FR3019761A1 - Procede de production de biomethane avec recyclage du permeat de la separation membranaire en tant que gaz d'inertage - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé un procédé de production de biométhane dans lequel le biogaz produit est débarrassé d'au moins ses composants nuisibles H2S et COV par adsorption. En fin de procédé de purification, le méthane et le dioxyde de carbone sont séparés par perméation membranaire avec production de biométhane et d'un perméat gazeux riche en dioxyde de carbone et contenant moins de 7% de méthane est utilisé comme gaz d'inertage/balayage lors des opérations d'inertage de cuves d'adsorbants ; dans les procédés utilisant la méthanisation sèche discontinue, le permeat est aussi utilisé pour l'inertage des digesteurs lors des opérations de chargement/déchargement d'intrants.

Description

La présente invention est relative à un procédé de production de biométhane à partir de biogaz produit par méthanisation ; le biogaz est ensuite purifié, en particulier il est débarrassé d'au moins ses composants nuisibles H2S et COV par adsorption produisant ainsi un biogaz partiellement purifié; en fin de procédé de purification, le méthane et le dioxyde de carbone sont séparés par perméation membranaire avec production de biométhane et d'un perméat gazeux riche en dioxyde de carbone. Le but est de produire du biométhane conforme aux spécifications pour injection dans un réseau de gaz naturel ; le courant gazeux résiduaire riche en dioxyde de carbone contient une quantité faible, mais non nulle de méthane, dépendante de l'efficacité de l'épuration.

Le biogaz est un mélange gazeux produit par fermentation anaérobie- aussi appelée méthanisation - lors de la dégradation de matières organiques en l'absence d'oxygène. (fermentation anaérobie) encore appelée méthanisation. Le biogaz contient majoritairement du méthane (CH4) et du dioxyde de carbone (CO2) dans des proportions variables en fonction du mode d'obtention mais aussi, en moindres proportions de l'eau, de l'azote, de l'hydrogène sulfuré, de l'oxygène, ainsi que des composés organiques autres, parmi les quels des composés organiques volatils (COV) pouvant représenter jusqu'à 2 g/Nm3.. Selon les matières organiques dégradées et les techniques utilisées, les proportions des composants diffèrent, mais en moyenne le biogaz comporte, sur gaz sec, de 30 à 75 % de méthane, de 15 à 60 % de CO2, de 0 à 15 % d'azote, de 0 à 5 % d'oxygène, des COV et des composés traces. De par ses constituants, le biogaz est un puissant gaz à effet de serre, mais est aussi une source d'énergie renouvelable appréciable dans un contexte de raréfaction des énergies fossiles. Le biogaz est valorisé de différentes manières : - il peut, après un traitement léger, être valorisé à proximité du site de production pour fournir de la chaleur, de l'électricité ou un mélange des deux (la cogénération ; la teneur importante en dioxyde de carbone réduit son pouvoir calorifique, augmente les coûts de compression et de transport et limite en conséquence l'intérêt économique de la valorisation du biogaz à cette utilisation de proximité ; - il peut être purifié pour permettre une plus large utilisation ; en particulier, le biogaz peut être soumis à une purification poussée en vue d'obtenir un biogaz épuré aux spécifications d'un gaz naturel de sorte à pouvoir lui être substitué ; le biogaz ainsi purifié est aussi connu en tant que biométhane » ; le biométhane complète ainsi les ressources en gaz naturel avec une partie renouvelable; il est utilisable pour exactement les mêmes usages que le gaz naturel d'origine fossile : alimenter un réseau de gaz naturel, une station de remplissage pour véhicules, il peut aussi être liquéfié pour être stocké sous forme de gaz naturel liquide (GNL). La valorisation du biogaz en tant que biométhane impose de séparer efficacement le dioxyde de carbone. On obtient classiquement au moins deux flux gazeux principaux en sortie d'une unité d'épuration de biogaz. L'unité d'épuration est constituée de telle sorte que le premier flux gazeux obtenu est un flux gazeux riche en méthane dont la composition est conforme aux spécifications du gaz naturel auquel il sera substitué, le second flux gazeux a pour constituant principal du dioxyde de carbone. Le système d'épuration par perméation membranaire sépare un biogaz préalablement débarrassé d'au moins ses impuretés (principalement H2O, H2S et COV) en deux flux distincts : le rétentat contenant majoritairement le méthane, le perméat contenant majoritairement du CO2. Lorsque le rendement en méthane de l'unité de perméation est optimisé, la teneur en méthane de ce second flux est faible ; Le perméat contient ainsi plus de 90 % de CO2 et plus généralement entre 92 et 99.5 % de CO2, le second gaz le plus abondant dans le perméat est le CH4, sa teneur est généralement comprise entre 8 et 0.5 % on peut y trouver aussi de l'azote (moins de 1 %) et/ou de l'oxygène (moins de 2 %), et/ou de l'eau. Le perméat est généralement rejeté à l'atmosphère, soit directement ou, selon sa teneur en CH4, via un biofiltre, ou encore brulé dans un système d'oxydation thermique pour détruire le CH4. La séparation CH4/CO2 est précédée de plusieurs étapes dites de prétraitement du biogaz, en particulier des étapes visant à purifier partiellement le biogaz en le débarrassant d'impuretés parmi lesquelles le sulfure d'hydrogène corrosif, l'eau et les composés organiques volatils. Les technologies utilisées de façon classique pour éliminer H2S et/ou les COV sont l'adsorption sur charbons actifs, oxydes fer ou chélates de fer disposés dans des cuves d'adsorption. Le biométhane contient - selon les spécifications du gaz naturel auquel il doit être substitué - plus de 89 % de CH4, de préférence plus de 95 % de CH4, plus préférentiellement plus de 97 % de CH4 ; On souhaite, tout en respectant les spécifications du gaz naturel, minimiser à la fois les pertes de CH4 dans le gaz résiduaire et le coût de l' épuration. Limiter les pertes en méthane est une nécessité, à la fois par souci de valoriser le méthane en tant que produit, mais aussi pour éviter que ce dernier soit rejeté dans l'atmosphère, cela impose donc de séparer efficacement le dioxyde de carbone présent.

