.fr/2014EMNA0169/document.
Full textAbstract:
L’objectif de cette thèse sous contrat cifre entre la société S3d et l’Ecole des Mines de Nantes a été de développer une solution innovante et rentable de production de bio-GNV (Gaz Naturel pour Véhicules) à l’échelle d’une exploitation agricole. Les solutions testées pour capter le CO2 et l’H2S se sont respectivement basées sur les réactions de carbonatation accélérée et la sulfuration du fer sur matériaux alcalins. Pour cela, un co-produits industriels à faible valeur ajoutée a été identifié : les laitiers sidérurgiques issus de four de conversion à oxygène (laitiers BOF pour Basic Oxygen Furnace). Des essais ont été menés à l’échelle du laboratoire sur le CO2 etl’H2S en réacteurs statiques puis en colonne dynamique. L’étude de la carbonatation accélérée du CO2 sur les laitiers BOF et la chaux a permis d’estimer les capacités de capture du CO2 à 49 gCO2/kgBOF pour les BOF contre 265,4 gCO2/kg chaux pour la chaux. La sulfuration des laitiers par H2S a conduit à une capacité de capture de 7,0 ± 1,0 gH2S/kgBOF. Suite à ces résultats, la faisabilité technique a été évaluée sur un biogaz réel produit sur une exploitation agricole vendéenne. Des tests sur site dans une colonne garnie de 200 g de laitiers en lit fixe pendant 46 jours ont permis de valider la faisabilité de la désulfurisation parles laitiers BOF en conditions réelles. Cependant, les réflexions menées sur la carbonatation du CO2 ont conduit à l’introduction d’une solution alternative à savoir la filtration membranaire. Enfin, le bilan économique sur la filière complète a montré que la rentabilité de cette unité était contrainte par un investissement de 75 000 € subventionné à 30% et la consommation d’au moins 6 pleins/semaineBio-NGV (bio- Natural Gas for Vehicles) is a bio-fuel based on the biogas in which components such as CO2and H2S are removed. But the economical feasibility of available and commercial technologies to perform these removals is limited to 80 Nm3/h of treated biogas. Regarding farm scale biogas plant, fuel needs of 1 fill-upper day would represent the treatment of only 1 Nm3/hof raw biogas. The aim of our work was to develop a solution economically adapted to farm scale to produce bio-NGV from biogas. An alternative and low cost material, BOF slag (Basic Oxygen Furnace slag), was then identified to perform CO2 removal by accelerated carbonation and H2S removal by iron sulfidation. The accelerated carbonation feasibility was evaluated in batch and dynamic reactors under laboratory conditions. But, removal capacities obtained were insufficient to be used under real conditions. Lime was then tested and CO2 removal capacities observed were higher than BOFslag ones but still insufficient. Iron sulfidation by H2Swas also tested under laboratory conditions. Batch reactor and dynamic column investigations led to an interesting H2S removal capacity of 7,0 ± 1,0 gH2S/kgBOF. Based on this result, performances were also validated under real conditions on the biogas produced on site field. According to the whole experimental data, the complete process of bio-NGV production was designed including the H2S removal performed by BOF slag, CO2 removal achieved in two membranes and the 200 bars compression. Finally, the overall economical balance has showed that a total investment of 75 000 € with a subsidy rates of 30% and a weekly fuel consumption between 6 and 28 fill-up/week will lead to a profitable project
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Sigot, Léa. "Epuration fine des biogaz en vue d'une valorisation énergétique en pile à combustible de type SOFC : Adsorption de l'octaméthylcyclotétrasiloxane et du sulfure d'hydrogène." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0098/document.
Full textAbstract:
Les composés traces présents dans les biogaz sont un frein à leur valorisation énergétique. Trois familles ont été identifiées comme particulièrement nocives pour les catalyseurs des reformeurs externes et pour l’anode des piles à combustible de type SOFC : les composés soufrés, siliciés et chlorés. Un traitement poussé du biogaz est donc indispensable pour une telle application. Ce travail à caractère expérimental s’intéresse au développement d’un système de traitement d’affinage destiné à l’adsorption de ces composés. Des matériaux adsorbants ont été sélectionnés pour leur efficacité dans l’élimination du sulfure d’hydrogène (H2S – composé soufré), de l’octaméthylcyclotétrasiloxane (D4 – composé silicié) et du cis-1,2-dichloroéthène (C2H2Cl2 – composé chloré), molécules cibles représentatives des trois familles préjudiciables. La zéolithe étudiée présente la meilleure efficacité d’élimination de l’H2S, tandis que le gel de silice est plus adapté à l’adsorption du D4. Une étude paramétrique a mis en évidence l’influence de la hauteur de lit d’adsorbant, de la concentration en polluant, du débit de gaz, de la présence de composés traces en mélange et de l’humidité sur les performances épuratoires. Des essais sur un biogaz brut d’installation de stockage de déchets non dangereux ont montré qu’il est possible de maintenir une concentration en H2S sous le seuil de tolérance de 1 ppmvH2S du reformeur. En s’appuyant sur des caractérisations physico-chimiques des adsorbants, des hypothèses concernant les mécanismes de rétention ont été proposées pour les couples zéolithe + H2S et gel de silice + D4. L’H2S est adsorbé puis oxydé en soufre élémentaire à la surface de la zéolithe. Lors de l’adsorption sur gel de silice, le D4 semble polymériser en surface. Ces deux phénomènes empêchent la régénération des adsorbants. Une première approche de modélisation des phénomènes d’adsorption pour le couple gel de silice + D4 a permis de déterminer le coefficient global de transfert de masse. Les courbes de percée obtenues expérimentalement pour différentes masses d’adsorbant ont été simulées avec succès. Des « règles de dimensionnement » ont été proposées pour un dimensionnement industriel d’un traitement d’affinage pour une valorisation en SOFC. L’analyse technico-économique a montré que la filière SOFC envisagée est viable techniquement, mais pas économiquement, la technologie SOFC étant encore trop coûteuse par rapport aux techniques de valorisation conventionnelles. Toutefois, la solution semble prometteuse d’un point de vue environnementalBiogas energy use is hampered by the presence of trace compounds. Three contaminant families are particularly detrimental for external reforming catalysts and solid oxide fuel cell (SOFC) anodes: sulfur-containing compounds, volatile organic silicon compounds (VOSiC) and chlorinated compounds. Therefore, a thorough biogas treatment is necessary for such an application. This experimental work deals with the development of a polishing treatment for the adsorption of these contaminants. Adsorbents were selected for their efficiency to remove hydrogen sulfide (H2S – sulfur-containing compound), octamethylcyclotetrasiloxane (D4 – VOSiC) and cis-1,2-dichloroéthene (C2H2Cl2 – chlorinated compound), molecules representative of the three harmful families. The studied zeolite showed the best efficiency for H2S removal whereas silica gel performed best for D4 adsorption. A parametric study highlighted the influence of adsorbent bed height, contaminant concentration, gas flow rate, the presence of contaminants in mixture and humidity on purification performance. Adsorption tests with a raw landfill biogas showed that it is possible to guarantee an H2S concentration below the 1 ppmvH2S tolerance limit of the reformer. Using adsorbent physicochemical characterizations, hypothesis about retention mechanisms were proposed for the couples zeolite + H2S and silica gel + D4. H2S is adsorbed and then oxidized into elemental sulfur at the surface of the zeolite. During the adsorption on silica gel, D4 seems to polymerize on the surface. These two phenomena prevent the regeneration of the adsorbents. A first modeling approach of the adsorption phenomena involved for the couple silica gel + D4 allowed the determination of the global mass transfer coefficient. Experimental breakthrough curves obtained for different masses of adsorbent were successfully simulated. Some “dimensioning rules” were proposed for the industrial design of a polishing treatment able to produce a biogas with the quality required to feed an SOFC. The techno-economic analysis showed that the SOFC solution is technically feasible but not economically viable because SOFC technology is still too costly compared to conventional conversion devices. However, the solution seems promising from an environmental point of view
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Truong, Linda Vân-Anh. "Purification du biogaz provenant de la digestion anaérobie du lisier de porc." Sherbrooke : Université de Sherbrooke, 2004.
