FR2537992A1 - Procede de production de methane par fermentation avec addition d'hydrogene - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION A POUR OBJET UN PROCEDE DE PRODUCTION DE METHANE PAR FERMENTATION ANAEROBIE. LE PROCEDE EST CARACTERISE EN CE QU'ON INJECTE DANS LE FERMENTEUR DE L'HYDROGENE MOLECULAIRE A UNE QUANTITE COMPRISE ENTRE 10 ET 5000LITRES PAR METRE CUBE DE BIOGAZ PRODUIT PAR LE FERMENTEUR. LE PROCEDE DE L'INVENTION EST NOTAMMENT UTILISABLE DANS LE CAS OU L'ON A BESOIN D'UN BIOGAZ EPURE A FAIBLE TENEUR EN GAZ CARBONIQUE.
Description
La présente invention a pour objet un procédé perfec tonné pour la production de méthane par fermentation anaeroble d'un substrat organique fermentescible
La production de méthane par fermentation anaerobie des déchets d'élevage sous l'action de différentes bactéries est bien connue.Les mécanismes réactionnels permettant la fabri cation du méthane ont fait l'objet de nombreuses études, parmi lesquelles on peut citer les travaux MoJg Mc Inerney et MP Bryant (Metabolic stages and Energetios of microbial anaerobic digestlon. Firstînternational Symposium on
ANAEROBIE DIGESTION - University College, Cardiff 17-21 septembre 1979) et ceux de D.R Boone et M,P. Bryant (Applied and Envirommental Microbiology Sept. 1980 p,626-632).
La production de méthane par fermentation anaerobie des déchets d'élevage sous l'action de différentes bactéries est bien connue.Les mécanismes réactionnels permettant la fabri cation du méthane ont fait l'objet de nombreuses études, parmi lesquelles on peut citer les travaux MoJg Mc Inerney et MP Bryant (Metabolic stages and Energetios of microbial anaerobic digestlon. Firstînternational Symposium on
ANAEROBIE DIGESTION - University College, Cardiff 17-21 septembre 1979) et ceux de D.R Boone et M,P. Bryant (Applied and Envirommental Microbiology Sept. 1980 p,626-632).
Il est maintenant admis qu'au sein du fermenteur la matière organique insoluble, la cellulose en particulier, est transformée tout d'abord par hydrolyse en matière orga- nique soluble puis que dans une première étape de fermentation dite acidogène cette matière organique est transformée, non seulement en divers acides gras, mais également en acétate et en hydrogène et gaz carbonique grace à la présence d'une population bactérienne mixte La deuxième étape, dite de methanogénèse met simultanément en oeuvre deux mécanismes principaux de fabrication de méthane à savoir la décarboxyla tion de l'acétate produit soit directement par fermentation de la matière organique, soit par transformation acétogénique (hydrogénation-deshydrogénatlon3 des acides gras au sein du fermenteur et réaction directe de l'hydrogène sur le gaz carbonique produits au cours de la fermentation
Tous ces mécanismes expllquent la présence simultanée dans le gaz issu du fermenteur de méthane,de gaz carbonique, et d'eau.
Tous ces mécanismes expllquent la présence simultanée dans le gaz issu du fermenteur de méthane,de gaz carbonique, et d'eau.
Cependant le biogaz produit qui. contient une forte proportion de C02 n'est pas touJours utilisable directement comme combustible et nécessite dans ce cas un traitement d'épuration.
La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient et de permettre la production d'un biogaz à faible teneur en CO2 utilisable directement et à valeur énergétique notablement augmentée.
L'invention a pour objet un procédé de production de méthane
par fermentation anaérobie d'un substrat organique fermen
tescible dans les conditions habituelles de fermentation
caractérisé en ce qu'on injecte dans le fermenteur
lshydrogène moléculaire.
par fermentation anaérobie d'un substrat organique fermen
tescible dans les conditions habituelles de fermentation
caractérisé en ce qu'on injecte dans le fermenteur
lshydrogène moléculaire.
