BR112020003264A2 - reator de metanação biológica - Google Patents

Abstract

  O reator (100) de metanação biológica de di-hidrogênio ou de um gás rico em di-hidrogênio e de dióxido de carbono ou de um gás rico em dióxido de carbono, comporta: - um recinto (105) apresentando uma extremidade (106) longitudinal dita baixa e uma extremidade (107) longitudinal oposta dita alta, o dito recinto comportando, na proximidade da extremidade baixa: - uma entrada (110, 405) primária de água, - uma entrada (115, 405) de di-hidrogênio ou do gás rico em di-hidrogênio e - uma entrada (120, 405) de dióxido de carbono ou do gás rico em dióxido de carbono e na proximidade da extremidade alta: - uma saída (125) para metano de síntese ou para um gás rico em metano de síntese e - uma saída (130) primária para água, - um material (135) suporte para formar um leito de flora metanogênica, apresentando uma densidade inferior à densidade da água, móvel em translação ao longo do eixo (101) longitudinal do recinto, configurado para receber uma flora metanogênica e entre o material suporte, por um lado, e a saída para metano e a saída para água, por outro lado, - uma superfície (140) de retenção do material suporte, perfurada, formando batente para o deslocamento longitudinal do material suporte ao nível da posição da dita superfície.

Description

REATOR DE METANAÇÃO BIOLÓGICA DOMÍNIO TÉCNICO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção visa um reator de metanação biológica. Ela é aplicável, notadamente, ao domínio da metanação industrial para produzir um gás rico em metano de síntese por conversão de dióxido de carbono e de di- hidrogênio.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] As tecnologias de metanação biológica são, às vezes, utilizadas para aumentar o teor de metano dos biogases provenientes da metanização biológica. A metanização biológica produz um biogás rico em metano e em dióxido de carbono e contém um certo número de compostos minoritários resultantes da fermentação, tais como o amoníaco, o hidrogênio sulfurado, os siloxanos e outros. As proporções entre metano e dióxido de carbono variam de uma metanização a uma outra, mas a razão 50/50 fornece uma ordem de grandeza das quantidades relativas desses dois constituintes majoritários. A produção de dióxido de carbono quando da metanização é inevitável, mas ela representa uma parte significativa do carbono introduzido inicialmente no metanizador sem valor em metano e que é, além disso, um composto que precisa ser eliminado se se desejar injetar o metano na rede de gás natural.

[003] Para evitar este duplo inconveniente, é possível metanar o dióxido de carbono a partir do biogás através de duas técnicas: - a metanação termoquímica e - a metanação biológica.

[004] Nos dois casos, para realizar a metanação, são misturados dióxido de carbono e di-hidrogênio em um reator.

[005] Na metanação termoquímica, a reação é efetuada em fase gasosa a alta temperatura (a uma temperatura de cerca de 300 a 400°C) sob pressão mais ou menos grande e em presença de um catalisador.

[006] Na metanação biológica, a reação é efetuada em fase líquida graças a microrganismos metanogênicos do domínio Archaea, por exemplo.

[007] Nos dois casos, a reação global de metanação é escrita como: CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O + calor

[008] Como numerosos processos biológicos, várias condições devem ser reunidas para que a reação se desenvolva corretamente, entre estas é possível notar: - um meio anaeróbico úmido, - uma temperatura adequada, - a presença de nutrientes e - o acesso aos reagentes de microrganismos.

[009] Se a cultura em meio anaeróbico úmido em um domínio de temperatura satisfatória e a presença de nutrientes podem ser facilmente gerenciados, o acesso aos reagentes que são o di-hidrogênio e dióxido de carbono pode ser problemático porque o di-hidrogênio é pouco solúvel em água e nitidamente menos solúvel que o dióxido de carbono. Ora, a reação de metanação requer uma razão H2/CO2 teórica de 4/1, e a não conformidade com esta estequiometria, ou a dificuldade de acesso aos reagentes induzem a perdas de eficiência, ao excesso de reagentes no gás produzido e, como consequência, o risco de que este não cumpra as especificações de injeção em uma rede de gás natural e que um tratamento caro deva ser implementado para eliminar esses excessos.

[0010] Vários estudos foram realizados para testar a possibilidade de realização da metanação biológica em laboratório e em estágio industrial. Entre estes, é possível citar: - o leito bacteriano com percolação e - o reator agitado.

[0011] O leito bacteriano é um reator que utiliza um material suporte para o desenvolvimento de microrganismos e este material é aspergido com água para manter o meio úmido e para permitir a transferência dos reagentes gasosos na água a fim de que os microrganismos tenham acesso. O gás reativo é introduzido pela base do reator.

[0012] O leito bacteriano (como descrito no documento DE 10 2011 051 836) é caracterizado por uma circulação em contracorrente dos fluxos líquido e gasosos. O gás tende a circular de acordo com um modelo dito pistão, o que favorece o rendimento da reação. No entanto a circulação pode ser dificultada pelo crescimento bacteriano nos suportes e induzir passagens preferenciais. Para limitar este tipo de problema a taxa de fluxo de gás é relativamente baixa para deixar um tempo de contato suficiente entre os reagentes e os microrganismos imobilizados no suporte. O leito bacteriano é caracterizado por taxas de produção relativamente baixas (1,17 Nm3 CH4/m3/dia) e, portanto, uma projeção vertical e um espaço ocupado volumétrico grande. Este espaço ocupado é ligado ao fato de que é necessário manter um volume vazio grande para deixar passagens livres para o ao gás e líquido e não obstruir o material suporte.