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Fougerit, Valentin. "Développement d’un procédé innovant d’épuration du biogaz par mise en oeuvre de contacteurs à membranes." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLC053/document.
Full textAbstract:
L’épuration est une solution attractive pour la valorisation du biogaz. Néanmoins, les coûts associés à ces procédés constituent un frein au développement, en particulier pour l’épuration du biogaz d’origine agricole.Ces travaux ont évalué le contacteur à membranes, technologie issue du poumon artificiel, pour le développement d’un procédé d’absorption physique, robuste et répondant aux exigences de la filière. Un pilote expérimental modulaire (150-880 NL/h biogaz) a permis d’investiguer les performances du procédé en termes de rendement méthane R_CH4 et de qualité méthane y_CH4,out.Le contacteur à membranes permet de produire un biométhane répondant aux spécifications de l’injection réseau. Les paramètres opératoires clés ont été mis en évidence par un plan d’expérience. Parmi les limites connues du procédé, l’effet de l’humidification de la membrane sur le débit d’absorption du CO2 reste limité (< 10.5%) : une nouvelle description de l’humidification des pores a été proposée. La composition du gaz est plus limitante : le coefficient de transfert du CO2 est divisé par un facteur 2-3 lorsque celui-ci est présent en mélange plutôt qu’en gaz pur. Plusieurs configurations et solvants ont été testés pour améliorer les performances. L’intégration d’une boucle de recyclage et le remplacement de l’eau par une solution de sels (KCl) ont permis de déployer un procédé breveté atteignant les performances visées (R_CH4=98.7%, y_CH4,out=97.5%) : le flux membranaire est de 42 NL/m2/h CO2.En vue d’un dimensionnement industriel, un modèle original de transfert a été développé pour intégrer la géométrie interne spécifique du module membranaire. Optimisé et validé pour l’absorption de CO2 pur, cet outil numérique a nécessité l’optimisation d’une correction additionnelle inspirée des lois de diffusion pour décrire la limite observée en présence d’un mélange de gaz.Une mise à l’échelle est proposée pour 3 unités industrielles (100, 250 et 500 Nm3/h biogaz) sur la base des équipements disponibles. Les dimensionnements obtenus par analyse dimensionnelle ou par modélisation numérique diffèrent de 25 à 40 % et doivent encore être validésUpgrading is an attractive pathway for biogas utilization. Yet, the costs associated to these processes are still an obstacle to a widespread development, specifically in the case of farm anaerobic digestion units.This PhD has assessed membrane contactor, a technology derived from the artificial lung, for the development of a robust gas-liquid physical absorption process meeting the biogas industry expectations. A modular experimental pilot (150-880 NL/h biogas) was designed to investigate the performances in terms of methane recovery R_CH4 and methane quality y_CH4,out.The membrane contactor technology turned out to be suitable to produce a gas-grid quality biomethane. Key operating parameters were identified through a Design of Experiments. Among known process limitations, membrane wetting was found to have little influence on CO2 absorption (< 10.5%): a new pore wetting description was suggested. Gas composition was a stronger limitation: the CO2 mass transfer coefficient was divided by a factor 2-3 in the presence of a gas mixture instead of as a pure gas.Process configurations and solvents were successively tested to improve the performances. The addition of a methane recycling loop and the replacement of water by a saline solution (KCl) were combined into a patent and reached the targeted performances (R_CH4=98.7%, y_CH4,out=97.5%): the corresponding absorbed flux is 42 NL/m2/h CO2.For a process upscaling purpose, an original mass transfer model was developed to describe the specific internal geometry of the membrane module. Firstly optimized and validated for the absorption of pure CO2, this numerical tool has required an optimized additional correction inspired from diffusion laws to account for the mass transfer limitation observed for a binary gas mixture.Process designs are suggested for 3 industrial cases (100, 250 and 500 Nm3/h biogas) based on an available membrane contactor range. The process sizings resulting from the dimensional analysis methodology or numerical simulation differ from 25 to 40 % and must then be confirmed
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Chemcheng, Xaya. "L'éducation à l'environnement au Laos : une proposition d'ingénierie didactique autour du biogaz pour les lycéens, et d'ingénierie de formation à la technologie du biogaz pour les villageois-éleveurs." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2004. http://www.theses.fr/2004GRE10049.
Full textAbstract:
Cette thèse essaie de répondre à des préoccupations des organismes nationaux laos concernant le développement des ressources humaines, afin d'améliorer la qualité de l'éducation formelle et non formelle, le développement du système de production tout en préservant l'environnement de manière durable. Dans une première partie, nous présentons l'analyse du contexte de l'implantation du biogaz au Laos, les problèmes rencontrés, la méthodologie utilisée afin d'identifier les contraintes et obstacles et l'élaboration de la problématique. Dans la deuxième partie, nous étudions les savoirs en jeu dans la production du biogaz, dans son système technique de production, et dans la gestion organisationnelle de l'élevage. Nous étudions aussi la transposition de ces savoirs dans l'enseignement au lycée, et celle des savoirs techniques concernant la maintenance du digesteur dans la formation des villageois-éleveurs. Dans la troisième partie, nous élaborons, à partir des résultats des études conduites dans les chapitres précédents, une ingénierie didactique en classe L2 du lycée, construite dans le cadre d'un atelier biogaz, et une proposition de formation des éleveurs villageois à la maintenance de leur digesteur.
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Robles-Martinez, Fabian. "Etude de l'évolution bio-physico-chimique des ordures ménagères en conditions de mise en balles enrubannées." Lyon, INSA, 1999. http://www.theses.fr/1999ISAL0070.