Des qualités et des arrangements de membranes existent, connus de l'homme du métier qui permettent de réaliser cette séparation avec l'efficacité requise. L'homme du métier sait donc récupérer en sortie d'une unité d'épuration de biogaz par séparation membranaire au moins deux flux gazeux : un premier flux gazeux, le rétentat, essentiellement composé de méthane retenu par la membrane - qui constitue le biométhane produit de l'épuration - peut être injecté dans un réseau de gaz naturel ou être utilisé comme carburant ; un second flux gazeux, le perméat est principalement composé de dioxyde de carbone qui a perméé, il forme le gaz résiduaire de la séparation (couramment identifié selon la dénomination anglaise « offgas »).

Cet offgas issu de la séparation membranaire CH4/CO2 a une teneur en méthane suffisamment basse pour pouvoir être rejeté dans l'atmosphère, c'est donc la solution la plus couramment retenue. On utilise parfois aussi ce courant gazeux pour produire, à partir de ce flux riche en CO2 issu d'une séparation membranaire, du dioxyde de carbone de qualité industrielle ou alimentaire; cependant, le traitement nécessaire dans le cadre de l'une ou l'autre de ces utilisations requiert des équipements coûteux et une logistique importante. Pour obtenir du CO2 à la qualité requise par l'une ou l'autre de ces utilisations, il faut effectuer une purification supplémentaire du flux de gaz riche en CO2 résultant de l'épuration du biogaz en biométhane. Il faut ensuite mettre en place une logistique pour assurer l'exportation de ce CO2 que ce soit sous forme liquide ou sous forme gazeuse. Une telle utilisation de l'offgas décrite ci-avant n'est donc pas appropriée, particulièrement dans le cas d'installations de taille modeste. Il y a donc un besoin de trouver une solution permettant de valoriser ce flux gazeux riche en dioxyde de carbone et à teneur en méthane réduite (variable selon les installations, mais habituellement inférieure à 8 %), disponible sur une installation de production de biométhane, qui soit simple à mettre en oeuvre et dont le coût soit faible. Afin de résoudre le problème ci-dessus, l'objectif de l'invention est donc de trouver une solution pour utiliser sur site ou à proximité l'offgas produit par la séparation membranaire - de sorte à ne pas avoir de frais de transport - ; une telle utilisation devra en outre présenter au moins une partie des avantages ci-dessous : - de préférence, il ne sera pas (ou peu) nécessaire de traiter l'offgas ; - de préférence, les investissements pour implanter cette solution n'impliquent pas de frais importants, pas plus que sa mise en oeuvre.

Or, ainsi que décrit précédemment, préalablement à la séparation du dioxyde de carbone il est nécessaire de débarrasser le biogaz de composants indésirables, parmi lesquels le sulfure d'hydrogène et les composés organiques volatils (COV). Pour abattre l'H2S et/ou les COV, les systèmes d'épuration utilisent des adsorbants sélectifs tels que les charbons actifs, les oxydes de fer ou les chélates de fer. Pour chacune des espèces à éliminer, les adsorbants sont disposés dans des cuves traversées par le flux de biogaz à traiter. Pour améliorer les performances de ces adsorbants, deux cuves ou plus peuvent être mises en série, le biogaz passant dans une cuve puis dans l'autre, l'ordre de passage dans les cuves pouvant être modifié grâce à un système de vannes adapté. Lorsque les adsorbants d'une cuve sont saturés, il est nécessaire de les remplacer. Cette opération est effectuée sans arrêter l'unité d'épuration, en isolant la cuve, le procédé d'épuration se poursuivant avec la ou les cuves non saturées. Afin de pouvoir procéder à l'opération de remplacement des charbons actifs de la cuve qui a été isolée du procédé, il faut pouvoir l'ouvrir à l'air libre, remplacer les adsorbants puis refermer la cuve et la remettre en ligne. Cette ouverture de cuve pose des problèmes tels qu'exposés aux points 1 à 3 ci-après: 1-impact sur la sécurité et la santé des opérateurs avant l'ouverture d'une cuve pour l'opération de déchargement des charbons actifs : il faut procéder avant déchargement à l'inertage de la cuve car après avoir dépollué du biogaz pendant plusieurs jours/semaines ou mois, le mélange gazeux présent dans la cuve présente la composition du biogaz produit et contient donc des gaz explosifs (CH4 principalement), mais aussi des gaz toxiques (H2S, COV et NH3 principalement). L'inertage - opération consistant à diluer suffisamment un volume de mélange gazeux contenant un combustible (ici le méthane) avec un gaz neutre vis-à-vis de la combustion (par exemple l'azote) jusqu'à ce que la teneur en méthane soit quasiment nulle, ou en-deçà de la limite inférieure d'inflammabilité du méthane dans l'air, si de l'air doit ensuite être introduit ultérieurement dans ledit volume - doit permettre d'évacuer en toute sécurité les charbons actifs pour destruction ou retraitement.. 