[0013] O reator agitado é um reator equipado com um agitador giratório de alta velocidade para dispersar no meio os gases e, notadamente, o hidrogênio em bolhas finas, assim como os microrganismos a fim de aumentar o acesso dos microrganismos aos reagentes.

[0014] O reator agitado apresenta boas taxas de produção: valores de 100 a 200 Nm3 CH4/m3/dia por exemplo. Mas ele precisa de uma travessia de parede (para o agitador), o que coloca problemas relativos à estanqueidade do sistema, e, portanto, para a segurança, além disso o agitador induz um consumo de energia. Devido ao seu projeto, este tipo de reator é dito de tipo perfeitamente agitado, portanto a distribuição dos tempos de permanência é muito estendida: do muito curto ao muito longo; também, uma fuga do reagente gasoso mais ou menos grande ocorre sempre. Por fim, neste tipo de reator os microrganismos estão em culturas ditas livres e, consequentemente, elas são muito diluídas no meio, o que não favorece o contato entre os microrganismos e os reagentes. Este problema é exacerbado pelo fato de que a metanação biológica produz água que acaba diluindo o meio e que é preciso evacuar porque o reator permanece em um recinto de volume finito.

[0015] Nenhum destes ensinamentos permite otimizar o acesso de microrganismos aos reagentes para melhor respeitar a estequiometria preferencial da reação de metanação enquanto dispondo de um reator compacto.

OBJETO DA INVENÇÃO

[0016] A presente invenção visa remediar, no todo ou em parte, esses inconvenientes.

[0017] Para este efeito, a presente invenção visa um reator de metanação biológica de di-hidrogênio ou de gás rico em di-hidrogênio e de dióxido de carbono ou de gás rico em dióxido de carbono, que comporta: - um recinto apresentando uma extremidade longitudinal dita “baixa” e uma extremidade longitudinal oposta dita “alta”, o dito recinto comportando, na proximidade da extremidade baixa: - uma entrada primária de água, - uma entrada de di-hidrogênio ou do gás rico em di- hidrogênio e - uma entrada de dióxido de carbono ou do gás rico em dióxido de carbono e na proximidade da extremidade alta: - uma saída para metano de síntese ou para gás rico em metano de síntese e - uma saída primária para água, - um material suporte para formar um leito de flora metanogênica, apresentando uma densidade inferior à densidade da água, móvel em translação ao longo do eixo longitudinal do recinto, configurado para receber uma flora metanogênica e - entre o material suporte, por um lado, e a saída para metano e a saída para água, por outro lado, uma superfície de retenção do material suporte, perfurada, formando batente para o deslocamento longitudinal do material suporte ao nível da posição da dita superfície.

[0018] Graças a estas disposições, o acesso dos reagentes à flora metanogênica é melhorado porque esta flora é concentrada sobre o material suporte. O suporte móvel serve de local de colonização para os microrganismos e, devido à sua razão superfície/volume, permite criar uma grande superfície de contato entre os microrganismos e o meio. Além disso, ao imobilizar os microrganismos sobre um suporte, é obtido um efeito de concentração da biomassa maior que no caso de culturas livres. Estes dois efeitos concorrem para aumentar a capacidade reacional por unidade de volume e, portanto, para reduzir a projeção vertical do reator. Eles também permitem obter teores residuais muito baixos em reagentes no gás produzido.

[0019] Nas modalidades, o reator objeto da presente invenção comporta um transbordamento para coleta de água posicionado a montante da saída para metano ou para gás rico em metano e da saída para água e a jusante da superfície de retenção ao longo do eixo de deslocamento longitudinal do material suporte no recinto, orientada em direção à extremidade alta do recinto, formando um coletor para a água cruzando o transbordamento, a saída para água estando posicionada neste coletor.

[0020] Estes modos de recuperação permitem a recuperação de água desprovida, no máximo, de metano de síntese. Além disso, estas modalidades permitem limitar o deslocamento do material suporte no recinto ao formar um batente alto.

[0021] Nas modalidades, o reator objeto da presente invenção comporta: - pelo menos uma bomba de recirculação da água atravessando a saída para água do recinto e - pelo menos um trocador térmico configurado para aquecer ou resfriar a água que sai do recinto,

a água recirculada, em saída do trocador térmico, sendo pelo menos parcialmente reinjetada no recinto através de um conduto de injeção.

[0022] Estas modalidades permitem resfriar ou reaquecer o meio à interior do recinto. No estado inicial do reator, um aquecimento deste meio pode ser favorável para favorecer o desenvolvimento da flora metanogênica enquanto que, em operação, sendo dado o caráter exotérmico da reação de metanação, pode ser favorável reduzir a temperatura no interior do recinto.

[0023] Nas modalidades, o reator objeto da presente invenção comporta um sensor de medição do nível de água no recinto e uma evacuação de água do reator, a abertura da evacuação sendo comandada em função do nível de água captada.

[0024] Nas modalidades, o sensor de medição do nível no recinto comanda a abertura de uma entrada de água quando o nível de água captada é inferior ao valor limite predeterminado,

[0025] Essas modalidades permitem evacuar o excesso de água do reator ou a adição de água se necessário.

[0026] Nas modalidades, a água recirculada é injetada em um fluxo comportando pelo menos di-hidrogênio e/ou dióxido de carbono, a montante da entrada para di- hidrogênio e/ou da entrada para dióxido de carbono no recinto.

[0027] Estas modalidades permitem favorecer a miscibilidade dos reagentes na água, em particular quando a temperatura da água foi abaixada porque a miscibilidade dos gases na água é melhorada em baixa temperatura.

[0028] Nas modalidades, o recinto comporta uma entrada para nutrientes e/ou reagentes adicionais e/ou de água.