Full textAbstract:
Le travail réalisé est relatif à l'étude de l'évolution biologique de la matière organique au sein des ordures ménagères compactées avec-enrubannage plastique. Ce travail est composé de quatre phases. - Dans la première phase, nous avons étudié l'effet des teneurs en matière organique putrescible et en eau et de l'étanchéité à l'air. - La phase suivante a consisté à étudier l'effet du compactage et de la disponibilité en eau. - La troisième partie a porté •sur l'étude du rôle du pH dans la biodégradabilité des ordures ménagères. - Finalement, dans la dernière étape, on a étudié l'évolution à long terme des ordures ménagères en conditions de mise en balle. Seize essais ont été réalisés au laboratoire, qui ont été suivis de 3 mois à 3 ans, et où on a fait varier plusieurs facteurs. Pour confronter les résultats de laboratoire à des situations réelles d'ordures en balles,-un suivi de deux balles réelles a été réalisé pendant douze mois sur un site du laboratoire à l’INSA. L'ensemble des résultats a montré que le stockage des ordures ménagères en balles enrubannées permet de réduire considérablement l'évolution biologique des ordures ménagères, ce qui fait de la mise en balles une bonne méthode pour stocker les ordures ménagères temporairement. La cause principale de l'absence de biodégradation significative est l'acidification rapide des ordures. Celle-ci est due à l'activité de bactéries- hydrolytiques acidogènes capables de démarrer une biodégradation des ordures dans les tous premiers jours d'incubation, ce qui conduit à une acidification du milieu, qui empêche l'activité des micro-organismes acetogènes et méthanogènesThis study concerns the biodegradation of organic matter inside wrapped hales. This work is composed of 4 phases. - The effects of organic matter content, humidity and the conditions of aeration have been studied in the first phase. - In the second phase, the effect of compaction and the water disponibility have been studied. - In the third phase, we studied the role of pH in biodegradation of municipal wastes. - Finally, the long term behaviour of wrapped hales was studied Sixteen 1aboratory assays were studied. These assays were monitored between three months and three years and many factors were varied A monitoring of real wrapped bales during one year was made for comparing the laboratory results and the behaviour of baled household waste. Results have shown that the storage of domestic wastes in wrapped bales allowed a considerable reduction in the biodegradation. Baling is a good method for temporary storage of household wastes. The main reason for the absence of biodegradation was the rapid acidification of the wastes. This was due to the activity of hyarolytic-acidogenic bacteria capable of degrading the waste in the first few days after baling. In these conditions the activity of acetogenic or methanogenic anaerobic bacteria was inhibited
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Truong, Linda Vân-Anh. "Purification du biogaz provenant de la digestion anaérobie du lisier de porc." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2004. http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/1242.
Full textAbstract:
L'objectif principal de cet ouvrage est de proposer et d'étudier en profondeur une méthode simple, efficace, économique et écologique pour filtrer le sulfure d'hydrogène contenu dans le biogaz, afin de l'utiliser dans les équipements de combustion ou de génération d'électricité installés directement sur le site d'une ferme porcine. Les travaux présentés dans ce mémoire démontrent la faisabilité de mettre en oeuvre le traitement du sulfure d'hydrogène sur une ferme porcine, par l'installation d'unités de filtration de la compagnie Sulfatreat en amont des équipements de combustion et de génération d'électricité. Les coûts d'investissement et d'opération sont raisonnables, l'adsorbant utilisé est non corrosif, non toxique et respecte les normes environnementales. L'opération du procédé est simple et peut aisément être réalisée par le fermier lui-même.--Résumé abrégé par UMI.
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Abbas, Ghaleb Reine. "Production d'énergie propre à partir d'une source renouvelable : combustion catalytique du biogaz." Lyon 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LYO10031.
Full textAbstract:
Cette étude concerne l’oxydation totale du méthane à haute température sur des catalyseurs à base de palladium. L’application visée est la production d’énergie thermique à partir du biogaz de fermentation issu des décharges d’ordures ménagères. Si le biogaz contient essentiellement du méthane qu’il convient de valoriser, il contient aussi de nombreux composés dont notamment des composés soufrés dont la présence est susceptible de réduire fortement l’activité du catalyseur. Des catalyseurs de palladium ont été déposés sur des supports choisis pour leur excellente thermostabilité et leurs propriétés acido-basiques variables : MgAl2O4, une zircone yttriée, une alumine stabilisé au lanthane et un aluminate de bore. Un catalyseur Pd/Al2O3 a aussi été étudié. Les catalyseurs ont été caractérisés par différentes méthodes physico-chimiques et étudiés dans la combustion du méthane en présence ou non de H2S. Selon le support utilisé, on observe une interaction variable entre la phase active et le support. Cette interaction influence l’activité catalytique, la stabilité de PdO et la résistance à l’empoisonnement par les composés soufrésThis study concerns the total methane oxidation at high temperature on catalysts made from palladium. The aim of our application is the production of thermic energy by using the biogas produced by fermentation of landfill waste. If the biogas contains essentially methane that we can used to produce energy, it contains also many other compounds like sulphur compounds. The presence of sulphur compounds can reduce the catalyst activity. Catalysts made from palladium were putted on supports chosen because of their excellent thermostability and their different acido-basic properties: MgAl2O4, yttrium stabilized zirconia, alumina stabilised with lanthanium and boron alumina. The catalyst Pd/Al2O3 was also studied. Catalysts were characterized by differents physico-chemical characterization methods and studied in the methane combustion with or without H2S. According to the used support, we observe a variable interaction between the active phase and the support. This interaction affect the catalytic activity, PdO stability and the sulphur resistance
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Tanios, Carole. "Caractérisation, évaluation de la toxicité du biogaz issu de déchets ménagers et valorisation par reformage catalytique." Thesis, Littoral, 2017. http://www.theses.fr/2017DUNK0474/document.