2- impact sur la sécurité lors de la remise en ligne de la cuve : après rechargement avec des charbons actifs neufs, la cuve est reconnectée de manière hermétique. Afin de permettre la remise en ligne et le passage du biogaz à dépolluer, il est nécessaire d'évacuer tout l'air contenu dans la cuve. Cette étape est capitale pour la sécurité de l'installation car la présence d'oxygène dans la cuve risquerait de produire avec le méthane un mélange explosif, soit dans la cuve, soit plus en aval dans l'unité d'épuration. L'inertage évacue l'air et le remplace par un gaz neutre. 3- impact sur la qualité du biométhane produit : une unité de valorisation de biogaz en biométhane a pour finalité de produire un gaz enrichi en méthane aux spécifications du gaz naturel auquel il doit être substitué (> 89 % de CH4 et même > 97 % fréquemment). Lorsque le biométhane doit être injecté dans un réseau de gaz naturel, sa qualité est mesurée en continu par un système d'analyse qui n'autorise l'injection que si le gaz atteint la qualité requise. Toutes les technologies de purification de biogaz pour produire du biométhane sont confrontées au problème de la présence d'air, principalement d'azote contenu dans le biogaz : lorsque la concentration d'azote dans le biogaz dépasse 8 % (ou 10 % d'air), il est impossible d'obtenir in fine un biométhane contenant au moins 89 % de CH4 ; si la concentration d'azote dans le biogaz dépasse 2 % (ou 3 % d'air), il sera impossible de respecter in fine la qualité de biométhane requise pour l'injection si celui-ci doit contenir au moins 97 % de CH4. L'inertage de la cuve préalable à sa remise en ligne devrait donc aussi permettre de limiter la teneur en azote du biogaz quand celui-ci est destiné à produire du biométhane. Lorsque la matière à valoriser par méthanisation est un substrat solide et/ou fibreux - tel que le fumier dans le cas d'une exploitation agricole - l'utilisation de la méthanisation par voie liquide est envisageable mais engendre différentes contraintes (ajout de liquide pour diminuer le taux de matière sèche, nécessité de faire appel à des matériels d'introduction et de mélange robustes et coûteux, besoins énergétiques importants pour faire fonctionner pompes et agitateurs, production d'un digestat liquide entraînant des modifications de pratiques d'épandage...). Afin d'éviter ces problèmes, des systèmes de méthanisation par voie sèche ont été développés, en particulier avec un fonctionnement discontinu. Même si différentes techniques existent pour la méthanisation en voie sèche discontinue, le principe reste le même et ces systèmes fonctionnent de la manière suivante: plusieurs digesteurs sont installés en parallèle avec des productions décalées dans le temps de sorte à permettre une production de biogaz globale continue dans le temps. En effet, si chaque digesteur produit du biogaz indépendamment des autres, au final, la production reste relativement continue dans le temps, grâce au nombre des digesteurs installés dont le fonctionnement est décalé dans le temps. Le principe de fonctionnement pour chaque digesteur est le suivant : i- introduction discontinue (avec des engins mobiles de type chargeuse ou tracteur agricole) de la matière à traiter dans le digesteur ; ii-fermeture du digesteur (différentes techniques sont possibles) ; iii-fermentation de la matière (plusieurs dizaines de jours, jusqu'à 80 jours) ; iv-ouverture du digesteur en fin de période de fermentation avec récupération du digestat et retour à l'étape i- . La pluralité des digesteurs installés en parallèle permet une production cumulée continue de biogaz et un chargement /déchargement des déchets (intrants méthanogènes) discontinu. Le volume et le nombre des digesteurs sont déterminés en fonction de la quantité de matière à traiter pour assurer la continuité de la production cumulée. Un tel procédé de production de biogaz est présenté dans le document WO 02/06439 Différents types de digesteurs adaptés pour la méthanisation sèche et discontinue sont connus, parmi lesquels les plus courants sont : a) les digesteurs de type silo munis d'une bâche qui vient les recouvrir une fois que le silo est chargé et b) les digesteurs garage (connus sous le nom anglais de « garage box ») qui se présentent le plus généralement sous la forme d'un conteneur ou tunnel rigide muni d'une porte de chargement étanche que l'on ferme à l'issue du chargement. Durant la production, plusieurs digesteurs sont fermés de manière étanche permettant la méthanisation des intrants selon un procédé anaérobie connu en tant que tel. La durée de la fermentation anaérobie, correspondant à la durée de fermeture d'un digesteur est de 30 à 80 jours en fonction du type d'intrants et des conditions de méthanisation (température, humidité principalement). Les tuyauteries de récupération de biogaz des digesteurs installés en parallèle peuvent être isolées les unes des autres par des vannes d'isolement. Cela permet d'effectuer le chargement et le déchargement des matières entrantes et sortantes facilement en ouvrant le digesteur pour permettre d'utiliser un moyen de manutention de type tracteur. Suivant la disponibilité des intrants, le temps de chargement d'un digesteur peut se prolonger sur plusieurs jours. De préférence, une seule cellule de méthanisation (ou digesteur) est ouverte à la fois pour effectuer le remplacement des intrants.