[0029] Estas modalidades permitem fornecer, no interior do recinto, meios para favorecer o desenvolvimento da flora metanogênica ou meios para evitar efeitos auxiliares da reação susceptíveis de perturbar o processo, tal como a formação de espuma por exemplo.

[0030] Nas modalidades, os nutrientes e/ou reagentes adicionais são injetados no conduto de injeção em água recirculada.

[0031] Estas modalidades permitem limitar o número de aberturas no recinto de modo a favorecer a estanqueidade.

[0032] Nas modalidades, o reator objeto da presente invenção comporta, na proximidade da extremidade alta do recinto, uma entrada secundária para água e, na proximidade da extremidade baixa do recinto, uma saída secundária de captação de água.

[0033] Estas modalidades permitem lavar o interior do recinto injetando no mesmo a água pelo alto e coletando a água por abaixo, assim como os resíduos sendo soltos do interior do recinto e do material suporte. Conforme o caso, estas entrada e saída de água permitem regular o nível de água no reator em associação com o meio de medição do nível de água no reator.

[0034] Nas modalidades, o reator objeto da presente invenção comporta uma unidade de comando configurada para comandar o acionamento de um modo de funcionamento de reator entre pelo menos dois, em que: - em um modo ativo: - a entrada secundária para água e a saída secundária de captação de água são desativadas e - a entrada primária de água, a entrada de di- hidrogênio, a entrada de dióxido de carbono e a saída primária de água são ativadas e - em um modo de lavagem: - a entrada primária de água, a entrada de di- hidrogênio, a entrada de dióxido de carbono e a saída primária de água são desativadas e - a entrada secundária para água e a saída secundária de captação de água são ativadas.

[0035] Nas modalidades, o reator objeto da presente invenção comporta um meio de medição de perda de carga entre a entrada e a saída do reator representativa da perda de carga no leito suporte, uma mudança de modo de funcionamento sendo comandada em função da perda de carga medida.

[0036] Estas modalidades permitem otimizar a partida do modo de lavagem.

[0037] Nas modalidades, o reator comporta, em parte baixa, um piso perfurado e um espaço livre entre a parte baixa do material suporte e o piso suficientemente grande para que em modo de lavagem o material suporte sofrendo uma expansão ou uma fluidização ligada ao escoamento não seja arrastado pela taxa de fluxo de água no sistema de captação de água.

[0038] Nas modalidades, o sistema de captação é dimensionado para impedir o arrastamento do material suporte quando da lavagem, seja utilizando coadores ou uma grade ou qualquer outro dispositivo permitindo reter o material suporte quando da fase de lavagem, seja por dimensionamento do espaço livre e da taxa de fluxo de água de lavagem.

[0039] Nas modalidades, a entrada para di-hidrogênio ou gás rico em di-hidrogênio, a entrada para dióxido de carbono ou gás rico em dióxido de carbono e a entrada primária de água são confundidas.

[0040] Nas modalidades, o reator objeto da presente invenção comporta, a montante da entrada confundida de água, de di-hidrogênio e de dióxido de carbono, um meio de dissolução do dióxido de carbono ou do gás rico em dióxido de carbono e do di-hidrogênio ou do gás rico em di- hidrogênio na água.

[0041] Estas modalidades permitem otimizar a dissolução do dióxido de carbono e do di-hidrogênio na água a montante do recinto.

[0042] Nas modalidades, a água recirculada é injetada pelo menos em parte no meio de dissolução.

[0043] Nas modalidades, o reator objeto da presente invenção comporta um meio de dissolução do dióxido de carbono ou do gás rico em dióxido de carbono na água, por um lado, e um meio de dissolução do di-hidrogênio ou do gás rico em di-hidrogênio na água, por outro lado, cada meio de dissolução sendo alimentado com água pela água recirculada, a taxa de fluxo de recirculação de água em direção a cada meio de dissolução sendo comandada independentemente.

[0044] Estas modalidades permitem de fazer variar a estequiometria de reagentes de metanação no interior do recinto graças à recirculação de água.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0045] Outras vantagens, objetivos e características particulares da invenção aparecerão a partir da descrição não limitativa que segue de, pelo menos, uma modalidade particular do dispositivo objeto da presente invenção, com relação aos desenhos em anexo, em que:

[0046] A figura 1 representa, esquematicamente, uma primeira modalidade particular do dispositivo objeto da presente invenção,

[0047] A figura 2 representa, esquematicamente, uma segunda modalidade particular do dispositivo objeto da presente invenção,

[0048] A figura 3 representa, esquematicamente, uma terceira modalidade particular do dispositivo objeto da presente invenção,

[0049] A figura 4 representa, esquematicamente, um quarta modalidade particular do dispositivo objeto da presente invenção,

[0050] A figura 5 representa, esquematicamente, um quinta modalidade particular do dispositivo objeto da presente invenção e

[0051] A figura 6 representa, esquematicamente, um sexta modalidade particular do dispositivo objeto da presente invenção.

DESCRIÇÃO DOS EXEMPLOS DE REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO

[0052] A presente descrição é dada a título não limitativo, cada característica de uma modalidade podendo ser combinada com qualquer outra característica de qualquer outra modalidade de modo vantajoso.

[0053] Deve ser notado, desde agora, que as figuras estão fora de escala.

[0054] É observado, na figura 1, que está fora de escala, uma vista esquemática de uma modalidade do reator 100 objeto da presente invenção.