Full textAbstract:
Ce travail étudie la récupération de la fraction fermentescible des déchets. En effet, la matière organique se décompose en absence d'oxygène et produit simultanément du biogaz. L'une des technologies émergentes consiste à utiliser le CH₄ et le CO₂, les deux principaux composants du biogaz. C'est la réactionde reformage à sec du méthane (CH₄ + CO₂ → 2 CO + 2 H₂), particulièrement intéressante, car elle se permet de produire un gaz de synthèse avec un rapport H₂/CO proche de 1, avantageux pour plusieurs applications industrielles, et de se débarrasser de deux gaz à effet de serre. Cependant, vu son caractère endothermique, le reformage à sec du méthane nécessite l'utilisation d'un catalyseur, pour éviter d'avoir à opérer à des températures très élevées pour obtenir des conversions suffisantes. De plus, le reformage à sec du méthane s'accompagne de réactions secondaires, dont certaines conduisent à la formation de carbone. Dans ce contexte, les efforts sont orientés vers le développement de systèmes catalytiques ayant une bonne activité et une bonne résistance aux dépôts de carbone. Dans ce travail, des échantillons réels de biogaz sont analysés dans deux centres de biométhanisation, l'un en France et l'autre au Liban. Nos résultats montrent que le vrai biogaz est composé, outre des composants majeurs CH₄ et CO₂, de NH₃, H₂S, de quelques terpènes et de certains COV. Ensuite, des oxydes mixtes de Co, Ni, Mg et Al sont préparés en utilisant la voie hydrotalcite, afin d'obtenir des propriétés catalytiques intéressantes dans le reformage à sec du méthane. L'évaluation des performances catalytiques en présence de certaines impuretés présentes dans le biogaz telles que les composés organiques volatils (toluène) fait également partie de ce travail. Enfin, la toxicité du biogaz issu des centres de biométhanisation est évaluée. Des cultures de cellules pulmonaires humaines (BEAS-2B) sont ainsi exposées à l'interface air/liquide en utilisant le système Vitrocell®. Après exposition des cellules, un ensemble de marqueurs de toxicité est déterminé. Par cette étude, l'impact du biogaz sur la santé humaine sera évaluéThis work studies the energy recovery of the fermentable fraction of waste. Indeed, organic matter decomposes in the absence of oxygen and simultaneously produces biogas. One of the emerging technologies is to upgrade CH₄ and CO₂, the two major components of biogas. This is the dry reforming of methane (CH₄ + CO₂ → 2 CO + 2 H₂) (DRM), which is particularly interesting, since it makes possible to produce a synthesis gas with a H₂/CO ratio close to 1, advantageous for several industrial applications, and to get rid of two greenhouse gases. However, due to its endothermic nature, the dry reforming of methane requires the use of a catalyst, to avoid operating at very high temperatures in order to obtain sufficient conversions. Moreover, the dry reforming of methane is accompanied by secondary reactions, some of which lead to the formation of carbon. In this context, efforts have been focused on the development of catalytic systems with good activity and good resistance against carbon deposition. In this work, real biogas samples were analyzed at two biomethanation centers, one in France and the other in Lebanon. Thus, knowing the identity and the quantity of the various compounds, a study of their effect on the efficiency of the catalyst is done. Our results show that the real biogas is composed, besides the major components, CH₄ and CO₂, of NH₃, H₂S, some terpenes ans some VOCs. In addition, mixed oxides of Co, Ni, Mg and Al were prepared using the hydrotalcite route, in order to obtain interesting catalytic properties. The prepared systems were characterized by different physicochemical techniques and tested in the dry reforming of methane. The Co-Ni based system seems to be the best system joining the high activity of nickel with the high resistance of cobalt towards carbon deposition. The evaluation of the catalytic performances in the presence of some impurities that exist in biogas quch as volatile organic compounds (toluene) is also a part of this work. Finally, the toxicity of biogas collected from biomethanation centers was evaluated. Human lung cell cultures (BEAS-2B) were thus exposed at the air / liquid interface using the Vitrocell® system. After exposure of the cells, a set of toxicity markers is determined. In this study, the impact of biogas on human health will be evaluated
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Charry, Prada Iran David. "Etude et conception de réacteurs polyphasés en vue de la désulfuration de biogaz en pré- et post- combustion." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEM019/document.
Full textAbstract:
Le biogaz est une source d’énergie qui intéresse de plus en plus l’Europe et notamment la France pour ses avantages environnementaux et économiques. Produit de la fermentation de matière organique, il contient du biométhane. Ce dernier est une alternative plus durable aux énergies fossiles. Cependant, à l’état brut, les polluants dans le biogaz peuvent provoquer des dégâts sur la santé et l’environnement, notamment en raison de la présence de siloxanes et des composés soufrés. L’objectif de cette recherche consiste donc à développer des méthodes améliorant à la fois économiquement et écologiquement la désulfuration du biogaz, dans le but de les intégrer aux unités de traitement du biogaz déjà existantes et présentes sur le territoire. A partir d’un état de l’art sur les propriétés du biogaz et ses traitements de purification, deux procédés ont été particulièrement mis en avant et étudiés dans cette thèse. Le premier correspond au traitement de la désulfuration en précombustion consistant à éliminer le H2S et les siloxanes à travers un réacteur polyphasé à barbotage gaz-liquide spécifique, utilisant un nouveau solvant avec des propriétés « superacides ». Le second, quant à lui, correspond au traitement en postcombustion de la désulfuration des fumées provenant de la combustion du gaz, via un réacteur polyphasé à lit fixe gaz-solide. Pour ce faire, un prototype de l’unité de désulfuration est intégralement conçu, construit et testé dans le cadre de la thèse. Cette thèse présente notamment le développement des différents modèles numériques, ainsi que les résultats d’expériences en laboratoire, confirmant l’efficacité de ces procédés innovantsBiogas. It is an energy source increasingly popular in Europe, remarkably in France, due to its environmental-friendly and economic-saving capabilities. It is produced by the organic matter fermentation, leading to biomethane production, as a sustainable alternative to fossil fuels. Nevertheless, as a raw gas, pollutants in biogas lead to environmental, health and process-related issues, especially because of its unique content on sulfur compounds. The objective of this research is to develop new processes, economically and environmentally feasible, for biogas desulfurization, seeking a process integration in existing biogas treatment units in France. Considering the state of the art on biogas properties and its possible purification treatments, two processes have been identified and studied in this thesis. The first process is a precombustion desulfurization treatment aiming to eliminate the H2S and the siloxanes through a gas-liquid bubbling-typed polyphasic reactor. This reactor is equipped with a new solvent with “superacid” properties. The second process is a postcombution desulfurization treatment for stack gas, through a gas-solid fixed-bed polyphasic reactor. A prototype of this unit was entirely designed, built and tested in the thesis. This thesis describes the applied research method, the developed numerical models, and the experimental results confirming the efficiency of the novel processes
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Sales, Silva Luiz Paulo. "Procédé de séparation par formation sélective d'hydrates de gaz pour la valorisation du biogaz." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLY021/document.