Le substrat peut être d'origine animale, par exemple
des lisiers, des fumiers ou des effluents d'abattoirs; il
peut être également d'origine végétale par exemple des
déchets de cultures telle que la luzerne, le topinambour,
la canne à sucre, le maTs etc. , enfin il peut être d'origine
industrielle et constitué par exemple d'effluents de laite-
ries, de conserveries de l'industrie papetière etc.
des lisiers, des fumiers ou des effluents d'abattoirs; il
peut être également d'origine végétale par exemple des
déchets de cultures telle que la luzerne, le topinambour,
la canne à sucre, le maTs etc. , enfin il peut être d'origine
industrielle et constitué par exemple d'effluents de laite-
ries, de conserveries de l'industrie papetière etc.
Il est clair au vu des exemples décrits ci-après, que
l'hydrogène injecté dans le fermenteur réagit avec le C02 produit no tamment lors de la décarboxylation de l'acétate formé au.
l'hydrogène injecté dans le fermenteur réagit avec le C02 produit no tamment lors de la décarboxylation de l'acétate formé au.
cours de la fermentation, et ceci selon la réaction bien connue
La quantité d'hydrogène à injecter dans le fermenteur dépend de la pureté souhaitée pour le biogaz et donc de la quantlté de gaz carbonique qui serait produite en l'absence d'hydrogènec
La quantité d'hydrogène injectée sera généralement comprise entre 10 et 5000 litres par m3 de biogaz produit, le volume de biogaz ne prenant pas en compte l'hydrogène résiduel qui est présent dans ce biogaz. Elle sera de préférence comprise entre 300 et 2500 1 d'hydrogène.par m3 de biogaz produit.Si l'on recherche un biogaz ayant une teneur importante en méthane sans consommation trop importante d'hydrogène, on injectera de préférence une quantité telle qu'elle représénte environ quatre moles d'hydrogéne par mole de C02 théoriquement produit. Naturellement le débit d'hydrogène injecté pourra etre ajusté en cours de fonctionnement du fermenteur selon la teneur en C02 du biogaz produit.
La quantité d'hydrogène injectée sera généralement comprise entre 10 et 5000 litres par m3 de biogaz produit, le volume de biogaz ne prenant pas en compte l'hydrogène résiduel qui est présent dans ce biogaz. Elle sera de préférence comprise entre 300 et 2500 1 d'hydrogène.par m3 de biogaz produit.Si l'on recherche un biogaz ayant une teneur importante en méthane sans consommation trop importante d'hydrogène, on injectera de préférence une quantité telle qu'elle représénte environ quatre moles d'hydrogéne par mole de C02 théoriquement produit. Naturellement le débit d'hydrogène injecté pourra etre ajusté en cours de fonctionnement du fermenteur selon la teneur en C02 du biogaz produit.
I1 a cependant été constaté avec intéret que l'addition d'hydrogène dans les conditions opératoires de fermentation classique, entraînait la conversion du C02 présent avec une réaction complète, c'est à dire sans qu'il soit nécessaire d'ajouter un excès d'hydrogène.
En outre, il a été constaté avec surprise que cette addition d'hydrogène qui augmente considérablement la pression partielle dthydrogène au sein du réacteur, n'avait pratiquement aucune influence sur le rendement de transformation du réacteur, alors que l'enseignement de l'art antérieur montrait que l'hydrogène en excès défavorisait de matière importante la dégradation des divers acides et esters gras présents, de par la création de conditions thermodynamiques défavorables, entraînant ainsi normalement un abaissement du rendement de transformation de la matière organique.
Le procédé de l'invention est illustré par les exemples suivants:
EXEMPLE I (comparatif)
Un fermenteur fonctionne, en discontinu, dans les conditions expérimentales suivantes
volume : 100 litres (total)
substrat : fumiers de bovins 10 X matières sèches
totales.
EXEMPLE I (comparatif)
Un fermenteur fonctionne, en discontinu, dans les conditions expérimentales suivantes
volume : 100 litres (total)
substrat : fumiers de bovins 10 X matières sèches
totales.
température : 350C
pH initial : 7,1
L'expérience est poursuivie durant 40 jours
Les quantités cumulées de CH4 et de- produites ainsi que le pH du fermenteur sont indiqués dans le tableauI ci-dessous.
pH initial : 7,1
L'expérience est poursuivie durant 40 jours
Les quantités cumulées de CH4 et de- produites ainsi que le pH du fermenteur sont indiqués dans le tableauI ci-dessous.