Este reator 100 de metanação biológica de di-hidrogênio ou de um gás rico em di-hidrogênio e de dióxido de carbono ou de um gás rico em dióxido de carbono, comporta: - um recinto 105 apresentando uma extremidade 107 longitudinal dita “baixa” e uma extremidade 106 longitudinal oposta dita “alta”, o dito recinto comportando, na proximidade da extremidade baixa: - uma entrada 110 primária de água, - uma entrada 115 de di-hidrogênio ou do gás rico em di-hidrogênio e - uma entrada 120 de dióxido de carbono ou do gás rico em dióxido de carbono e na proximidade da extremidade alta: - uma saída 125 para metano de síntese ou para um gás rico em metano de síntese e - uma saída 130 primária para água, - um material 135 suporte para formar um leito de flora metanogênica, apresentando uma densidade inferior à densidade da água, móvel em translação ao longo do eixo 101 longitudinal do recinto, configurado para receber uma flora metanogênica e - entre o material suporte, por um lado, e a saída para metano e a saída para água, por outro lado, uma superfície 140 de retenção do material suporte, perfurada, e por exemplo equipada com dispositivos coadores ou grades deixando passar a água e os gases ainda retendo o material suporte, formando batente para o deslocamento longitudinal do material suporte ao nível da posição da dita superfície.

[0055] O recinto 105 é, por exemplo, formado de um volume fechado e estanque comportando aberturas para posicionar entradas ou saídas de reativos, de reagentes auxiliares, de nutrientes, de água ou de gás no volume fechado. Este volume fechado permite a constituição de um meio metanogênico através da reação de metanação que se produz no mesmo.

[0056] A forma, interna e/ou externa, do recinto 105 não é importante para a presente invenção desde que o recinto seja tornado estanque às fugas. Preferivelmente, o recinto 105 apresenta uma forme tubular, isto é, uma forma cilíndrica, podendo ser oblonga como representado em figuras 1, 4 e 5.

[0057] Este recinto 105 apresenta uma extremidade 107 longitudinal baixa destinada a ser posicionada na proximidade do solo do local de posicionamento do reator

100.

[0058] Este recinto 105 apresenta uma extremidade 106 longitudinal alta destinada a ser posicionada de modo distal do solo do local de posicionamento do reator 100.

[0059] O recinto 105 comporta, na proximidade da extremidade baixa 107: - uma entrada 110 primária de água, - uma entrada 115 de di-hidrogênio ou de um gás rico em di-hidrogênio e - uma entrada 120 de dióxido de carbono ou de um gás rico em dióxido de carbono.

[0060] Cada entrada, 110, 115 e 120, é, por exemplo, um bocal de injeção, uma tubeira, um tubo perfurado, uma rede de tubulação equipada com coadores. Todavia, qualquer órgão de injeção de fluido comumente utilizado em um reator de metanação biológica pode ser utilizado para realizar cada entrada, 110, 115 e 120.

[0061] Preferivelmente, cada entrada, 110, 115 e 120, é posicionada de tal modo que, quando o material 135 suporte está em batente contra a superfície 140 de retenção, cada entrada, 110, 115 e 120, seja situada na água sob o material 135 suporte.

[0062] Nas variantes, pelo menos duas entradas, 110, 115 e/ou 120, são confundidas. Quando pelo menos a entrada 110 primária para água e pelo menos uma entrada entre a entrada 115 de di-hidrogênio e a entrada 120 de dióxido de carbono são confundidas, um meio de dissolução de cada gás cuja entrada, 115 e/ou 120, é confundida com a entrada 110 primária para água é posicionado a montante da dita entrada confundida. Tal meio de dissolução é descrito com relação à figura 5.

[0063] Entre as entradas de gás e de água da extremidade baixa 107 é preferivelmente disposta uma superfície perfurada 108 podendo ser equipada de grades ou de coadores para permitir uma boa divisão da água atravessando esta superfície evitando, ao mesmo tempo, o arrastamento do material suporte.

[0064] O recinto 105 comporta, na proximidade da extremidade alta 106: - uma saída 125 para metano de síntese e - uma saída 130 primária para água.

[0065] Cada saída, 125 e 130, é, por exemplo, uma ouverture formado no recinto 105 ligada a uma canalização de transporte.

[0066] Preferivelmente a saída 130 primária para água está situada mais na proximidade da superfície de retenção 140 que a saída 125 para metano de síntese.

[0067] Nas variantes, a saída 130 é equipada com um dispositivo (não representado) de separação para eliminar os rejeitos provenientes do desenvolvimento de microrganismos (ciclo, filtro, por exemplo). Este dispositivo pode estar seja a montante da saída portanto no reator 100, seja a jusante da saída portanto fora do reator

100.

[0068] Nas variantes, o reator 100 comporta tubos de troca de calor imersos no recinto 105 e atravessados por um fluido apresentando uma temperatura compatível com a temperatura de funcionamento nominal no interior do recinto 105 quando do funcionamento do reator 100. O fluido pode estar a uma temperatura mais elevada que o interior do recinto 105 para permitir o reaquecimento ou a manutenção em temperatura do reator 100, ou então este fluido pode ser mais frio que o interior do recinto 105 para permitir a manutenção em temperatura do reator 100 ao evacuar um excesso de calor.

[0069] Devido à estanqueidade do recinto 105 e do posicionamento das entradas e das saídas respectivas, o di- hidrogênio e o dióxido de carbono se deslocam verticalmente no recinto 105, da extremidade baixa em direção à extremidade alta, e atravessam, assim, o material 135 suporte durante este deslocamento. Durante esta travessia, a flora metanogênica transforma estes reagentes em metano, e o metano, gasoso, se desloca igualmente em direção à extremidade alta do recinto 105, formando um céu gasoso na parte superior do recinto 105. Este céu gasoso é evacuado pela saída 125 para metano de síntese.