De façon générale, afin de prévenir des risques d'explosion lors d'opérations de maintenance, de chargement/déchargement sur des digesteurs contenant du méthane, ces opérations sont précédées d'une étape d'inertage de sorte à évacuer le méthane contenu dans l'équipement (le plus souvent en mélange avec du CO2, sous la forme de biogaz). L'inertage est une opération consistant à diluer suffisamment un volume de mélange gazeux contenant un combustible (ici le méthane) avec un gaz neutre vis-à-vis de la combustion (par exemple l'azote) jusqu'à ce que la teneur en méthane soit quasiment nulle, ou en-deçà de la limite inférieure d'inflammabilité du méthane dans l'air, si de l'air doit ensuite être introduit ultérieurement dans ledit volume. Sur le site d'exploitation, les opérations de chargement et de déchargement des matières s'effectuent à l'air libre et sans protection particulière pour les opérateurs. Il y a donc nécessité lors des interventions dans le contexte de cette production par voie sèche discontinue de prendre en compte aussi les points 4 à 6 suivants comparables à ceux que pose l'ouverture des cuves d'adsorbants tels qu'exposés aux points 1 à 3 précédemment développés: 4- impact sur la sécurité et la santé des opérateurs avant l'ouverture des digesteurs pour l'opération de déchargement : il faut procéder avant déchargement à l'inertage du digesteur car après avoir produit du biogaz pendant plusieurs semaines, le mélange gazeux présent dans le digesteur a la composition du biogaz produit et contient donc des gaz explosifs (CH4 principalement), mais aussi des gaz toxiques (H25, COV et NH3 principalement). L'inertage doit permettre d'évacuer les gaz dangereux vers les moyens de destruction (charbons actifs, biofiltre, torchère...) ou de les rejeter à l'atmosphère selon la réglementation en vigueur. 5- impact sur la sécurité lors de la remise en ligne du digesteur : après rechargement avec les intrants méthanogènes, le digesteur est refermé de manière hermétique pour permettre la mise en place des réactions anaérobies de production de biogaz. Avant de permettre au biogaz produit par les nouveaux intrants d'entrer dans l'unité d'épuration et donc d'être mélangéss avec le biogaz produit par les autres digesteurs en production, il est nécessaire d'évacuer tout l'air contenu dans le digesteur nouvellement chargé de sorte à disposer d'un biogaz à une composition compatible avec celui produit par les autres digesteurs en fonctionnement. Cette étape est capitale pour la sécurité de l'installation car la présence d'oxygène dans le digesteur risquerait de produire avec le méthane un mélange explosif, soit dans le digesteur, soit plus en aval jusque dans l'unité d'épuration. L'inertage évacue l'air et le remplace par un gaz neutre. 6 - impact sur la qualité du biométhane produit : une unité de valorisation de biogaz en biométhane a pour finalité de produire un gaz enrichi en méthane aux spécifications du gaz naturel auquel il doit être substitué. Lorsque le biométhane doit être injecté dans un réseau de gaz naturel, sa qualité est mesurée en continu par un système d'analyse qui n'autorise l'injection que si le gaz atteint la qualité requise. Toutes les technologies de purification de biogaz pour produire du biométhane sont confrontées au problème de la présence d'air, principalement d'azote contenu dans le biogaz : lorsque la concentration d'azote dans le biogaz dépasse 8 % (ou 10 % d'air), il est impossible d'obtenir in fine un biométhane contenant au moins 89 % de CH4 ; si la concentration d'azote dans le biogaz dépasse 2 % (ou 3 % d'air), il sera impossible de respecter in fine la qualité de biométhane requise pour l'injection si celui-ci doit contenir au moins 97 % de CH4. L'inertage du digesteur préalable à sa remise en ligne devrait donc aussi permettre de limiter la teneur en azote du biogaz quand celui-ci est destiné à produire du biométhane.

Les solutions d'inertage existantes ne résolvent pas de façon satisfaisante les trois aspects de ce problème. Une première solution couramment utilisée consiste à effectuer lors de l'ouverture de la porte un inertage ou un balayage du digesteur à l'air - de sorte à évacuer simplement les gaz dangereux pour l'opérateur. Dans ce cas cependant, seul le point 4 ci-avant est pris en considération, les problèmes développés aux points 5 et 6 ne sont pas pris en compte, il y a même un risque accru de générer un mélange explosif lors du redémarrage de la production car on fait pénétrer de l'air - et donc de l'oxygène - dans un espace qui se remplit de biogaz. Une autre solution d'inertage classique consiste à procéder à un inertage/balayage à l'azote : dans ce cas les points 4 et5 sont pris en compte car l'azote permet d'évacuer les gaz dangereux et par la suite d'éviter la création d'un mélange explosif. Cependant le point 6 n'est pas du tout pris en compte, la qualité initiale du biogaz produit est fortement dégradée par l'azote contenu dans le digesteur lors de sa remise en ligne. Tant que l'azote n'est pas évacué, la qualité du biométhane ne peut pas être atteinte et le biométhane produit ne peut pas être injecté. Cela induit d'autre part un surcoût lié à la consommation d'azote qu'il faut fournir. Il est aussi connu de réaliser un inertage/balayage de digesteur avec un gaz de combustion lorsque la production de biogaz est brûlée, au moins partiellement. On peut ainsi utiliser des gaz de combustion d'une chaudière, d'un cogénérateur, d'une micro- turbine ou d'un système de destruction du biogaz ou des évents par oxydation thermique ainsi qu'enseigné dans les documents EP 1301583 et WO 02/06439 notamment. Le gaz d'inertage/balayage contient une proportion importante de CO2 et peut être disponible sur le site de méthanisation à partir des équipements listés ci-dessus ou d'équipements comparables. Cependant, ces gaz de combustion contiennent une proportion importante d'azote - couramment 50 % ou plus - en provenance de l'air utilisé comme comburant ; avec une telle quantité d'azote, cette solution ne résout pas non plus le problème listé au point 6 ci-avant. Lorsque le digesteur nouvellement chargé sera remis en ligne, le gaz produit ne sera pas - dans un premier temps - substituable au gaz naturel.