Full textAbstract:
Le biogaz, constitué essentiellement de méthane et de dioxyde de carbone, représente une voie alternative aux sources d’énergies fossiles. Pour être valorisé le mélange doit être séparé dans un procédé de séparation de gaz. Ces dernières années, un nouveau procédé basé sur la formation d'hydrates de gaz (GSHF) a suscité une attention particulière dans la communauté scientifique. Basé sur une transition de phase hydrate – liquide – vapeur conduite en présence de promoteurs thermodynamiques, la purification est supposée demander moins d’énergie et moins de réactifs dangereux pour l’environnement que les procédés chimiques traditionnels comme l’absorption dans des solutions d’amines. Une connaissance des équilibres de phase dans les systèmes eau + gaz + additifs est essentielle à la validation du procédé. Dans ce projet, nous avons étudié quatre promoteurs, le bromure de trétrabutylammonium (TBAB), le bromure de tétrabutylphosphonium (TBPB), l’oxyde de tributylphosphine (TBPO) et le tétrahydropyrane (THP), qui ont pour buts d’abaisser la consommation d'énergie et d’améliorer la cinétique et la sélectivité du procédé. Une partie de ce projet a été consacrée à déterminer les conditions d'équilibre d'hydrates de gaz en présence de ces promoteurs et différentes phases gaz (CO2, CH4 et biogaz simulé). Les méthodes de calorimétrie différentielle à balayage (DSC) ont été appliquées pour mesurer les températures de transition de phase. De nouvelles données d'équilibre de phases ont été déterminées pour les systèmes hydrates de gaz + promoteurs. Dans la deuxième partie du projet, nous avons effectué des mesures quantitatives dans un réacteur instrumenté afin d'évaluer le procédé GSFH pour la valorisation du biogaz. Chaque promoteur a été évalué tant sur le plan de la cinétique (temps, d’induction, vitesse de croissance cristalline) que sur celui de la thermodynamique (quantité de gaz piégé, sélectivité). L'optimisation du programme de formation / dissociation des hydrates a montré d'excellents résultats en termes de cinétiqueBiogas represents an alternative path to fossil energies. It is composed mainly by methane and carbon dioxide. This couple must be separated in a gas separation process. In recent years, the new process based on gas hydrate formation (GSHF) has taken special attention in academic community. Besides, the use of thermodynamic promoters can increase the efficiency of the process. Since GSFH is based on phase transition phenomenon, knowledge about phase equilibria is essential. In this project, we have selected and studied four thermodynamic promoters (tretrabutylammonium bromide / TBAB; tetrabutylphosphonium bromide / TBPB; tributylphosphine oxide / TBPO; tetrahydropyran / THP) that have potential to improve GSFH process of biogas in terms of stability gain (less energy consumption), kinetics and selectivity. One part of this project consisted in determining the gas hydrate equilibrium conditions involving these promoters and the different gas phases (CO2, CH4 and simulated biogas). Differential scanning calorimetry (DSC) methods were applied to measure the phase transition temperatures. Therefore, new phase equilibrium data were determined for the promoter/gas hydrate systems. In the second part of the project, we carried out quantitative measurements in an instrumented reactor in order to evaluate the GSFH process for upgrading biogas. Each promoter was evaluated in kinetics and thermodynamics aspects, such as crystal growth rate, amount of gas trapped into the hydrate phase, and selectivity. The optimization of the hydrate formation / dissociation cycle showed excellent results in terms of kinetics improvement
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Tran, Vu Tung Lam. "Purification du biogaz pour sa valorisation énergétique : adsorption de siloxanes sur charbons actifs." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSE1074.
Full textAbstract:
Le biogaz issu de la dégradation anaérobie de matières organiques peut remplacer le gaz naturel dans plusieurs applications. Pour une meilleure valorisation énergétique du biogaz, ce travail s’intéresse à l’élimination des composés organiques volatils du silicium (siloxanes) dans biogaz par l’adsorption sur des matériaux poreux. Trois charbons actifs (CA) commerciaux ont été utilisés pour l’adsorption des siloxanes. Leurs propriétés physicochimiques sont caractérisées par plusieurs techniques. Un CA montre excellent capacité d’adsorption d’octaméthylcyclotétrasiloxane (D4) ce qui est bien supérieur que l’autre. En présence de la vapeur, les capacités d’adsorption des CA peuvent être réduites plus ou moins fort dépendant de dégrée d’humidité relative et la présence des sites hydrophiles sur la surface de CA. Ainsi, la capacité des échantillons possédant ces sites spécifiques est réduite après la thermodésorption à cause de la formation des espèces non volatiles sur la surface de CA. Tests avec d’autres siloxanes ont montré que le phénomène de polymérisation s’est produit avec de réactivité et de mécanisme différent, dépendant de la nature du CA et de siloxane. La polymérisation est toujours plus importante pour le CA qui présent plus de sites hydrophiles, conduisant également à sa plus faible régénérabilitéBiogas issued from the anaerobic digestion of organic materials is a renewable energy source that can replace natural gas in many applications. For a better energy recovery of biogas, this work focuses on the elimination of the volatile organic compounds of silicon (siloxanes) in biogas by the adsorption onto porous materials. Three commercial activated carbons (CA) were used for the adsorption of siloxanes. Their physicochemical properties are characterized by several techniques. Measurement of adsorption capacity of octamethylcyclotetrasiloxane (D4) revealed a CA that works better than the others. In presence of water vapor, the adsorption capacities of all AC can be reduced more or less depending on the degree of relative humidity and the presence of the hydrophilic sites on the surface of AC. Also, D4 adsorption capacity of samples with these specific sites is reduced after thermodesorption due to formation of nonvolatile species on the surface of AC. Tests with other siloxanes showed that the polymerization phenomenon occurred with different reactivity and mechanism, depending on the nature of the CA and siloxane. The polymerization is always more important for the CA which has more hydrophilic sites, thus leading to its lower regenerability
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Ghouali, Amel. "Analyse et contrôle optimal d'un bioréacteur de digestion anaérobie." Thesis, Montpellier, 2015. http://www.theses.fr/2015MONTS106/document.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l'analyse et le contrôle optimal d'un digesteur anaérobie. L'objectif est de proposer une stratégie de commande optimale pour maximiser la quantité de biogaz produit dans un bioréacteur anaérobie sur une période de temps donnée. Plus particulièrement, à partir d'un modèle simple de bioprocédé et en considérant une classe importante de cinétiques de croissance, nous résolvons un problème de maximisation de biogaz produit par le système pendant un temps fixé, en utilisant le taux de dilution D(.) comme variable de contrôle. Dépendant des conditions initiales du système, l'analyse du problème de contrôle optimal fait apparaître des degrés de difficulté très divers. Dans une première partie, nous résolvons le problème dans le cas où le taux de dilution permettant de maximiser le débit de gaz à l'équilibre est à l'intérieur des bornes minimales et maximales du débit d'alimentation pouvant être appliqué au système : il s'agit du cas WDAC (Well Dimensioned Actuator Case). La synthèse du contrôle optimal est obtenue par une approche de comparaison de trajectoires d'un système dynamique. Une étude comparative des solutions exactes avec celle obtenues avec une approche numérique directe en utilisant le logiciel "BOCOP" est faite. Une comparaison des performances du contrôleur optimal avec celles obtenues en appliquant une loi heuristique est discutée. On montre en particulier que les deux lois de commande amènent le système vers le même point optimal. Dans une deuxième partie, dans le cas où l'actionneur est sous- (ou sur-) dimensionné, c'est-à-dire si la valeur du taux de dilution à appliquer pour obtenir le maximum de biogaz à l'équilibre est en dehors de la valeur minimale ou maximale de l'actionneur, alors nous définissons les cas UDAC (Uder dimensioned Actuator Case) et ODAC (Over Dimensioned Actuator Case) que nous résolvons en appliquant le principe du maximum de PontryaginThis thesis focuses on the optimal control of an anaerobic digestor for maximizing its biogas production. In particular, using a simple model of the anaerobic digestion process, we derive a control law to maximize the biogas production over a period of time using the dilution rate D(.) as the control variable. Depending on initial conditions and constraints on the actuator, the search for a solution to the optimal control problem reveals very different levels of difficulty. In the first part, we consider that there are no severe constraints on the actuator. In particular, the interval in which the input flow rate lives includes the value which allows the biogas to be maximized at equilibrium. For this case, named WDAC (Well Dimensioned Actuator Case) we solve the optimal control problem using classical tools of differential equations analysis.Numerical simulations illustrate the robustness of the control law with respect to several parameters, notably with respect to initial conditions. We use these results to show that an heuristic control law proposed in the literature is optimal in a certain sense. The optimal trajectories are then compared with those given by a purely numerical optimal control solver (i.e. the "BOCOP" toolkit) which is an open-source toolbox for solving optimal control problems. When the exact analytical solution to the optimal control problem cannot be found, we suggest that such numerical tool can be used to intuiter optimal solutions.In the second part, the problem of maximizing the biogas production is treated when the actuator is under (-over) dimensioned. These are the cases UDAC (Under Dimensioned Actuator Cases) and ODAC (Over Dimensioned Actuator Cases). Then we solve these optimal problems using the Maximum Principle of Pontryagin
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Morais, Joácio de Araujo júnior Gourdon Rémy Bayard Rémy. "Influence des pré-traitements mécaniques et biologiques des Ordures Ménagères Résiduelles (OMR) sur leur comportement bio-physico-chimique en Installation de Stockage de Déchets (ISD)." Villeurbanne : Doc'INSA, 2007. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?id=de_araujo_morais.