[0070] A água que entra no recinto 105 enche gradualmente o recinto 105 e empurra o material 135 suporte, menos denso que a água, em direção ao alto do recinto 105 até que este material suporte 135 seja bloqueado pela superfície 140 de retenção. A água continua a encher o recinto 105 até atingir a saída 130 primária para água, onde a água é evacuada do recinto 105. À água injetada no recinto 105 é adicionada a água formada pela reação de metanação.

[0071] O material 135 suporte é, por exemplo, composto de esferas formadas em um material menos denso que a água. Estas esferas permitem o acúmulo da flora metanogênica, esta flora sendo formado pela família de micro-organismos Archaea por exemplo.

[0072] As esferas são, por exemplo, formadas de carvão ativo, polímeros: poliestireno, poliacrílico e, com certeza, as variantes sob forma de copolímeros.

[0073] Este material suporte 135 permite o desenvolvimento de uma flora metanogênica concentrada ao nível do material suporte 135, este material suporte 135 se deslocando ao longo do recinto 105 em função do enchimento do recinto 105 em água.

[0074] A superfície 140 de retenção é, por exemplo, um grade ou uma superfície equipada de coadores. Tal exemplo de superfície de retenção 140 é ilustrado, em figures 2 e

3.

[0075] Nas variantes, a superfície 140 de retenção é móvel em translação ao longo do eixo longitudinal do recinto, o movimento desta superfície 140 sendo limitado por um batente posicionado a montante da saída 125 para metano e da saída 130 primária para água ao longo do eixo de deslocamento longitudinal do material 135 suporte no recinto 105.

[0076] Assim, como pode ser entendido, o reator de leito flutuante como revelado acima torna possível criar uma superfície de contato muito grande entre os microrganismos e os gases reativos sem a necessidade de um agitador mecânico. Assim, é possível trabalhar em altas pressões sem risco de vazamento de gás e sem risco de falha de um elemento mecânico sensível que constitui um agitador. Além disso, a utilização de um agitador, para assegurar um bom contato entre microrganismos e reagentes, requer um controle perfeito dos componentes de aeráulica do sistema. A presente invenção permite simplificar o projeto do reator de metanação biológica.

[0077] Nas modalidades, como a representada na figura 1, o reator 100 comporta um transbordamento 145 de coleta de água posicionada a montante da saída 125 para metano e da saída 130 primária para água e a jusante da superfície 140 de retenção ao longo do eixo 101 de deslocamento longitudinal do material 135 suporte no recinto 105, orientada em direção à extremidade 106 alta do recinto, formando coletor para a água cruzando o transbordamento, a saída 130 primária para água estando posicionada neste coletor.

[0078] O transbordamento 145 pode ser uma calha ou uma canal ou qualquer outro sistema de coleta de água por gravidade.

[0079] O transbordamento 145 é preferivelmente posicionado sobre o contorno interior do recinto 105 de modo a seguir pelo menos em parte o interior do perímetro da seção transversal do recinto 105. Este transbordamento 145 permite de coletar o excesso de água no recinto 105.

[0080] Nas modalidades, como a representada na figura 1, o reator 100 comporta: - pelo menos uma bomba 150 de recirculação da água atravessando a saída 130 para água do recinto 105 e - pelo menos um trocador 155 térmico configurado para aquecer ou resfriar a água que sai do recinto, a água recirculada, em saída do trocador térmico, sendo pelo menos parcialmente reinjetada no recinto através de um conduto 160 de injeção.

[0081] Cada bomba 150 é, por exemplo, de tipo centrífuga, pistão, com membrana, com parafuso, com engrenagem ou peristáltica.

[0082] Cada trocador 155 é, por exemplo, de tipo de feixe tubular ou com placa.

[0083] O trocador 155 térmico é controlado, por exemplo, em função de um valor de temperatura captado no interior do recinto 105, ao nível do material 135 suporte, na água embaixo ou em cima da superfície 140 de retenção. O trocador 155 térmico pode ser igualmente controlado em função de sua temperatura de saída.

[0084] Nas variantes, o reator 100 comporta um sensor de temperatura (não representado) posicionado no interior do recinto 105 ou em um conduto ligando o trocador 155 térmico e a entrada 160 primária para água recirculada.

[0085] Nas variantes, a água injetada no reator 100 é pré-aquecida ou pré-resfriada a uma temperatura determinada, esta temperatura podendo depender de uma temperatura captada pelo sensor de temperatura do reator 100 descrito acima.

[0086] A água injetada apresenta uma temperatura adaptada à manutenção de uma temperatura, no recinto, permitindo o desenvolvimento da flora. Esta temperatura é, por exemplo, compreendida entre 30 e 70°C e de preferência entre 60 a 65°C. A água é injetada, preferivelmente, à temperatura a mais baixa possível, acima de 0°C permitindo a manutenção da temperatura de desenvolvimento da flora levando em conta as condições operatórias do reator.

[0087] A água assim recirculada é fornecida à entrada 130 primária para água através de um conduto 160 de injeção.

[0088] Nas modalidades preferenciais, o reator 100 comporta um sensor 190 de nível de água no recinto 105 e uma evacuação 131 de água comandada por uma válvula 195. Quando o nível de água captada no recinto 105 é superior a uma valor limite determinado, a evacuação 131 é aberta graças à válvula 195, o que permite uma saída definida de água evitando qualquer recirculação ligada à bomba 150.

[0089] Nas modalidades, como a representada na figura 1, o recinto 105 comporta uma entrada 165 para nutrientes e/ou reagentes adicionais e/ou de água.