Ainsi donc, dans un contexte de production de biométhane apte à être injecté dans un réseau de gaz naturel qui utilise la séparation membranaire pour séparer le méthane du dioxyde de carbone, il y a un intérêt à trouver, sur l'installation de production du biométhane, une solution de valorisation du gaz résiduaire issu de la séparation membranaire - perméat composé à plus de 90 % de dioxyde de carbone et à teneur en méthane très réduite disponible sur l'installation de production de biométhane - qui soit simple et dont le coût serait faible. Parallèlement, il existe un besoin pour une solution d'inertage de cuves contenant des quantités non nulles de produits explosifs/ toxiques préalablement à leur ouverture à l'air libre lors du remplacement de la matière usagée contenue dans lesdites cuves. La solution de ce problème d'inertage doit pouvoir assurer la fonction requise d'inertage sans nuire à la qualité du biométhane produit, problème qui n'est pas résolu par les solutions connues de l'art antérieur. Dans ce contexte, sur une installation de production de biométhane à partir de biogaz produit sur le site par méthanisation qui utilise la séparation membranaire pour séparer le méthane et le dioxyde de carbone contenus dans le biogaz, l'invention propose d'utiliser le perméat à la composition de sortie des membranes pour assurer des fonctions d'inertage/balayage requises par le procédé en utilisant ce mélange gazeux riche en CO2, pauvre en CH4 et ne contenant N2 et 02 qu'en faible quantité. L'invention concerne ainsi un procédé de production de biométhane à partir de biogaz produit par méthanisation comprenant au moins les étapes de mise à disposition d'intrants méthanogènes, production de biogaz par méthanisation desdits intrants méthanogènes, purification partielle du biogaz produit par élimination par adsorption d'au moins les espèces H2S et/ou COV produisant ainsi un biogaz partiellement épuré, utilisant au moins deux cuves d'adsorption en série pour chaque espèce de sorte que la purification partielle du biogaz soit assurée y compris lors du renouvellement des adsorbants d'une des cuves d'adsorption, séparation par perméation membranaire du méthane et du dioxyde de carbone contenus dans le biogaz partiellement purifié avec production d'au moins un rétentat gazeux riche en méthane (biométhane) apte à être utilisé comme substitut de gaz naturel et un perméat gazeux riche en dioxyde de carbone et contenant moins de 7 % de méthane, procédé dans lequel lors d'une opération de renouvellement des adsorbants d'une des cuve d'adsorbants, tout ou partie du perméat est utilisé comme gaz d'inertage/balayage pour inerter ladite cuve lors de l'opération. Avantageusement dans une des variantes du procédé, les intrants méthanogènes dont la teneur en matière sèche est comprise entre 20 et 50 % sont mis à disposition via au moins un moyen de chargement mobile, la production de biogaz à partir desdits intrants est réalisée par méthanisation par voie sèche discontinue utilisant plusieurs digesteurs opérant en parallèle, qui sont chargés/déchargés en discontinu et de sorte que la production de biogaz est assurée en continu par au moins une partie des digesteurs lorsqu'un ou plusieurs digesteurs sont en phase de chargement/déchargement, et une partie du perméat est en outre utilisée dans le procédé comme gaz d'inertage/balayage lors d'opérations de renouvellement d'intrants pour inerter le au moins un digesteur hors production pour le renouvellement de sa charge d'intrants. Ce perméat issu de la séparation membranaire présente des avantages essentiels pour son utilisation comme gaz d'inertage dans le contexte de l'invention, en effet il reste disponible - même dans le cas d'une méthanisation par voie sèche discontinue pendant le chargement et déchargement d'un digesteur car les autres digesteurs sont en phase de production et continuent de générer le biogaz devant être épuré - ; de plus, cette production de biogaz continue permet de conserver un fonctionnement stable au niveau des unités d'épuration et d'élimination des polluants toxiques (H2S, COV et NH3) lors des étapes de prétraitement et d'effectuer une séparation membranaire produisant un perméat avec moins de 2 % d'02 et moins de 1 % d'N2 . Cette stabilité de la qualité du perméat fait qu'il peut donc être utilisé pour inerter/balayer les cuves d'adsorbants et les digesteurs en respectant les points 1 à 6. En effet la concentration en méthane est suffisamment basse pour éviter tout risque de créer une atmosphère explosive lors de l'ouverture du digesteur et/ou de la cuve et les autres composants du perméat ne sont pas dangereux (points 1 et 4). Il n'y a pas de risque lors de la remise en ligne car après inertage avec le perméat (offgas), la cuve (ou le digesteur) contient moins de 2 % d'02, teneur suffisamment basse pour éviter tout risque de créer une atmosphère explosive (points 2 et 5), et enfin la teneur en azote (moins de 1 % de N2) est suffisamment basse pour ne pas perturber l'épuration ni dégrader la qualité du biométhane (points 3 et 6), ainsi, il sera possible dès la remise en ligne de la cuve (ou du digesteur) après rechargement de respecter la qualité de gaz requise pour injecter dans le réseau de gaz naturel.

Le procédé selon l'invention peut en outre présenter avantageusement tout ou partie des caractéristiques ci-dessous seules ou en combinaison. Un système de conduites équipées de vannes manuelles ou automatiques assure l'isolation du digesteur hors production pour une opération de renouvellement des intrants, l'alimentation en perméat dudit digesteur, l'évacuation du perméat après inertage, ainsi que la collecte des biogaz produits par les digesteurs en phase de production ; Un système de conduites équipées de vannes manuelles ou automatiques assure l'isolation de la cuve contenant les adsorbants saturés à renouveler, l'alimentation en perméat de ladite cuve isolée, l'évacuation du perméat après inertage, ainsi que l'alimentation en biogaz à purifier partiellement de la cuve d'adsorption en fonctionnement et le transfert du biogaz partiellement purifié produit par ladite cuve vers l'aval du procédé de purification. Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci concerne une installation de production de biométhane à partir de biogaz produit par méthanisation comprenant au moins : - un moyen de mise à disposition d'intrants méthanogènes, - un module de méthanisation comprenant au moins un digesteur pour la production de biogaz par méthanisation desdits intrants méthanogènes, - un module d'adsorption pour la purification partielle du biogaz produit par élimination d'au moins les espèces, H2S, COV produisant ainsi un biogaz partiellement épuré, muni d'au moins deux cuves d'adsorption en série pour chaque espèce de sorte que la purification partielle du biogaz soit assurée y compris lors du renouvellement des adsorbants d'une des cuves d'adsorption, - un module de séparation par perméation membranaire du méthane et du dioxyde de carbone contenus dans le biogaz partiellement purifié avec production d'au moins un rétentat gazeux riche en méthane (biométhane) apte à être utilisé comme substitut de gaz naturel et un perméat gazeux riche en dioxyde de carbone et contenant moins de 7% de méthane, - l'installation comprenant aussi des conduites pour le transfert de tout ou partie du permeat vers le module d'adsorption ainsi que des moyens aptes à assurer l'inertage des cuves par le perméat lors des opérations de renouvellement des adsorbants. Selon une variante préférée : - le moyen de mise à disposition des intrants comprend au moins un moyen de chargement mobile, - le module de méthanisation comprend une pluralité de digesteurs opérant en parallèle, pouvant être chargés/déchargés en discontinu et aptes à produire du biogaz en continu lorsqu'un ou plusieurs digesteurs sont en phase de chargement/déchargement, - l'installation comprenant en outre des conduites pour le transfert d'une partie du perméat vers le module de méthanisation ainsi que des moyens aptes à assurer l'inertage du ou des digesteurs par le perméat lors des opérations de chargement/déchargement d'intrants. Avantageusement, l'installation comporte en outre tout ou partie des caractéristiques ci-dessous seules ou en combinaison : - un système de vannes manuelles ou automatiques équipant les conduites de transfert du perméat de sorte à pouvoir assurer l'isolation du au moins un digesteur hors production pour une opération de renouvellement des intrants pour l'alimentation en perméat dudit digesteur, l'évacuation du perméat après inertage, ainsi que la collecte des biogaz produits par les digesteurs en phase de production. - un système de vannes manuelles ou automatiques équipant les conduites alimentant les cuves d'adsorbants de sorte à pouvoir assurer l'isolation de la cuve contenant les adsorbants saturés à renouveler, l'alimentation en perméat de ladite cuve isolée, l'évacuation du perméat après inertage, ainsi que l'alimentation en biogaz de la cuve d'adsorption en fonctionnement et le transfert du biogaz partiellement purifié produit par ladite cuve vers l'aval du procédé de purification.L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante faite en référence aux figures annexées. La figure 1 présente un schéma de principe d'une installation de production de biométhane selon l'invention. La figure 2 présente un schéma de principe illustrant plus en détail le procédé d'inertage selon l'invention appliqué aux digesteurs fonctionnant selon le principe de la méthanisation par voie sèche et discontinue. La figure 3 présente un schéma de principe illustrant plus en détail le procédé d'inertage selon l'invention appliqué à une étape d'élimination d'H2S /ou COV. Les figures sont décrites ci-après en détail ; les éléments communs à différentes figures portent les mêmes références sur chacune des figures où ils apparaissent. Selon le schéma de la figure 1, les matières fermentescibles stockées en 1 sont chargées via un moyen de déchargement et chargement discontinu ( engin mobile de type chargeuse ou tracteur agricole) 2 dans une cellule de méthanisation (digesteur) en cours de chargement du système 3 de méthanisation par voie sèche et discontinue - les éléments constitutifs de ce système ne sont pas détaillés sur cette figure -. Le système 3 produit un 3 0 1 9 7 6 1 13 biogaz 4 qui peut être surpressé (de 20 à 400 mbarg) en 5 avant d'entrer dans le module 6 de pré-purification par abattement d'H2S et/ou COV. Le biogaz pré-purifié est ensuite séché et débarrassé en 7 de l'ammoniac qu'il contient (l'ordre des étapes 6 et 7 pouvant être inversé), puis comprimé en 8 avant de passer dans un filtre 9 permettant d'enlever les 5 particules d'huile résiduelles consécutives à la compression du gaz . Finalement le biogaz débarrassé de ses impuretés nuisibles et comprimé entre dans le module 10 d'épuration membranaire qui sépare le biogaz en deux flux gazeux distincts 11 et 12. Le flux 11 est le rétentat riche en CH4 et conforme aux normes requises pour être apte à la valorisation par injection ; le flux de perméat 12 contenant plus de 90% de CO2, de préférence entre 92 et 10 99 % de CO2, entre 8 et 0,5 % de CH4, le reste étant de l'azote (moins de 1 %) et/ou de l'oxygène (moins de 2 %). Suivant sa teneur en méthane, le perméat 12 peut être rejeté à l'atmosphère directement ou via un biofiltre, ou être brûlé dans un système d'oxydation thermique pour détruire le CH4. Le procédé et l'installation selon l'invention diffèrent du procédé et de l'installation 15 selon l'art antérieur en ce que l'invention utilise le perméat 12 à la composition de sortie des membranes ; le gaz - riche en CO2 et pauvre en CH4, N2 et 02 - reste disponible même pendant l'opération de chargement et déchargement d'une cellule de méthanisation car les autres cellules sont toujours en production et assurent la continuité de la production du biogaz 4. Cette continuité de la production permet un fonctionnement satisfaisant des 20 éléments 6 à 10 de traitement du biogaz, c'est-à-dire l'élimination des polluants toxiques (H2S, COV, NH3) dans les étapes de prétraitement et la séparation membranaire produisant un perméat avec moins de 2 % d'02 et moins de 1 % d'N2 . Selon l'invention, tout ou partie du perméat 12 est prélevée, via la canalisation 13 pour fournir le gaz d'inertage 14 au procédé ; une canalisation 15 munie d'une vanne 16 25 permet un rejet - à l'atmosphère ou pour destruction - de tout ou partie du perméat en cas de non utilisation. Une partie 14a du gaz d'inertage 14 est envoyée via une canalisation 13a vers le système de production de biogaz 3 pour assurer l'inertage /balayage des cellules lors des phases de chargement/déchargement. Cette utilisation est rendue possible par la faible 30 concentration en méthane du gaz 14 qui écarte le risque de créer une atmosphère explosive lors de l'ouverture de la cellule à inerter, les autre gaz présents dans le gaz 14 ne présentent pas ce risque. Il n'y a pas non plus de risque lors de la remise en ligne de la cellule car après inertage avec le gaz 14, la teneur en 02 dans la cellule est très faible (moins de 2 %), elle est trop basse pour générer une atmosphère explosive, ou de risque de perturbation de l'épuration et de dégradation de la qualité du biométhane qui sera obtenu à partir du biogaz produit par la cellule nouvellement chargée car la teneur en azote du gaz d'inertage 14 est aussi suffisamment basse pour écarter ce risque (moins de 1 %). L'utilisation du perméat comme gaz d'inertage/balayage des cellules de production de biogaz ne perturbe donc pas la remise en ligne et respecte la qualité de gaz requise pour injecter dans le réseau de gaz naturel. De la même manière, une partie 14b du perméat disponible est utilisée via la canalisation 13b pour l'inertage d'une cuve d'adsorption du module 6 d'abattement. Selon le schéma de la figure 2, le procédé d'inertage selon l'invention appliqué aux cellules de méthanisation par voie sèche et discontinue fonctionne de la manière suivante. Un système de méthanisation par voie sèche discontinue est constitué de n cellules