TABLEAU I
<tb> Jour <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 5 <SEP> 10 <SEP> 20 <SEP> 30 <SEP> 40
<tb> CH4(l) <SEP> 4,5 <SEP> 64 <SEP> 253 <SEP> 685 <SEP> 880 <SEP> 989
<tb> COB <SEP> 10 <SEP> 111 <SEP> 303 <SEP> 648 <SEP> 648 <SEP> 819 <SEP> 926
<tb> pH <SEP> : <SEP> 7,1 <SEP> 7 <SEP> 7,15 <SEP> 7,25 <SEP> 7,2
<tb>
La variation journalière du rapport wnX (en volume)
CH4 + C02 dans le biogaz produit est représentée sur la figure 1(courbe 1).
<tb> CH4(l) <SEP> 4,5 <SEP> 64 <SEP> 253 <SEP> 685 <SEP> 880 <SEP> 989
<tb> COB <SEP> 10 <SEP> 111 <SEP> 303 <SEP> 648 <SEP> 648 <SEP> 819 <SEP> 926
<tb> pH <SEP> : <SEP> 7,1 <SEP> 7 <SEP> 7,15 <SEP> 7,25 <SEP> 7,2
<tb>
La variation journalière du rapport wnX (en volume)
CH4 + C02 dans le biogaz produit est représentée sur la figure 1(courbe 1).
On peut constater que ce rapport se stabilise aux alentours
de 50 %.
de 50 %.
EXEMPLE 2
Le même fermenteur fonctionne dans les conditions précisées à l'exemple 1 à la différence près que l'on injecte de l'hydrogène à un débit de 60 1/jourcorrespondant à 4 fois environ la production de biogaz de l'exemple précédent, le débit d'hydrogène introduit étant modifié journellement grace à un détendeur de précision pour étudier l'influence de la quantité d'hydrogène sur la pureté du biogaz produit (teneur en C02).
Le même fermenteur fonctionne dans les conditions précisées à l'exemple 1 à la différence près que l'on injecte de l'hydrogène à un débit de 60 1/jourcorrespondant à 4 fois environ la production de biogaz de l'exemple précédent, le débit d'hydrogène introduit étant modifié journellement grace à un détendeur de précision pour étudier l'influence de la quantité d'hydrogène sur la pureté du biogaz produit (teneur en C02).
Les quantités cumulées de CH4 et de C02 produites, le rapport en volume H2 injecté/biogaz produit, le pourcentage d'H2 dans le biogaz et le pH du fermenteur sont indiqués dans le tableau 2 ci-dessous.
TABLEAU 2
<tb> Jour <SEP> 1 <SEP> 5 <SEP> 10 <SEP> 20 <SEP> 30 <SEP> 40
<tb> CH4(1) <SEP> 5,8 <SEP> 46 <SEP> 221 <SEP> 689 <SEP> <SEP> 1186 <SEP> 1540
<tb> C02(1) <SEP> 13 <SEP> 97,5 <SEP> 195 <SEP> 293 <SEP> 312 <SEP> 315
<tb> <SEP> 13 <SEP> 97,5
<tb> H2 <SEP> inJec- <SEP> 3,24 <SEP> 1,2 <SEP> 0,72 <SEP> 2,43 <SEP> <SEP> 2,76 <SEP> 1,47 <SEP>
<tb> <SEP> té <SEP> (1) <SEP>
<tb> CH4+C02
<tb> produits
<tb> <SEP> (1)
<tb> vol.H2 <SEP>
<tb> dans <SEP> le <SEP> 34,3 <SEP> 31,2 <SEP> 24 <SEP> 26,9 <SEP> 55 <SEP> 1
<tb> biogaz
<tb> pH <SEP> 7,1 <SEP> 7,5 <SEP> 7,9 <SEP> 8
<tb>
La variation journalière du rapport CH4 (en volume)
CH4 + 02 dans le biogaz produit est représentée sur la figure 1 (courbe 2).On peut observer que la teneur moyenne en CH4 du biogaz produit est de 83 et que ce rendement dépasse 90 % après vingt jours pour atteindre 99 % au delà du trentième jour. Il s'agit là pratiquement de méthane "pur".