[0090] Os nutrientes favorecem o desenvolvimento da flora metanogênica enquanto que os reagentes adicionais visam limitar algumas faltas de conformidade no meio reacional no interior do recinto 105. Estes reagentes adicionais comportam, por exemplo, reguladores de pH ou antiespumantes.

[0091] Nas variantes, a entrada 165 é confundida com pelo menos uma das entradas para água 110, para di- hidrogênio 115 e/ou para dióxido de carbono 120.

[0092] A injeção de reagentes adicionais pode ser realizada em função da captura de valores de grandezas físicas no interior do recinto 105. Por exemplo, a injeção de um reativo regulador de pH pode ser comandada em função de um valor de pH medido no interior do recinto 105 ou da água cruzando a saída 130 primária para água.

[0093] Nas modalidades, como a representada na figura 1, o reator 100 comporta, na proximidade da extremidade 106 alta do recinto 105, uma entrada 170 secundária para água e, na proximidade da extremidade 107 baixa do recinto, uma saída 175 secundária de captação de água.

[0094] A saída 175 secundária de captação de água é preferivelmente precedida por um dispositivo de divisão da taxa de fluxo de água, por exemplo, um piso perfurado 108 tal como representado na figura 1 ou um rede de tubulação perfurada.

[0095] A água assim injetada no recinto 105 circula por gravidade sobre o material 135 no material suporte 135 e provoca o desprendimento de agregados da flora metanogênica que são arrastados para a extremidade inferior do recinto

105. Devido à falta de coesão do leito, o efeito da velocidade hidráulica em torno dos elementos de suporte e choques e fricção entre os elementos do suporte, os materiais suspensos em potencial e o excesso de desenvolvimento da flora metanogênica se desprendem do suporte e são arrastados com a água em direção à saída 175 secundária para a captação de água. Esta água de lavagem, bem como os efluentes coletados, são evacuados do compartimento 105 pela saída secundária 175 para a captação de água.

[0096] Nas modalidades, como a representada na figura 1, o reator 100 comporta uma unidade 180 de comando configurada para comandar o acionamento de um modo de funcionamento de reator 100 entre pelo menos dois, em que: - em um modo ativo: - a entrada 170 secundária para água e a saída 175 secundária de captação de água são desativadas e - a entrada 110 primária de água, a entrada 115 de di- hidrogênio, a entrada 120 de dióxido de carbono e a saída 130 primária de água são ativadas e - em um modo de lavagem: - a entrada 110 primária de água, a entrada 115 de di- hidrogênio, a entrada 120 de dióxido de carbono e a saída 130 primária de água são desativadas e - a entrada 170 secundária para água e a saída 175 secundária de captação de água são ativadas.

[0097] Quando o reator comporta uma entrada 165 para nutrientes e/ou para reagentes adicionais, esta entrada 165 é desativada no modo de lavagem e ativada no modo ativo.

[0098] A unidade de comando 180 é, por exemplo, um circuito eletrônico de comando executando um programa de computador configurado para comandar a passagem do modo ativo ao modo de lavagem, e inversamente, de acordo com um critério predeterminado. Este critério pode ser temporal, a passagem do modo ativo ao modo de lavagem sendo comandada no fim de uma duração determinada de funcionamento do reator 100 e, inversamente, no fim de uma outra duração determinada após a passagem do reator 100 em modo de lavagem.

[0099] Nas modalidades, como a representada na figura 1, o reator comporta um meio 185 de medição de perda de carga entre a entrada e a saída do reator representativa da perda de carga no leito suporte, uma mudança de modo de funcionamento sendo comandada em função da perda de carga medida.

[00100] Este meio 185 de medição de perda de carga é, por exemplo, um sensor diferencial de pressão de um lado e de outro do material suporte 135 ou por duas medições de pressão (não representadas).

[00101] Nas variantes, o reator 100 comporta tubos de troca de calor imersos no recinto 105 e atravessados por um fluido apresentando uma temperatura compatível com a temperatura de funcionamento nominal no interior do recinto 105 quando do funcionamento do reator 100. O fluido pode estar a uma temperatura mais elevada do que o do interior do recinto para permitir o reaquecimento ou a manutenção em temperatura do reator, ou então pode ser mais frio que o interior do recinto para permitir a manutenção em temperatura do reator ao evacuar um excesso de calor.

[00102] É observado na figura 2, esquematicamente, uma vista em corte transversal do interior do recinto 105 de acordo com um plano posicionado entre o transbordamento 145 e a saída 125 para metano e orientado em direção à extremidade baixa do recinto 105. É observado, sobre esta figura 2, uma variante em que a superfície 140 é equipada com pelo menos um coador de retenção do material suporte dimensionado para deixar passar a taxa de fluxo de água e de gás e reter o material suporte, o transbordamento 145 e pelo menos duas saídas 130 primária e para o excesso 131 de água situados no transbordamento 145.

[00103] É observado na figura 3, esquematicamente, uma vista em corte transversal do interior do recinto 105 de acordo com um plano posicionado entre o transbordamento 145 e a saída 125 para metano e orientada em direção à extremidade baixa do recinto 105. É observado, sobre esta figura 3, uma variante em que a superfície 140 é uma grade de retenção, o transbordamento 145 e pelo menos duas saídas 130 primárias e par ao excesso 131 de água situados no transbordamento 145.