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Chiriac, Rodica Elena Carré Jean Perrodin Yves. "Caractérisation des émissions de composés organiques volatils issus des centres de stockage de déchets ménagers et assimilés et de leur dispersion dans l'environnement." Villeurbanne : Doc'INSA, 2005. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?id=chiriac.
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Fedeli, Matteo. "Vers la valorisation des déchets industriels : production de bio-DME à partir de biogaz." Electronic Thesis or Diss., Université de Toulouse (2023-....), 2024. http://www.theses.fr/2024TLSEP018.
Full textAbstract:
Cette thèse étudie la faisabilité industrielle du bio-diméthyléther (bio- DME) production à partir de biogaz. L'étude comprend une exploration approfondie, y compris une comparaison technico-économique et environnementale complète des utilisations du biogaz conventionnel et alternatif, analyse du comportement dynamique du procédé bio-DME, évaluations économiques de la production directe et indirecte de DME méthodes, et la proposition d'un procédé innovant de synthèse de bio-DME mettant en vedette des catalyseurs à haute activité de CO2 et un réacteur sous licence du Politecnico di Milano. Utilisation d'outils de simulation avancés (Aspen HYSYSv11, Aspen PLUSv11,AVEVA™Dynamic Simulation), logiciel d'évaluation de l'impact environnemental (SimaPro) et l'analyse du processus de hiérarchie analytique (AHP) avec Matlab, le la recherche donne des résultats significatifs. La simulation dynamique révèle une schémas de conception, et le processus bio-DME proposé atteint un état stable condition en environ 11 heures, produisant un produit pur à 99,9 % à un taux de 16 800 tonnes/an. L’étude comparative entre DME direct et indirect les méthodes de production indiquent des niveaux de rentabilité similaires mais avec des distinctions dans l’investissement initial en capital et les coûts opérationnels. Par ailleurs, l'environnement l'évaluation d'impact démontre que la production de bio-DME présente des résultats supérieur performance environnementale, en particulier dans des catégories telles que le réchauffement climatiqu potentiel (GWP), écotoxicité, utilisation des terres et utilisation de l’eau. L'étude soulign le rôle essentiel des incitations gouvernementales dans la production de bio-DME économiquement viable et écologiquement durable. Cette recherche contribue des informations précieuses sur le domaine de la production d'énergie durable, mettant en évidence le potentiel de la synthèse du bio-DME et l’importance du processus innovant configurationsThis Ph.D. thesis investigates the industrial feasibility of bio-dimethyl ether (bio- DME) production from biogas. The study encompasses a thorough exploration, including a comprehensive techno-economic-environmental comparison of conventional and alternative biogas utilization, dynamic behavior analysis of the bio-DME process, economic evaluations of direct and indirect DME production methods, and the proposal of an innovative bio-DME synthesis process featuring high CO2 activity catalysts and a licensed reactor from Politecnico di Milano. Utilizing advanced simulation tools (Aspen HYSYSv11, Aspen PLUSv11, AVEVA™Dynamic Simulation), environmental impact assessment software (SimaPro), and Analytical Hierarchy Process (AHP) analysis with Matlab, the research yields significant results. The dynamic simulation reveals optimal design layouts, and the proposed bio-DME process achieves a steady-state condition in approximately 11 hours, producing 99.9% pure product at a rate of 16,800 tons/year. The comparative study between direct and indirect DME production methods indicates similar profitability levels but with distinctions in initial capital investment and operational costs. Furthermore, the environmental impact assessment demonstrates that bio-DME production exhibits superior environmental performance, particularly in categories such as global warming potential (GWP), ecotoxicity, land use, and water usage. The study emphasizes the critical role of government incentives in making bio-DME production economically viable and environmentally sustainable. This research contributes valuable insights into the field of sustainable energy production, highlighting the potential of bio-DME synthesis and the significance of innovative process configurations
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Sales, Silva Luiz Paulo. "Procédé de séparation par formation sélective d'hydrates de gaz pour la valorisation du biogaz." Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLY021.
