Valorisation énergétique des fibres naturelles :

Développement de granules

biocombustibles améliorées

PROJET de RECHERCHE

Maîtrise en ingénierie

William BELHADEF

8eme activité

Filière biomasse en Abitibi-Ouest

SADC

le 26 mars 2015, à La Sarresous la direction de

Pr. Ahmed KOUBAA

Sébastien MIGNEAULT

Sources: Wood Pellet Association of Canada – photo du dôme, journal Le Soleil – Biomass market Argusmedia.com juil 2014

photo de la centrale Drax à Selby – Chris Allen

Pourquoi améliorer le pouvoir calorifique

prix – env 180$/t au port des Pays-BasTransport: 20 - 35 $/t par bateau

Silos du port à Québec

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Centrales thermiques : • kg CO2 /t transportée• $/MWh énergie • MJ /t-km ou $/t-km de transport

Centrale Selby, Royaume-Uni

Objectif du projet

Produire des granules de qualité

avec un pouvoir calorifique supérieur:

Buts fixés:

1. Instrumenter une petite granuleuse commerciale en une granuleuse de laboratoire;

2. Suivre un plan d’expérience pour identifier les meilleures conditions opératoires.

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bouleau blanc + graines de canola

« De qualité » - nos cibles

Copeaux de bois

notre granule Granules de bois

torréfiées

Charbonde bois

Charbon fossile

Huile de canola

bouleaugraine de

canola

Humidité % 30 - 55 7-10 8-9 1 - 5 1 - 5 10 - 15 -

Densité en vracKg/m3

200 – 300 550-650 650 650 - 800 180 - 240 800 - 850 915

Pouvoir calorifique (PCS) MJ/kg

7 - 12 18-20 27 18 - 24 30 - 32 23 - 28 39

Densité énergétique

MJ/Litre1.4 – 6 8-11 18 12 - 19 5 - 8 18 - 24 32 - 34

Source: SECTOR - MRNFQ

correspond à un mélange 15-20% de graines

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Cibles: critères mécaniques et physiques

Source: Garcia-Maraver - 2011

Exemple d’une norme d’Europe – granules à usage industriel

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Principe de la granulation

différentes épaisseurs=

compressions différentes

Filières de 15 cm de diamètre

100 trous de 6 mm

trace sous le rouleau

rouleau

filière

sciure

dessous

12

3

6 /15

2

Paramètres opératoires

Mélange ou produit Épaisseur de la filière

Graines de maïs 72mm

Alfalfa (herbes) 42mm

Bois résineux 30mm

Bois durs 42 mm

Sources: Leaver -1982; Ryder-2011; Stelte-2012; brevet US-2005.0230872

pour des granules de 6 mm de diamètre

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Les principaux:

la température d’opération,

l'humidité du mélange à granuler,

la géométrie de la filière, …

Montage de la granuleuse

Granuleuse de laboratoireCapacité 50-90kg/h (théorique)

Moteur 5,5 kWTrémie chaufféeAcquisition des données sur PC

TREMIE et VIS

MOTEUR

TETE GRANULATION

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1er phase: essais exploratoiresQuelques essais pour :• Ajustements techniques,• Cerner les domaines de concentrations en graine et en humidité,• Voir les influences de la granulométrie et du débit d’alimentation…

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2ème phase: plan d’expérienceParamètres fixés :• Taux de compression de 8, soit 50 mm/6 mm,• Alimentation en sciure/graine: 80°C,• Granulométrie: taille de 0.5 à 1.4 mm...

Paramètres variés:• Compositions du mélange,• Débit d’alimentation / temps de séjour,• Vitesse de rotation de la filière...

Expérimentations

Exemples de mesure

Résistance à la

compression diamétraleRésistance à la flexion 3 points

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Force avant éjection de

la filière

force d’écrasement

force de rupture

Exemple de mesure / résultat

Test d’abrasion

des granules

ou durabilité aux transports

% de granules restantes

après abrasion

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taux en humidité de la sciure

co

mp

osit

ion

- e

n c

an

ola

%22,52017,515

%

22,5

20

17,5

15

>

–

< 97

97 98

98

J7

durabilité

durabilité vs composition en canola et humidité de l'alimentation

FRAGILE

DURS

Exemple de résultats sur

l’abrasion

Principaux résultats: granule améliorée

FormulationEau

(% base humide)

Graine(% base sec)

Résistance à l'abrasion en %

Humidité %après 7 jours

Pouvoir calorifique MJ/kg

Débit 12 kg/h

15% 15% 92

8à

11

25% 25% 97

20% 25% 98

20% 20% 98

Débit 30 kg/h

15% 15% 71

15% 25% 97

25% 25% 89

20% 15% 95

20% 20% 98

Norme (exemple) limites >97,0 < 10,0 >17,0

Sciure de bouleau blanc 14 20

Graine de canola broyée 4 28

Huile de canola - 39

Littérature: bouleau blanc 18,8 – 20,8 MJ/kggranule de bois torréfié 18 – 24 MJ/kg

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22à

23

Conclusion

Granule de qualité à partir d’un mélange de15-20% de graines15-20% d’humidité

avec une filière de 50 mm d’épaisseurtemps de séjour dans la filière: 20-25 sec

Pouvoir calorifique amélioré de 10 % par rapport à des granules génériques: 22 kJ/kg contre 20 kJ/kg

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Avant d’aller plus loin ...

Taux de retour énergétique à calculerbouleau blanc: 16 m3/ha moyenne

8 T /ha (sec)graine de canola: 1.5 T /ha

~ 30% de l’énergie contenue dans la granule 100% bois= énergies pour la coupe, granulation, transport…

Essais de performance en combustion:tests en chaudière

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Sources: MRNFQ – 2005 ; La financière agricole du Québec – 2011

Hanne K. Sjolie - 2011

Abaisser le taux d’humidité de la granule: essais avec d’autres filières / géométrie de canal…

Merci

Valorisation énergétique des fibres naturelles:Développement de granules biocombustibles améliorées

à base de bouleau blanc et de graine de canola

un merci pour l’aide apportée par

CFNO

CTRI

Les Œufs Richard