[00104] É observado na figura 4, esquematicamente, uma modalidade particular do reator 400 objeto da presente invenção. Este reator 400 de metanação biológica de di- hidrogênio ou de gás rico em di-hidrogênio e de dióxido de carbono ou de gás rico em dióxido de carbono, comporta: - um recinto 105 apresentando uma extremidade 107 longitudinal dita “baixa” e uma extremidade 106 longitudinal oposta dita “alta”, o dito recinto comportando, na proximidade da extremidade baixa, uma entrada 405 confundida, mas podendo ser distinta: - de água, - de di-hidrogênio ou do gás rico em di-hidrogênio e - de dióxido de carbono ou do gás rico em dióxido de carbono e na proximidade da extremidade alta: - uma saída 125 para metano de síntese ou para um gás rico em metano de síntese e

- uma saída 130 primária para água, - um material 135 suporte para formar um leito de flora metanogênica, apresentando uma densidade inferior à densidade da água, móvel em translação ao longo do eixo 101 longitudinal do recinto, configurado para receber uma flora metanogênica e - entre o material suporte, por um lado, e a saída para metano e a saída para água, por outro lado, uma superfície 140 de retenção do material suporte, perfurada, formando batente para o deslocamento longitudinal do material suporte ao nível da posição da dita superfície.

[00105] Nesta modalidade particular, o reator 400 comporta pelo menos duas saídas 130 primárias para água e, para cada saída, uma bomba 150, cada saída pode ser ou não equipada com um trocador 155 térmico, a água recirculada sendo injetada em um conduto comum de injeção, mas podendo ser distinto no recinto 105.

[00106] Nesta modalidade, a água recirculada é injetada em um fluxo comportando pelo menos di-hidrogênio e/ou dióxido de carbono, a montante da entrada 405 para di- hidrogênio e/ou da entrada 405 para dióxido de carbono no recinto.

[00107] Nesta modalidade, os nutrientes e/ou reagentes adicionais são injetados no conduto de injeção em água recirculada.

[00108] É observado, na figura 5, esquematicamente, uma modalidade particular do reator 500 objeto da presente invenção. Este reator 500 de metanação biológica de di- hidrogênio ou de gás rico em di-hidrogênio e de dióxido de carbono ou de gás rico em dióxido de carbono, comporta:

- um recinto 105 apresentando uma extremidade 107 longitudinal dita “baixa” e uma extremidade 106 longitudinal oposta dita “alta”, o dito recinto comportando, na proximidade da extremidade baixa, uma entrada 405 confundida, mas podendo ser distinta: - de água, - de di-hidrogênio ou do gás rico em di-hidrogênio e - de dióxido de carbono ou do gás rico em dióxido de carbono e na proximidade da extremidade alta: - uma saída 125 para metano de síntese ou para gás rico em metano e - pelo menos uma saída 130 primária para água, - um material 135 suporte para formar um leito de flora metanogênica, apresentando uma densidade inferior à densidade da água, móvel em translação ao longo do eixo 101 longitudinal do recinto, configurado para receber uma flora metanogênica e - entre o material suporte, por um lado, e a saída para metano e a saída para água, por outro lado, uma superfície 140 de retenção do material suporte, perfurada, formando batente para o deslocamento longitudinal do material suporte ao nível da posição da dita superfície.

[00109] Nesta modalidade particular, o reator 500 comporta pelo menos duas saídas 130 primárias para água e, para cada saída, uma bomba 150, cada saída pode ser ou não equipadas com um trocador 155 térmico.

[00110] Nesta modalidade particular, o reator 500 comporta, a montante da entrada 405 confundida de água mas podendo ser distinta, de di-hidrogênio e de dióxido de carbono, um meio 505 de dissolução do dióxido de carbono ou do gás rico em dióxido de carbono e do di-hidrogênio ou gás rico em di-hidrogênio na água.

[00111] Este meio 505 de dissolução é, por exemplo, uma coluna de recheio, de pulverização, de borbulhamento ou qualquer outro dispositivo de dissolução a fim de dissolver um gás em um líquido.

[00112] Este meio 505 de dissolução pode ser comum tanto a uma chegada de dióxido de carbono com a uma chegada de di-hidrogênio, estas chegadas sendo eventualmente confundidas.

[00113] Nas modalidades, como a representada na figura 5, o reator 500 comporta um meio de dissolução 505 distinto para o dióxido de carbono ou o gás rico em dióxido de carbono, por um lado, e para o di-hidrogênio ou o gás rico em di-hidrogênio, por outro lado.

[00114] A água recirculada é injetada pelo menos em parte no meio 505 de dissolução se o reator 500 comporta um único tal meio 505 de dissolução. O fornecimento de água recirculada ao meio 505 de dissolução depende, por exemplo, de um nível de água captada no meio 505 de dissolução ou de uma taxa de fluxo de gás entrando no dito meio 505 de dissolução.

[00115] Se o reator 500 comporta um meio, 505 e 510, de dissolução distinto para cada gás, cada meio, 505 e 510, de dissolução pode ser alimentado com água recirculada proveniente de uma mesma saída 130 primária para água ou de uma saída 130 primária individual, a água recirculada sendo distribuída entre os meios, 505 e 510, de dissolução e eventualmente um conduto de injeção direta no recinto se desviando de cada meio de dissolução.

[00116] Nas modalidades, como a representada na figura 5, o reator 500 comporta duas saídas 130 primárias para água e, para cada saída 130, uma bomba 150 e um trocador térmico 155. A água recirculada por uma primeira bomba 150 é injetada seja em um primeiro meio 505 de dissolução de dióxido de carbono na água, seja diretamente no recinto

105. A água recirculada por uma segunda bomba 150 é injetada seja em um segundo meio 510 de dissolução de di- hidrogênio na água, seja diretamente no recinto 105.

[00117] Nestas modalidades, a taxa de fluxo de recirculação de água em direção a cada meio de dissolução é comandada independentemente. Cada taxa de fluxo é comandada, por exemplo, em função do taxa de fluxo de gás entrando no meio, 505 e 510, de dissolução.

