Épreuve E51 - BTS CIRA - session 2024

Brevet de technicien supérieur contrôle industriel et régulation automatique

E5 Étude d’un système d’instrumentation, contrôle, régulation

U51 – Analyse physico-chimique d’un procédé et de son environnement

Valorisation des déchets organiques.

Description de l’installation

Deux milliards de tonnes de déchets sont générés chaque année dans le monde et vont croitre de plus de 70 % au cours des 30 prochaines années. 
La dégradation des matières organiques sur les sites d’enfouissement des déchets produit un biogaz principalement constitué de méthane. Très difficile à exploiter, le biogaz des sites d’enfouissement est émis dans l’atmosphère et contribue au réchauffement climatique du fait de l’effet de serre induit par le méthane (CH4) et le dioxyde de carbone (CO2). On cherche à valoriser le biogaz en extrayant le biogaz qu’il contient.
Le bio méthane, substitut renouvelable du gaz naturel fossile
Le bio méthane est un gaz principalement constitué de méthane (CH4) obtenu par épuration du biogaz produit par la fermentation des matières organiques.
Ce gaz est un pilier de la transition énergétique. Il est stocké grâce aux infrastructures gazières existantes. Il se substitue directement aux énergies fossiles sur les applications de transport et de chauffage, qui représentent 80 % de la consommation finale d’énergie.

Le process d’extraction de biométhane: 

L'étude porte sur 6 parties :

• Partie A : mise en place d’une alarme « Pression Haute ».

La mise en surpression du biogaz à la sortie du bloc de pré-traitement et avant la désulfurisation ne doit pas dépasser 500 mbar en pression relative (pour préserver les éléments de filtrage du bloc de désulfurisation).
La pression relative à la sortie du surpresseur est mesurée par un capteur / transmetteur. Une alarme renvoie le signal à l’automate mais l’information est aussi donnée directement dans l’installation au moyen d’une lampe.

• Partie B : évacuation de l’eau de séchage vers la station d’épuration.

Pour éliminer les traces d’eau présentes dans le biogaz, il faut procéder à un séchage en le refroidissant afin de condenser la vapeur d’eau. Lors de cette étape, on récupère 45 litres d’eau par heure. Celle-ci est stockée à la pression atmosphérique dans une citerne enterrée puis dirigée, grâce à une pompe, vers une station d’épuration située 200 mètres plus loin.

• Partie C : choix du moteur pour alimenter la pompe.

Dans le module de pré-traitement, la vapeur d’eau condensée est récupérée dans une citerne. Tous les deux jours, la pompe centrifuge installée au fond envoie l’eau liquide vers une station d’épuration située à 200 m.

• Partie D - mesure du courant en sortie du variateur de vitesse.

On complète l’installation en positionnant un variateur de vitesse entre le réseau et le moteur, pour pouvoir avoir un débit variable au niveau de la pompe. Un capteur de courant donne l’image du courant de ligne alternatif noté i sous forme d’un courant continu 4 – 20 mA .

• Partie E - détermination de la quantité de sulfure d’hydrogène (H2S) présente dans le biogaz.

Pour vérifier la quantité de sulfure d’hydrogène présente dans le biogaz, un opérateur réalise à l’aide d’un dispositif approprié les opérations suivantes en respectant les consignes de sécurité.

• Partie F - cryo-distillation et injection sur le réseau du biométhane .

Le biogaz (O2, N2, CH4) arrive dans un dispositif ayant pour rôle de séparer le méthane des deux autres constituants. Pour cela, on réalise une cryo-distillation : on refroidit à l’aide d’azote liquide le biogaz afin de récupérer le biométhane sous forme liquide 

• Partie G : pouvoir calorifique du biométhane.

Le Pouvoir Calorifique Supérieur (PCS) d’un combustible représente l’énergie libérée lors de la combustion complète d’un normomètre cube (Nm3) de ce combustible, l’eau étant formée sous forme liquide.