Full textAbstract:
Le biogaz, constitué essentiellement de méthane et de dioxyde de carbone, représente une voie alternative aux sources d’énergies fossiles. Pour être valorisé le mélange doit être séparé dans un procédé de séparation de gaz. Ces dernières années, un nouveau procédé basé sur la formation d'hydrates de gaz (GSHF) a suscité une attention particulière dans la communauté scientifique. Basé sur une transition de phase hydrate – liquide – vapeur conduite en présence de promoteurs thermodynamiques, la purification est supposée demander moins d’énergie et moins de réactifs dangereux pour l’environnement que les procédés chimiques traditionnels comme l’absorption dans des solutions d’amines. Une connaissance des équilibres de phase dans les systèmes eau + gaz + additifs est essentielle à la validation du procédé. Dans ce projet, nous avons étudié quatre promoteurs, le bromure de trétrabutylammonium (TBAB), le bromure de tétrabutylphosphonium (TBPB), l’oxyde de tributylphosphine (TBPO) et le tétrahydropyrane (THP), qui ont pour buts d’abaisser la consommation d'énergie et d’améliorer la cinétique et la sélectivité du procédé. Une partie de ce projet a été consacrée à déterminer les conditions d'équilibre d'hydrates de gaz en présence de ces promoteurs et différentes phases gaz (CO2, CH4 et biogaz simulé). Les méthodes de calorimétrie différentielle à balayage (DSC) ont été appliquées pour mesurer les températures de transition de phase. De nouvelles données d'équilibre de phases ont été déterminées pour les systèmes hydrates de gaz + promoteurs. Dans la deuxième partie du projet, nous avons effectué des mesures quantitatives dans un réacteur instrumenté afin d'évaluer le procédé GSFH pour la valorisation du biogaz. Chaque promoteur a été évalué tant sur le plan de la cinétique (temps, d’induction, vitesse de croissance cristalline) que sur celui de la thermodynamique (quantité de gaz piégé, sélectivité). L'optimisation du programme de formation / dissociation des hydrates a montré d'excellents résultats en termes de cinétiqueBiogas represents an alternative path to fossil energies. It is composed mainly by methane and carbon dioxide. This couple must be separated in a gas separation process. In recent years, the new process based on gas hydrate formation (GSHF) has taken special attention in academic community. Besides, the use of thermodynamic promoters can increase the efficiency of the process. Since GSFH is based on phase transition phenomenon, knowledge about phase equilibria is essential. In this project, we have selected and studied four thermodynamic promoters (tretrabutylammonium bromide / TBAB; tetrabutylphosphonium bromide / TBPB; tributylphosphine oxide / TBPO; tetrahydropyran / THP) that have potential to improve GSFH process of biogas in terms of stability gain (less energy consumption), kinetics and selectivity. One part of this project consisted in determining the gas hydrate equilibrium conditions involving these promoters and the different gas phases (CO2, CH4 and simulated biogas). Differential scanning calorimetry (DSC) methods were applied to measure the phase transition temperatures. Therefore, new phase equilibrium data were determined for the promoter/gas hydrate systems. In the second part of the project, we carried out quantitative measurements in an instrumented reactor in order to evaluate the GSFH process for upgrading biogas. Each promoter was evaluated in kinetics and thermodynamics aspects, such as crystal growth rate, amount of gas trapped into the hydrate phase, and selectivity. The optimization of the hydrate formation / dissociation cycle showed excellent results in terms of kinetics improvement
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Hess, Jonathan. "Modélisation de la qualité du biogaz produit par un fermenteur méthanogène et stratégie de régulation en vue de sa valorisation." Phd thesis, Université de Nice Sophia-Antipolis, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00257347.
Full textAbstract:
La digestion anaérobie implique un écosystème complexe qui dégrade progressivement la matière organique est la transforme en dioxyde de carbone et en (bio)méthane. Ce biogaz est une source d'énergie renouvelable dont l'utilisation s'inscrit dans une optique de développement durable. Le potentiel biogaz reste néanmoins sous-exploité à cause d'un manque d'outils adaptés pour garantir la pérennité des installations et mieux maîtriser la qualité du biogaz. Nous proposons des stratégies pour mieux valoriser les résidus organiques liquides, à travers deux approches. L'une propose des méthodes pour identifier un risque de déstabilisation et prévenir un mauvais fonctionnement du procédé, l'autre repose sur la régulation de la qualité du biogaz. Ces méthodes nécessitent des modèles dynamiques pour décrire avec précision l'évolution des variables du système. Nous proposons une modélisation fine des transferts liquide-gaz, qui conduit à un modèle où le coefficient de transfert (kLa) dépend du débit total de biogaz.Ce lien implique une relation linéaire entre la qualité du biogaz et la concentration en CO2 dissous, qui sert à améliorer les modèles existants. Un indice de risque de déstabilisation du procédé est construit à partir d'une analyse de stabilité d'un modèle simplifié. Cette procédure, appliquée à un procédé pilote, peut détecter une éventuelle déstabilisation du fermenteur, plus tôt que les indicateurs usuels (pH, acides gras volatils). Enfin, nous introduisons une nouvelle stratégie de contrôle de la qualité du biogaz basée sur la régulation de l'alcalinité dans le digesteur. Différentes lois de commande sont proposées et validées expérimentalement sur un réacteur pilote.
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Gasquet, Valentine. "Epuration d’H2S du biogaz à partir de résidus de traitement thermique bruts et formulés : Comparaison des performances et compréhension des mécanismes d’adsorption." Electronic Thesis or Diss., Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI106.
Full textAbstract:
Le biogaz est un vecteur énergétique renouvelable, local, non intermittent et aux multiples usages. Avant toute forme de valorisation, il est cependant nécessaire d’épurer ce gaz. Cette épuration consiste notamment à l’abattement du sulfure d’hydrogène (ou H2S). Celui-ci peut être traité par adsorption sur des matériaux nobles tels que le charbon actif. Afin de s’inscrire dans l’économie circulaire tout en réduisant les coûts de traitement, l’idée est d’utiliser des résidus de traitement thermiques, proches des adsorbants traditionnels, pour éliminer l’H2S du biogaz. Dans un premier temps, une méthode analytique a été mise au point pour quantifier la quantité de soufre élémentaire présente dans différents matériaux avec l’ATG-ACD. La quantité de matière organique dans la matrice solide et sa porosité ont une influence sur l’oxydation du soufre lors des essais sous air et également sur sa vaporisation. Durant cette thèse, trois types de résidus de traitement thermique (cendre de biomasse – CCB, biochar – BCH et cendre de boue d’épuration – CBE) ont été utilisés pour adsorber l’H2S d’un biogaz d’Installation de Stockage de Déchets Non Dangereux (ISDND). Deux d’entre eux n’épuraient pas efficacement l’H2S. Les capacités d’adsorption finales des BCH et CBE étaient en effet assez faibles et ces matériaux ne retenaient jamais la totalité de l’H2S entrant. Au contraire, les CCB se sont révélées être de bons adsorbants avec une capacité d’adsorption massique en fin d’essai de 175 mgH2S/gMS. La caractérisation des matériaux a permis de comprendre les mécanismes d’adsorption à l’origine de la rétention de l’H2S. Pour tous les matériaux, en début d’essai, les conditions sont favorables à la chimisorption de l’H2S en soufre élémentaire. Cependant, alors que les CCB et les CBE ont un pouvoir tampon qui leur permet de rester basique, les BCH s’acidifient. De la physisorption non sélective a alors lieu avec ces matériaux. Les CBE sont toutefois limitées par leur absence de microporosité pour stocker le soufre chimisorbé et les BCH par l’absence de minéraux catalyseurs et leur trop faible densité. A partir de la comparaison des RTT bruts, il nous a semblé intéressant d’associer des matériaux aux caractéristiques différentes pour tenter d’obtenir un adsorbant plus efficace et donc de réussir à valoriser ces résidus. Des tests d’adsorption avec un biogaz synthétique ont d’abord été réalisés