[00118] É observado na figura 6, em particular, uma modalidade particular do reator 200 idêntico ao reator 100, como descrito com relação à figura 1 que comporta, além disso, pelo menos um desvio, 205 e/ou 210 e/ou 215, de, pelo menos, um elemento entre: um trocador térmico 155 e/ou um meio, 505 ou 510, de dissolução.

[00119] É observado, igualmente em figura 5, que a saída de água 131 de evacuação e a saída de água 110 primária são diferenciadas.

Claims (13)

REIVINDICAÇÕES

1. Reator (100, 200, 400, 500) de metanação biológica de di-hidrogênio ou de um gás rico em di-hidrogênio e de dióxido de carbono ou de um gás rico em dióxido de carbono, caracterizado pelo fato de que ele comporta: - um recinto (105) apresentando uma extremidade (106) longitudinal dita “baixa” e uma extremidade (107) longitudinal oposta dita “alta”, o dito recinto comportando, na proximidade da extremidade baixa: - uma entrada (110, 405) primária de água, - uma entrada (115, 405) de di-hidrogênio ou do gás rico em di-hidrogênio e - uma entrada (120, 405) de dióxido de carbono ou do gás rico em dióxido de carbono e na proximidade da extremidade alta: - uma saída (125) para metano de síntese ou para um gás rico em metano de síntese e - uma saída (130) primária para água, - um material (135) suporte para formar um leito de flora metanogênica, apresentando uma densidade inferior à densidade da água, móvel em translação ao longo do eixo (101) longitudinal do recinto, configurado para receber uma flora metanogênica e - entre o material suporte, por um lado, e a saída para metano e a saída para água, por outro lado, uma superfície (140) de retenção do material suporte, perfurada, formando batente para o deslocamento longitudinal do material suporte ao nível da posição da dita superfície.

2. Reator (100, 200, 400, 500) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ele comporta um transbordamento (145) de coleta de água posicionada a montante da saída (125) para metano e da saída (130) para água e a jusante da superfície (140) de retenção ao longo do eixo (101) de deslocamento longitudinal do material (135) suporte no recinto (105), orientada em direção à extremidade (106) alta do recinto, formando coletor para a água cruzando o transbordamento (145), a saída primária para água (130) estando posicionada neste coletor.

3. Reator (100, 200, 400, 500) de acordo a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que comporta: - pelo menos uma bomba (150) de recirculação da água atravessando a saída (130) para água do recinto (105) e - pelo menos um trocador (155) térmico configurado para aquecer ou resfriar a água que sai do recinto, a água recirculada, em saída do trocador térmico, sendo pelo menos parcialmente reinjetada no recinto através de um conduto (160) de injeção.

4. Reator (400, 500) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a água recirculada é injetada em um fluxo comportando pelo menos di-hidrogênio e/ou dióxido de carbono, a montante da entrada (405) para di-hidrogênio e/ou da entrada (405) para dióxido de carbono no recinto.

5. Reator (100, 200, 400, 500) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o recinto (105) comporta uma entrada (165) para nutrientes e/ou reagentes adicionais e/ou de água.

6. Reator (400, 500) de acordo com qualquer uma das reivindicações 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que os nutrientes e/ou reagentes adicionais são injetados no conduto de injeção em água recirculada.

7. Reator (100, 200, 400, 500) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que comporta, na proximidade da extremidade (106) alta do recinto (105), uma entrada (170) secundária para água e, na proximidade da extremidade (107) baixa do recinto, uma saída (175) secundária de captação de água.

8. Reator (100, 200, 400, 500) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que comporta uma unidade (180) de comando configurada para comandar o acionamento de um modo de funcionamento de reator entre pelo menos dois, em que: - em um modo ativo: - a entrada (170) secundária para água e a saída (175) secundária de captação de água são desativadas e - a entrada (110) primária de água, a entrada (115) de di-hidrogênio, a entrada (120) de dióxido de carbono e a saída (130) primária de água são ativadas e - em um modo de lavagem: - a entrada (110) primária de água, a entrada (115) de di-hidrogênio, a entrada (120) de dióxido de carbono e a saída (130) primária de água são desativadas e - a entrada (170) secundária para água e a saída (175) secundária de captação de água são ativadas.

9. Reator (100, 200, 400, 500) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que comporta um meio (185) de medição de perda de carga entre a entrada e a saída do reator representativa da perda de carga no leito suporte, uma mudança de modo de funcionamento sendo comandada em função da perda de carga medida.

10. Reator (400, 500) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a entrada para di-hidrogênio ou gás rico em di-hidrogênio, a entrada para dióxido de carbono ou gás rico em dióxido de carbono e a entrada primária de água são confundidas (405).

11. Reator (200, 500) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que comporta, a montante da entrada (405) confundida de água, di-hidrogênio e dióxido de carbono, um meio (505) de dissolução do dióxido de carbono ou do gás rico em dióxido de carbono e di- hidrogênio ou gás rico em di-hidrogênio na água.

12. Reator (200, 500) de acordo com a reivindicação 3 ou 11, caracterizado pelo fato de que a água recirculada é injetada pelo menos em parte no meio (505) de dissolução.

13. Reator (200, 500) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que comporta um meio (505) de dissolução do dióxido de carbono ou gás rico em dióxido de carbono na água, por um lado, e um meio (510) de dissolução do di-hidrogênio ou gás rico em di-hidrogênio na água, por outro lado, cada meio de dissolução sendo alimentado com água pela água recirculada, a taxa de fluxo de recirculação de água em direção a cada meio de dissolução sendo comandada independentemente.