<tb> CH4(1) <SEP> 5,8 <SEP> 46 <SEP> 221 <SEP> 689 <SEP> <SEP> 1186 <SEP> 1540
<tb> C02(1) <SEP> 13 <SEP> 97,5 <SEP> 195 <SEP> 293 <SEP> 312 <SEP> 315
<tb> <SEP> 13 <SEP> 97,5
<tb> H2 <SEP> inJec- <SEP> 3,24 <SEP> 1,2 <SEP> 0,72 <SEP> 2,43 <SEP> <SEP> 2,76 <SEP> 1,47 <SEP>
<tb> <SEP> té <SEP> (1) <SEP>
<tb> CH4+C02
<tb> produits
<tb> <SEP> (1)
<tb> vol.H2 <SEP>
<tb> dans <SEP> le <SEP> 34,3 <SEP> 31,2 <SEP> 24 <SEP> 26,9 <SEP> 55 <SEP> 1
<tb> biogaz
<tb> pH <SEP> 7,1 <SEP> 7,5 <SEP> 7,9 <SEP> 8
<tb>
La variation journalière du rapport CH4 (en volume)
CH4 + 02 dans le biogaz produit est représentée sur la figure 1 (courbe 2).On peut observer que la teneur moyenne en CH4 du biogaz produit est de 83 et que ce rendement dépasse 90 % après vingt jours pour atteindre 99 % au delà du trentième jour. Il s'agit là pratiquement de méthane "pur".
Le rendement en biogaz exprimé en m3 par tonne de fumier est de 6828 pour l'exemple 2 et de 70,8 pour l'exemple 7 comparatif On peut constater une amélioration considérable du rendement en méthane qui passe de 36,6 à 57,1 m3 de méthane par tonne de fumier
il faut également observer que la quantité de calories nécessaire pour maintenir le fermenteur à sa température de fonctionnement (350C) est sensiblement inférieure à celle de l'exemple 1 et diminue à mesure que la fermentation se poursuit. Cet avantage du procédé selon l'invention provient vraisemblement du caractère exothermique de la réaction de réduction du C02 par l'hydrogène
Il est clair que pour l'exploitation industrielle du procédé il sera particulièrement avantageux dButiliser de l'hydrogène produit sur le meme site provenant par exemple d'une unité de production de mélange acétonobutylique par fermentation
il faut également observer que la quantité de calories nécessaire pour maintenir le fermenteur à sa température de fonctionnement (350C) est sensiblement inférieure à celle de l'exemple 1 et diminue à mesure que la fermentation se poursuit. Cet avantage du procédé selon l'invention provient vraisemblement du caractère exothermique de la réaction de réduction du C02 par l'hydrogène
Il est clair que pour l'exploitation industrielle du procédé il sera particulièrement avantageux dButiliser de l'hydrogène produit sur le meme site provenant par exemple d'une unité de production de mélange acétonobutylique par fermentation
Claims (3)
- le fermenteur de l'hydrogène moléculaire.de fermentation caractérisé en ce qu'on injecte danscible, mise en oeuvre dans les conditions habituellespar voie biologique d'un substrat organique fermentesREVENDICATIONS 1 - Procédé de production de méthane par dégradation anaerobie
- 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'oninjecte dans le fermenteur une quantité d'hydrogènecomprise entre 10 et 5000 litres par mètre-cube debiogaz produit, ce volume de blogaz ne tenant pascomptedel'hydrogène résiduel présent dans le biogaz.
- 3 - Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'oninjecte de 300 à 2500 litres d'hydrogène par mètre cubede biogaz produit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8221484A FR2537992B1 (fr) | 1982-12-21 | 1982-12-21 | Procede de production de methane par fermentation avec addition d'hydrogene |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8221484A FR2537992B1 (fr) | 1982-12-21 | 1982-12-21 | Procede de production de methane par fermentation avec addition d'hydrogene |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2537992A1 true FR2537992A1 (fr) | 1984-06-22 |
| FR2537992B1 FR2537992B1 (fr) | 1985-06-28 |
Family
ID=9280355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8221484A Expired FR2537992B1 (fr) | 1982-12-21 | 1982-12-21 | Procede de production de methane par fermentation avec addition d'hydrogene |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2537992B1 (fr) |
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| DE102010043630A1 (de) | 2009-11-11 | 2011-05-26 | GICON-Großmann Ingenieur Consult GmbH | Verfahren, Anlage und Methanreaktor zur Erhöhung der Methankonzentration des Biogases aus Biogasanlagen |
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1982
- 1982-12-21 FR FR8221484A patent/FR2537992B1/fr not_active Expired
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