de méthanisation installées en parallèle. Le nombre n de cellules peut être plus ou moins élevé, le principe de l'invention est le même quelque soit le nombre de cellules dès lors qu'il permet une production continue de biogaz. Le schéma de la figure 2 présente 3 cellules de méthanisation référencées 22i, 22i+1, 22i+2 ; il s'agit là d'un nombre minimal de cellules pour assurer une production continue de biogaz. Dans le cas représenté sur la figure, les cellules sont inertées une par une. Cependant, si le nombre de cellules constituant le système de méthanisation est important, plusieurs cellules pourront être en phase de rechargement simultanément et donc avoir besoin d'inertage/ balayage en même temps. Il s'agit d'une adaptation du fonctionnement décrit ci-dessous à la portée de l'homme du métier. Ainsi que décrit sur la figure 1, la vanne 16 installée sur la canalisation 15 d'évacuation du perméat permet de forcer le flux 14 vers la canalisation 13 pour permettre les utilisations pour inertage/balayage. On pourra utiliser une simple vanne d'isolation, une 25 vanne de laminage ou une vanne de contrôle. Cette vanne pourra être manuelle ou pilotée. La fraction 14a de perméat est dirigée vers les cellules de méthanisation 22' 22,+1, 22i+2 via des canalisations 20' 20,+1, 20i+2 équipées de vannes 21,, 21,+1, 21i+2 respectivement. Ce premier système de vannes permet de diriger le flux de CO2 d'inertage/balayage vers la cellule à inerter - ici la cellule unique 22i. Chaque cellule est 30 en outre équipée de deux vannes (23, 24) en sortie de cellule. Ce second système de vannes permet de contrôler l'évacuation ou l'envoi vers le procédé aval du gaz produit dans chaque cellule. Ainsi, selon le schéma de la figure 2, la cellule 22 est inertée/ balayée via le flux 20, riche en CO2 ; la vanne 21 est ouverte (en blanc sur la figure),de même que la vanne 24, alors que la vanne 23 est fermée (en noir sur la figure).Cette opération d'inertage/ balayage avec envoi du gaz sortant de la cellule vers l'atmosphère (ou vers un système de destruction des évents) est réalisée lors de l'opération de remplacement des intrants méthanogènes avant d'ouvrir la cellule et se poursuit jusqu'après sa fermeture en fin d'opération de remplacement Durant cette opération sur la cellule 22,, les cellules 22,+, et 22,p2 poursuivent la production de biogaz. Les vannes 21,+, et 21,+2 sont fermées (en noir sur la figure) et interdisent l'entrée du perméat (20i+1 et20i+2) dans les cellules 22,+1 et 22,+2, les vannes 24,+, et 24,+2 sont elles aussi fermées alors que les vannes 23,+, et 23,+2 sont ouvertes pour assurer l'envoi de biogaz vers la purification aval pour produire le biométhane et le CO2 d' inertage/balayage. La figure 3 présente le schéma d'une solution selon l'invention permettant le changement de la charge d'adsorbeurs dans une cuve d'adsorption utilisant la fraction 14b de perméat comme gaz d'inertage lors de ladite opération de changement de charge ; la solution présentée s'adresse à une installation disposant d'au moins deux cuves d'adsorption substituables en séri , elle permet d'isoler l'une d'elles pour le changement de la charge sans arrêt de l'installation et une remise en ligne en alternant la position des cuves pour améliorer l'efficacité des adsorbants. Le système de pré-purification par abattement d'H2S et/ ou COV représenté sur la figure comprend deux cuves 31 et 32. Les cuves sont reliées entre elles et au reste de l'installation par un système de tuyauteries (conduites) équipées de vannes qui coopèrent pour mettre en ligne ou isoler alternativement les cuves, permettant aussi d'isoler une cuve sans arrêter l'installation et sans court-circuiter l'étape d'abattement H2S et / ou COV. Plus précisément, lors du changement de la charge d'une cuve d'adsorbant selon l'invention, tel que représenté sur le schéma de la figure 3, le biogaz 4 à pré-purifier passe dans la cuve d'adsorption 3 au travers de la vanne 34 (en position ouverte) tandis que la vanne 33 (fermée) empêche le passage du biogaz vers la cuve 31. La cuve 32 poursuit donc l'abattement de l'H2S et/ou des COV ; le biogaz 4, après adsorption de ses polluants dans la cuve 32, sort en fond de cuve, passe par la vanne 40 ouverte pour poursuivre vers sa purification aval. La conduite 13b délivre le perméat 14b à deux canalisations 42 et 43 aptes à alimenter les cuves 31 et 32. La cuve d'adsorption 31 étant en phase de changement de charge, la vanne 44 située sur la canalisation 43 reliée à la cuve 31 est ouverte pour laisser passer le flux de CO2 14b, tandis que la vanne 4lsituée sur la canalisation 42 reliée à la cuve 32 est fermée afin de ne pas mélanger le flux 14b avec le biogaz sortant de la cuve 32. A l'autre extrémité de la cuve 32, la vanne 45 est fermée de sorte à ne pas perdre de biogaz avant son entrée dans la cuve 32, tandis que la vanne 46 est ouverte pour permettre l'évacuation du CO2 après l'inertage/ balayage de la cuve 31. La cuve 31 est ainsi isolée du circuit de purification du biogaz de sorte que le biogaz ne puisse y circuler, les vannes 33, 35, 37 et 39 étant fermées. La vanne 44 est ouverte pour permettre l'inertage/balayage de la cuve avec le flux de gaz riche en CO2 issu du perméat en provenance des membranes. La vanne 46 est ouverte pour permettre d'évacuer le gaz de la cuve 31 après le balayage, ce gaz sera envoyé à l'atmosphère ou vers un système de traitement des évents, comme dans le cas de l'inertage des cellules de méthanisation. Plusieurs systèmes comparables peuvent être installés en série pour permettre l'utilisation d'adsorbants différents pour des traitements successifs ; par exemple, on peut abattre en premier lieu l'H2S dans un système à deux cuves, puis dans un deuxième temps abattre les COV dans 2 autres cuves. Le procédé de la figure 3 s'appliquera de la même façon pour ces deux séries de cuves.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de production de biométhane à partir de biogaz produit par méthanisation comprenant au moins les étapes de : - mise à disposition d'intrants méthanogènes, - production de biogaz par méthanisation desdits intrants méthanogènes, - purification partielle du biogaz produit par élimination par adsorption d'au moins les espèces H2S, COV produisant ainsi un biogaz partiellement épuré, utilisant au moins deux cuves d'adsorption en série pour chaque espèce de sorte que la purification partielle du biogaz soit assurée y compris lors du renouvellement des adsorbants d'une des cuves d' adsorption, - séparation par perméation membranaire du méthane et du dioxyde de carbone contenus dans le biogaz partiellement purifié avec production d'au moins un rétentat gazeux riche en méthane (biométhane) apte à être utilisé comme substitut de gaz naturel et un perméat gazeux riche en dioxyde de carbone et contenant moins de 7% de méthane, caractérisé en ce que lors d'une opération de renouvellement des adsorbants d'une des cuve d'adsorbants, tout ou partie du perméat est utilisé comme gaz d'inertage/balayage pour inerter ladite cuve lors de l'opération.
2. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel : - les intrants méthanogènes dont la teneur en matière sèche est comprise entre 20 et 50 % sont mis à disposition via au moins un moyen de chargement mobile, - la production de biogaz à partir desdits intrants est réalisée par méthanisation par voie sèche discontinue utilisant plusieurs digesteurs opérant en parallèle, qui sont chargés/déchargés en discontinu et de sorte que la production de biogaz est assurée en continu par au moins une partie des digesteurs lorsqu'un ou plusieurs digesteurs sont en phase de chargement/déchargement, caractérisé en ce qu'une partie du perméat est en outre utilisée dans le procédé comme gaz d'inertage/balayage lors d'opérations de renouvellement d'intrants pour inerter le au moins un digesteur hors production pour le renouvellement de sa charge d'intrants.
3. 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel pour chaque digesteur en phase de chargement/déchargement, un système de conduites équipées de vannes manuelles ou automatiques assure : - l'isolation du au moins un digesteur hors production pour une opération de renouvellement des intrants, - l'alimentation en perméat dudit digesteur, - l'évacuation du perméat après inertage, ainsi que - la collecte des biogaz produits par les digesteurs en phase de production.
4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel pour chaque cuve d'adsorption un système de conduites équipées de vannes manuelles ou automatiques assure : - l'isolation de la cuve contenant les adsorbants saturés à renouveler, - l'alimentation en perméat de ladite cuve isolée, - l'évacuation du perméat après inertage, ainsi que - l'alimentation en biogaz à purifier partiellement de la cuve d'adsorption en fonctionnement et le transfert du biogaz partiellement purifié produit par ladite cuve vers l'aval du procédé de purification.
5. 5. Installation de production de biométhane à partir de biogaz produit par méthanisation 20 comprenant au moins : - un moyen de mise à disposition d'intrants méthanogènes, - un module de méthanisation comprenant au moins un digesteur pour la production de biogaz par méthanisation desdits intrants méthanogènes, - un module d'adsorption pour la purification partielle du biogaz produit par élimination 25 d'au moins les espèces, H2S, COV produisant ainsi un biogaz partiellement épuré, muni d'au moins deux cuves d'adsorption en série pour chaque espèce de sorte que la purification partielle du biogaz soit assurée y compris lors du renouvellement des adsorbants d'une des cuves d'adsorption, - un module de séparation par perméation membranaire du méthane et du dioxyde de 30 carbone contenus dans le biogaz partiellement purifié avec production d'au moins un rétentat gazeux riche en méthane (biométhane) apte à être utilisé comme substitut de gaz naturel et un perméat gazeux riche en dioxyde de carbone et contenant moins de 7% de méthane,caractérisé en ce que 1 'installation comprend aussi des conduites pour le transfert de tout ou partie du permeat vers le module d'adsorption ainsi que des moyens aptes à assurer l'inertage des cuves par le perméat lors des opérations de renouvellement des adsorbants.
6. 6. Installation selon la revendication 5 dans laquelle : - le moyen de mise à disposition des intrants comprend au moins un moyen de chargement mobile, - le module de méthanisation comprend une pluralité de digesteurs opérant en parallèle, pouvant être chargés/déchargés en discontinu et aptes à produire du biogaz en continu lorsqu'un ou plusieurs digesteurs sont en phase de chargement/déchargement, 1 'installation comprenant en outre des conduites pour le transfert d'une partie du permeat vers le module de méthanisation ainsi que des moyens aptes à assurer l'inertage du ou des digesteurs par le perméat lors des opérations de chargement/déchargement d'intrants.
7. 7. Installation selon la revendication 6 dans laquelle un système de vannes manuelles ou automatiques équipe les conduites de transfert du perméat de sorte à pouvoir assurer l'isolation du au moins un digesteur hors production pour une opération de renouvellement des intrants pour l'alimentation en perméat dudit digesteur, l'évacuation du perméat après inertage, ainsi que la collecte des biogaz produits par les digesteurs en phase de production.
8. 8. Installation selon l'une des revendications 5 à 7 dans laquelle les conduites alimentant les cuves d'adsorbants sont équipées d'un système de vannes manuelles ou automatiques de sorte à pouvoir assurer l'isolation de la cuve contenant les adsorbants saturés à renouveler, l'alimentation en perméat de ladite cuve isolée, l'évacuation du perméat après inertage, ainsi que l'alimentation en biogaz de la cuve d'adsorption en fonctionnement et le transfert du biogaz partiellement purifié produit par ladite cuve vers l'aval du procédé de purification.30