pour estimer le potentiel de différentes formulations. Le seul mélange pour lequel une forte synergie a été observée est celui constitué de CBE et de charbon actif (CA). Les résultats encourageants obtenus lors des essais avec le biogaz synthétique ont été confirmés lors d’essai avec un biogaz d’ISDND. L’ajout de CA a permis retenir de manière beaucoup plus efficace l’H2S et de rendre la CBE utilisable pour l’épuration de biogaz à l’échelle industrielle. Le CA a apporté la porosité nécessaire pour qu’ait lieu la chimisorption de l’H2S et le stockage du soufre élémentaireBiogas is a renewable, local, non-intermittent energy which can be used in different ways. Before its valorization, it is necessary to clean this gas, notably to remove hydrogen sulfide (H2S). This component can be removed by adsorption on noble materials such as activated carbon (AC). In order to reduce the waste disposal and participate to circular economy while reducing the cleaning costs, the use of thermal treatment residues (TTR), close to traditional adsorbents, receives more and more attention to remove H2S from biogas. First, an analytical method was developed in order to quantify the amount of sulfur present in different materials with TGA-DSC under air and nitrogen atmosphere. The amount of organic matter in the material and its porosity affect elemental sulfur oxidation when experiments were carried out with air and also its vaporization. Organic matter vulcanization was also observed, leading to the formation of longer and more complex carbon chains. During this thesis, three types of TTR were used for the removal of H2S from a landfill biogas: biomass ash (BA), biochar (BCH) and incinerated sewage sludge (ISS). It was found that two of them are not sufficiently efficient as themselves for H2S removal. Final adsorption capacities of BCH and ISS were quite low and these materials never adsorbed the total amount of H2S entering in the reactor. On the contrary, BA was a good adsorbent with a final adsorption capacity of 175 mgH2S/gDM. The materials characterization let us understand the adsorption mechanisms leading to H2S removal. For all the materials, at the beginning of the experiment, the conditions are favorable to H2S chimisorption into elemental sulfur. However, while BA and ISS have a buffering capacity leading to the basicity of the solid, BCH begin acid. Then, non-selective physisorption takes place with this TRR. ISS adsorption was limited by its too low porosity and BCH by the absence of catalyst minerals and its too low density. Comparison of removal performances of TTR also highlights the influence of humidity on adsorption efficiency for ISS as well as the effect of gas flow on experimental adsorption test. With the adsorption efficiency comparison between the different TTR, it seems interesting to associate materials with different characteristics in order to try to obtain more efficient adsorbents and consequently find a valorization way for all the TTR. Adsorption experiments with a synthetic biogas were first performed in order to assess the potential of various formulations. A strong synergy was observed with the formulation with ISS and 10-30 % of AC. The encouraging results obtained with the synthetic biogas were confirmed with an experiment using a landfill biogas and a larger reactor. ISS itself was indeed a bad adsorbent but the addition of AC provides enough porosity to efficiently adsorb H2S
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Allam, Nadine. "Estimation des émissions surfaciques du biogaz dans une installation de stockage des déchets non dangereux." Thesis, Nantes, Ecole des Mines, 2015. http://www.theses.fr/2015EMNA0187/document.
Full textAbstract:
Les ISDND produisent du biogaz par fermentation des déchets organiques. Le biogaz principalement composé de CH4 et CO2 représente un enjeu environnemental majeur. Cette étude propose un outil d’estimation des émissions surfaciques de biogaz d’une ISDND par modélisation de la dispersion atmosphérique d’un gaz traceur, en l’occurrence, le méthane. Les dynamiques spatiales et temporelles des concentrations en CH4 et en COV ont été suivies sur et dans l’entourage de l’ISDND d’étude (Séché Environnement) en fonction des conditions météorologiques. Les résultats montrent des faibles teneurs atmosphériques en COV et en CH4 sur le site d’étude validant une faible émission de ces espèces. Les COV mesurés sont émis par différentes sources dont la contribution est plus importante que celle de l’ISDND et aucun COV ne constitue un traceur de biogaz émis par le site. En revanche, l’ISDND apparait comme source principale du CH4 détecté. Deux méthodes sont proposées pour estimer les émissions surfaciques de méthane en utilisant un modèle de dispersion atmosphérique Gaussien ADMS, validé par comparaison des teneurs atmosphériques en méthane mesurées et modélisées et leur dynamique temporelle. La première méthode repose sur une approche inverse et la deuxième est une approche statistique par régression. Les émissions de CH4 sont estimées pour la période d’exposition de la diode laser aux émissions du site pour 4 scénarios météorologiques types identifiés par une classification hiérarchique. Les résultats valident l’influence des paramètres météorologiques, surtout de la stabilité de l’atmosphère, sur la dispersion atmosphérique et les émissions surfaciques en méthaneLandfill sites produce biogas by degradation of biodegradable organic matter. Biogas mainly composed of CH4 and CO2 represents a major environmental challenge. This study propose a method to estimate biogas surface emissions in landfill sites using atmospheric dispersion modeling of a tracer gas, in this case, methane. The spatial and temporal dynamics of CH4 and VOC concentrations have been followed on the studied landfill site (Séché Environnement) for several weather conditions. Measurement results show low atmospheric VOC and CH4 concentrations on the studied landfill site which validates low emissions of these compounds. Detected VOC are emitted by different sources, excluding the landfill site. The contribution of these sources on VOC concentrations is more important than that of the landfill site and no VOC could be identified as tracer of biogas emitted by landfill site. However, CH4 is emitted by the landfill site, its principal source. Two methods are proposed to estimate methane surface emissions using a Gaussian atmospheric dispersion model ADMS. Gaussian model is validated by comparison of the temporal dynamics and atmospheric concentrations of methane measured on the site and those modeled. The first method is based on an inverse approach and the second one is a statistical regression approach. CH4 emissions are estimated for the exposure period of the laser diode to the site emissions and for 4 weather scenarios identified by a hierarchical classification. Results validate the influence of meteorological parameters, especially the stability of the atmosphere, on the atmospheric dispersion and methane surface emissions
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Furlan, Sandra Aparecida. "Contribution à l'étude de la bioconversion du xylose par les levures." Toulouse, INPT, 1991. http://www.theses.fr/1991INPT017G.
Full textAbstract:
Dans le cadre de la valorisation de la biomasse lignocellulosique, la bioconversion du d-xylose en ethanol et en xylitol est envisagee. Dans un premier temps nous avons choisi, parmi un echantillonnage de souches connues capables de metaboliser le d-xylose, les souches les plus performantes pour la production d'ethanol pichia stipitis et de xylitol candida parapsilosis. Ensuite nous nous sommes interesses a l'etude des facteurs limitants de la reaction xylose-xylitol: il ressort de cette etude que la limitation par l'oxygene est le facteur clef de la production; les conditions ideales d'aeration ont ete determinees. La derniere partie du travail concerne la mise en uvre de procedes fermentaires pour la filiere xylose-xylitol. Trois procedes ont ete testes: 1) le procede continu (chemostat) a permis d'ecrire la stoechiometrie de la reaction et de valider le modele de monod (sur l'oxygene); 2) le procede discontinu alimente (fed-batch) ne se montre pas adapte; 3) le procede semi-continu (batch-cyclique) est le procede le mieux adapte a la bioconversion du xylose en xylitol. Un gain de l'ordre de 40% est obtenu au niveau des productivites par rapport a la fermentation en discontinu